連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)輥縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析_百精

1、?專題綜述？收稿日期:2006-02-23;修訂日期:2006-04-11作者簡介：谷振云（1940-,男，西安重型機(jī)械研究所研究員級高級工程師。連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)輾縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析谷振云，李生斌（西安重型機(jī)械研究所，陜西西安 710032摘 要:分析了近年來從國外引進(jìn)的板坯連鑄機(jī)采用液壓電氣控制實(shí)現(xiàn)扇形段 輾縫自動調(diào)節(jié)的基本工作要求，液壓控制原理及各控制方案的特點(diǎn)。開關(guān)閥的控制 方式已成功用于西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)制造的攀鋼2秋方坯連鑄機(jī)的輕壓下系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:輾縫；自動調(diào)節(jié)；輕壓下；液壓控制中圖分類號：TF77711文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A :1001- -05Analysis o

2、f the control of CCMroll gap adjustingGU Zhen 2yun , L I Sheng 2bin（Xi a an Heavy Machinery Research Institute , Xia an 710032, ChinaAbstract :The basic requirement , hydraulic control mechanism and features of various solutions of CCM se g 2ment automatic roll gap adjusting hydraulic system introdu

3、ced from abroad are discussed. The on 2off valve control has been successfully applied to the 2#bloom caster soft 2reduction system in PanSteel. K ey w ords :roll gap ; automatic adjusting ; soft 2reduction ; hydraulic control1概述上世紀(jì)90年代中末期，歐洲的德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利的達(dá)涅利等公司先后 開發(fā)和研制成功了采用液壓電氣控制實(shí)現(xiàn)板坯連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)輾縫的

4、新 技術(shù),這一技術(shù)的成功應(yīng)用也使扇形段對鑄坯的動態(tài)輕壓下成為可能，目前它已作為 一項(xiàng)成熟技術(shù)廣泛應(yīng)用于世界各地許多冶金廠的連鑄機(jī)設(shè)備中。近年來，我國上海一鋼集團(tuán)、武鋼、濟(jì)鋼、鞍鋼、攀鋼等冶金廠從上述三個國外公司成套引進(jìn)或國外 設(shè)計(jì)與國內(nèi)合作制造的幾十臺板坯連鑄機(jī)扇形段也采用了遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)輾縫和鑄坯 動態(tài)輕壓下技術(shù)，這對提高鑄機(jī)的作業(yè)率（減少扇形段輾縫的調(diào)整時間、改善鑄坯質(zhì)量、提高鑄機(jī)自動化水 平起到了明顯作用。然而，國內(nèi)的冶金科研院所和連鑄成套設(shè)備設(shè)計(jì)、制造公司等 部門和單位尚未作為獨(dú)立的專有技術(shù)進(jìn)行成功的開發(fā)和應(yīng)用（目前西重所與寶鋼研究院聯(lián)合研制的試驗(yàn)鑄機(jī) 已獲應(yīng)用，2005年5月已投產(chǎn)試驗(yàn)

5、。本文將在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上對德 馬克和奧鋼聯(lián)兩種不同的扇形段遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)輾縫的液壓控制方式做以初步分析。2扇形段輾縫自動調(diào)節(jié)的基本要求每個扇形段有四只夾緊液壓缸（靠近扇形段上口和下口各兩只，其結(jié)構(gòu)是液壓 缸的活塞桿與扇形段的下框架相連，固定不動；而液壓缸缸體與扇形段上框架相連， 帶動上框架及其輾組作1? 2006N o 13重型機(jī)械升降運(yùn)動，液壓缸上裝有可實(shí)現(xiàn)檢測目的的位置傳感器。按連鑄機(jī)鑄造工藝要 求，扇形段實(shí)際工作和設(shè)定的輾縫是一個楔形（收縮輾縫，沿著鑄造方向扇形段上口設(shè)定的輾縫距離要比下口稍大一些，通常在不進(jìn)行輕壓下時1m機(jī)長的（對弧形區(qū)為弧線，對水 平區(qū)為直線 距離上輾縫差

6、約為0112012mm，而進(jìn)行輕壓下時，壓下區(qū)的輾縫收縮 量多為014111mm/m。而同為扇形段上口或下口的兩只液壓缸的定位停止位置 應(yīng)相同，以防扇形段上的輾子偏斜，通常輾子對水平位置的偏斜程度不大于 i011mm , 因此液壓缸位置傳感器的檢測精度必須高于 i011mm 一個數(shù)量級。對板坯連鑄機(jī)而 言，扇形段上框架及其輾組的質(zhì)量均較大，通常達(dá)幾噸甚至幾十噸以上，為保證液壓缸的位置停止精度 即設(shè)定的輾縫，應(yīng)盡可能減少液壓缸及上框架運(yùn)動部件的慣性力和運(yùn)動導(dǎo)向部位的 摩擦力，為此扇形段上框架的升降動作接近停止時，液壓缸的運(yùn)動速度不能過大，否 則難以保證扇形段輾縫的目標(biāo)設(shè)定值,并易引起輾縫超調(diào)和液

7、壓電氣環(huán)節(jié)的振蕩。3扇形段輾縫自動調(diào)節(jié)過程扇形段輾縫的自動調(diào)節(jié)液壓控制方案，如圖1所示，奧鋼聯(lián)和德馬克公司各自采 用了完全不同的液壓控制回路，達(dá)涅利公司采用的液壓控制方式與德馬克方式相類似o? 2?重型機(jī)械2006N o13圖1 (a奧鋼聯(lián)方式(b c要求，、下口所需輾縫相應(yīng)的給定信號電流。在調(diào)整的初始狀態(tài)(如上框架與液壓缸缸體在最上位，給定信號與液壓缸位置 傳感器檢測信號之間的誤差信號電流最大，隨著調(diào)整動作的進(jìn)行，具誤差電流信號逐 漸減小。對于圖1a所示的控制方案，該差值電流信號經(jīng)電氣調(diào)制后僅以導(dǎo)通電路的形式使電磁換向閥通入額定電壓和電流，以使閥電磁鐵動 作，它與誤差信號電流的大小無關(guān)，而極

8、性的差別將用來控制三位四通電磁閥不同電 磁鐵的通、斷電狀態(tài)，即控制扇形段夾緊液壓缸的升降運(yùn)動的方向；當(dāng)液壓缸的尺 寸參數(shù)、液壓控制回路及組成原件(包括固定阻尼孔尺寸的大小、供給油壓都相同 時，液壓缸的運(yùn)動速度也是相同的。由此可見只要液壓控制回路的組成一定，液壓缸將以一固定的速度完成輾縫調(diào)整動作以達(dá)到輾縫設(shè)定的目標(biāo)值,其升降運(yùn)動速度的大小將取決于在一定的壓降下通過固定阻尼孔的流量和液壓缸承壓腔活塞的有效面 積，與誤差信號電流的極性和大小無關(guān)。液壓缸調(diào)整動作的速度通常約為12mm/s，隨缸徑大小的不同,每只液壓缸所需的流量僅為1L/min ;扇形段四只夾緊液壓缸的運(yùn)動同步狀況則由液壓缸上的位置傳感

9、器加以檢測并由電氣系統(tǒng)控制。對于圖1b所示的控制方案，采用比例伺服閥控制扇形段夾緊液壓缸的升降動作 其輾縫調(diào)節(jié)過程大致如下。假定調(diào)整初始扇形段上框架在最上位，它相應(yīng)于上、下口夾緊液壓缸處零位，此 時它們的位置傳感器的反饋檢測信號也為零；其次假定S為與扇形段上口輾縫設(shè)定 值相應(yīng)的電氣信號量,AS與上、下口輾縫設(shè)定差值相應(yīng)的電氣信號量,扇形段向 下運(yùn)動時電氣信號量的極性為 “+”反之則為-。按照生產(chǎn)要求，經(jīng)計(jì)算機(jī)和帶專用軟件的電氣控制器向本扇形段控制上、下口夾緊液壓缸運(yùn)動的四只電液比例伺服閥同時設(shè)定和輸入電氣信號量+S ,此時給定信號與反饋檢測信號之間的誤差電流最大，于是扇形段夾緊液壓缸將帶動上框

10、架以最 大速度向下作平移運(yùn)動，隨著液壓缸位置傳感器反饋檢測信號的加大（誤差電流減 小，液壓缸的運(yùn)動速度將逐步減小，直到四只夾緊液壓缸同時達(dá)到本扇形段上口輾 縫設(shè)定值,即給定信號與反饋檢測信號之間的誤差電流消失，上口3? 2006N o 13重型機(jī)械液壓缸輾縫調(diào)整結(jié)束，運(yùn)動停止。在此階段，為防止扇形段上、下口液壓缸運(yùn)動 過速和由此而引起的不同步，對電液比例伺服閥的輸入信號采取了限流”措施，即當(dāng)原始給定信號與位置傳感器反饋電流信號之間的誤差電流超過最大限定電流時，四只液壓缸的比例伺服閥均以最大限定電流作為閥的輸入信號，該最大限定電流所對應(yīng)的液壓缸及其扇形段上框架的最大運(yùn)動速度約為515mm/s ,

11、并以此作為選擇比例伺服閥流量規(guī)格的依據(jù)；其次在上口液壓缸運(yùn)動停止之后，扇形段上、下口輾縫設(shè)定差值相應(yīng) 的電氣信號量+A S將作為給定信號隨之輸入到控制扇形段下口夾緊液壓缸的比例伺服閥中去，這時扇形段下口兩只液壓缸將繼續(xù)帶動上框 架向下作傾斜運(yùn)動，+酉肖失，。自動調(diào)節(jié)的全過程是一個可分為前后兩個階段，各有 不同給定信號連續(xù)進(jìn)行的過程。由于扇形段上、下口輾縫相差距離與扇形段本身鑄流長度相比是十分微小的，在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中已考慮扇形段上框架運(yùn)動的導(dǎo)向間隙將不致于使上框架做微小傾 斜運(yùn)動時被卡死。雖然上框架輾子軸承座設(shè)有墊片組，但并不靠該墊片組調(diào)整輾縫， 而是僅借輾縫位置設(shè)定信號保證扇形段的收縮輾縫和實(shí)

12、現(xiàn)對鑄坯的輕壓下。當(dāng)打開扇形段即抬起上框架時，其調(diào)節(jié)過程與前述過程相反，也為前后兩個階段 首先經(jīng)電氣控制器向扇形段下口液壓缸的比例伺服閥輸入與輾縫差值相應(yīng)的電流信 號-AS便下口液壓缸升起，當(dāng)下口液壓缸到達(dá)與上口液壓缸相同的檢測位置后 ，閥 上的誤差電流信號消失，下口液壓缸的向上運(yùn)動停止；繼之同時向控制上、下口液 壓缸運(yùn)動的比例伺服閥給定和輸入與扇形段抬起位置相應(yīng)的電信號，如使扇形段達(dá) 到最大的開口度（上框架在最上位，這時的給定信號相當(dāng)于零，而液壓缸的位置反饋 信號最大，閥上的誤差電流信號也最大，但其極性相反，上、下口液壓缸同時以最大速度向上運(yùn)動，隨 著反饋電流信號的減小，液壓缸的運(yùn)動速度也逐

13、步減小直至誤差電流信號消失 ，扇形 段上框架達(dá)到最上位，液壓缸的運(yùn)動隨之停止。兩個階段的電氣信號一次同時給定 ， 運(yùn)動是連續(xù)進(jìn)行的。在鑄機(jī)鑄造工作模式下，如因輾子受力、框架熱變形等各種因素的影響，所檢測 到的輾縫與原始設(shè)定輾縫出現(xiàn)微小偏離時，位置傳感器所發(fā)出的檢測信號將借助比 例伺服閥自動調(diào)整扇形段夾緊液壓缸所在的位置，使其始終保持在原始設(shè)定輾縫的 位置上。,起始壓下。而動態(tài)輕壓下的力是借助于夾緊液壓缸經(jīng)上框架的輾組對鑄坯施 壓來實(shí)現(xiàn)的，所需壓力大小與澆鑄的鋼種和鑄坯的斷面有關(guān)，可由通入夾緊液壓缸的 油壓力來設(shè)定和調(diào)整。該油壓力由扇形段上與液壓缸夾緊油腔相連的壓力傳感器測 得，可以開環(huán)或閉環(huán)調(diào)

14、整和控制比例伺服閥的進(jìn)口油壓。德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利達(dá)涅利等公司已成功開發(fā)出連鑄機(jī)專用工藝軟件，實(shí)現(xiàn)扇形段夾緊液壓缸的位置 及力的控制。不論在澆鑄前原始設(shè)定輾縫或在車5壓下的情況下自動調(diào)整輾縫，都是沿著鑄流方向由前到后逐個扇形段依次進(jìn)行的。4扇形段輾縫自動調(diào)節(jié)簡化方框圖作為帶負(fù)反饋的伺服同步回路，從電氣控制上可有：(1兩缸或多缸無基準(zhǔn)的并聯(lián)同步控制；(2以一只液壓缸為基準(zhǔn)的兩缸或多缸跟 蹤同步控制；(3兩缸互為基準(zhǔn)的同調(diào)同步控制,如圖2所示。筆者認(rèn)為，同為扇形段上口兩只液壓缸和下口兩只液壓缸采用無基準(zhǔn)的 并聯(lián)同步控制，而? 4?重型機(jī)械2006N o 13上、下口液壓缸之間采用了互為基準(zhǔn)的同

15、調(diào)同步控制 ，是適合扇形段輾縫自動 調(diào)整工況的一種較好的電氣控制方案。該電氣控制方案將有利于消除位置傳感器自 身的檢測偏差以及機(jī)械設(shè)備安裝引起的誤差，并且易于防止扇形段輾面可能出現(xiàn)的 偏斜七 ii 2 r, 2收1；心同：,孽-ttJkfl T-if H卜11遍所立|丁斗弛幡格孰It1-咂石可ah fjimp7n-斗.的蚓a- K kM T 岫叫于出圖2扇形段夾緊缸同步控制方式(a并聯(lián)跟蹤同調(diào)同步(b串聯(lián)跟蹤同調(diào)同步5兩種液壓控制方案的比較圖1a所示的液壓控制方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于：輾縫自動調(diào)節(jié)是通過電磁閥控制 扇形段上框架的升降動作而實(shí)現(xiàn)的，電氣控制相對簡單，投資費(fèi)用較低；與伺服閥 控制相比，對

16、系統(tǒng)油液清潔度的要求較低，便于維護(hù)；液壓元件的維護(hù)使用成本較低；扇形段對外的液壓配管簡單，只需要兩只帶速換接頭 的液壓軟管；當(dāng)固定阻尼孔確定后，可調(diào)環(huán)節(jié)少并易于調(diào)整；不易受電氣干擾的 影響，可靠性較高；進(jìn)行輾縫調(diào)節(jié)時，扇形段以恒定的低速運(yùn)動，扇形段所需油的 流量小，消耗的液壓功率也小。其主要缺點(diǎn)在于：固定阻尼孔的設(shè)置須有一定的實(shí) 驗(yàn)基礎(chǔ)，否則液壓缸的調(diào)整動作速度難以掌握；扇形段上框架的升降動作在恒定 的低速下進(jìn)行，尤其是上框架在最上位時，輾縫調(diào)整所需的時間長；液壓系統(tǒng)的控 制回路的組成相對復(fù)雜，固定阻尼孔的設(shè)置和液壓元件的構(gòu)成恰恰是液壓控制回路 研發(fā)中的難點(diǎn)圖1b 1c 1a。圖1b的比例伺服閥在國外的EPC （帶材邊緣控制 和 CPC （帶材對中控制等其它場合已獲應(yīng)用，這主要是因?yàn)樵撻y雖然頻率響應(yīng)較低（約2025Hz，但具有良好的抗污染能力，適合 于在連鑄機(jī)扇形段中應(yīng)用。如圖1c所示，達(dá)涅利采用的是MOO G型電液比例伺服 閥。6結(jié)束語2005年10月，西安重型機(jī)械研究所設(shè)