連鑄機扇形段遠程自動調節(jié)輥縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專題綜述收稿日期:2006-02-23; 修訂日期:2006-04-11作者簡介:谷振云(1940- , 男, 西安重型機械研究所研究員級高級工程師。連鑄機扇形段遠程自動調節(jié)輥縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析谷振云, 李生斌(西安重型機械研究所, 陜西西安摘要:分析了近年來從國外引進的板坯連鑄機采用液壓電氣控制實現(xiàn)扇形段輥縫自動調節(jié)的基本工作要求, 液壓控制原理及各控制方案的特點。開關閥的控制方式已成功用于西安重型機械研究所設計制造的攀鋼2#大方坯連鑄機的輕壓下系統(tǒng)。關鍵詞:輥縫; 自動調節(jié); 輕壓下; 液壓控制中圖分類號:TF77711文獻標識碼:A :1001- -

2、05Analysis of the control of CCMroll gap adjustingGU Zhen 2yun , L I Sheng 2bin(Xi an Heavy Machinery Research Institute , Xi an , China Abstract :The basic requirement , hydraulic control mechanism and features of various solutions of CCM se g 2ment automatic roll gap adjusting hydraulic system int

3、roduced 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90年代中末期, 歐洲的德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利的達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現(xiàn)板坯連鑄機扇形段遠程自動調

4、節(jié)輥縫的新技術, 這一技術的成功應用也使扇形段對鑄坯的動態(tài)輕壓下成為可能, 目前它已作為一項成熟技術廣泛應用于世界各地許多冶金廠的連鑄機設備中。近年來, 我國上海一鋼集團、武鋼、濟鋼、鞍鋼、攀鋼等冶金廠從上述三個國外公司成套引進或國外設計與國內合作制造的幾十臺板坯連鑄機扇形段也采用了遠程自動調節(jié)輥縫和鑄坯動態(tài)輕壓下技術, 這對提高鑄機的作業(yè)率(減少扇形段輥縫的調整時間 、改善鑄坯質量、提高鑄機自動化水平起到了明顯作用。然而, 國內的冶金科研院所和連鑄成套設備設計、制造公司等部門和單位尚未作為獨立的專有技術進行成功的開發(fā)和應用(目前西重所與寶鋼研究院聯(lián)合研制的試驗鑄機已獲應用, 2005年5月已

5、投產(chǎn)試驗 。本文將在消化吸收國外先進技術的基礎上對德馬克和奧鋼聯(lián)兩種不同的扇形段遠程自動調節(jié)輥縫的液壓控制方式做以初步分析。2扇形段輥縫自動調節(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 , 其結構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, 帶動上框架及其輥組作12006N o 13重型機械升降運動, 液壓缸上裝有可實現(xiàn)檢測目的的位置傳感器。按連鑄機鑄造工藝要求, 扇形段實際工作和設定的輥縫是一個楔形(收縮 輥縫, 沿著鑄造方向扇形段上口設定的輥縫距離要比下口稍大一些, 通常在不進行輕壓下時1m 機長的(對弧形區(qū)為弧線, 對水平區(qū)

6、為直線 距離上輥縫差約為0112012mm , 而進行輕壓下時, 壓下區(qū)的輥縫收縮量多為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相同, 以防扇形段上的輥子偏斜, 通常輥子對水平位置的偏斜程度不大于±011mm , 因此液壓缸位置傳感器的檢測精度必須高于±011mm 一個數(shù)量級。對板坯連鑄機而言, 扇形段上框架及其輥組的質量均較大, 通常達幾噸甚至幾十噸以上, 為保證液壓缸的位置停止精度即設定的輥縫, 應盡可能減少液壓缸及上框架運動部件的慣性力和運動導向部位的摩擦力, 為此扇形段上框架的升降動作接近停止時, 液壓缸的運動速度不能過大, 否則難

7、以保證扇形段輥縫的目標設定值, 并易引起輥縫超調和液壓電氣環(huán)節(jié)的振蕩。3扇形段輥縫自動調節(jié)過程扇形段輥縫的自動調節(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, 達涅利公司采用的液壓控制方式與德馬克方式相類似 。2重型機械2006N o 13 圖1(a 奧鋼聯(lián)方式(b c 要求, 、下口所需輥縫相應的給定信號電流。在調整的初始狀態(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, 隨著調整動作的進行, 其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)電氣調制后僅以導通電路的形式使電磁換向閥通入

8、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, 而極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動的方向; 當液壓缸的尺寸參數(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輥縫調整動作以達到輥縫設定的目標值, 其升降運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。液壓缸調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

9、需的流量僅為1L/min ; 扇形段四只夾緊液壓缸的運動同步狀況則由液壓缸上的位置傳感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, 其輥縫調節(jié)過程大致如下。假定調整初始扇形段上框架在最上位, 它相應于上、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 為與扇形段上口輥縫設定值相應的電氣信號量, S 為與上、下口輥縫設定差值相應的電氣信號量, 扇形段向下運動時電氣信號量的極性為“+”, 反之則為“-”。按照生產(chǎn)要求, 經(jīng)計算機和帶專用軟件的電氣控制器向本扇形段控制上、下口夾緊液壓缸運動的四只電液比例伺服閥

10、同時設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架以最大速度向下作平移運動, 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 , 液壓缸的運動速度將逐步減小, 直到四只夾緊液壓缸同時達到本扇形段上口輥縫設定值, 即給定信號與反饋檢測信號之間的誤差電流消失, 上口32006N o 13重型機械液壓缸輥縫調整結束, 運動停止。在此階段, 為防止扇形段上、下口液壓缸運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

11、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的液壓缸及其扇形段上框架的最大運動速度約為515mm/s , 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動停止之后, 扇形段上、下口輥縫設定差值相應的電氣信號量+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動, +消失, 。自動調節(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)進行的過程。由于扇形段上、下口輥縫相差距離與扇形段本身鑄流長度相比是十分微小的, 在機械設備設計中已考慮扇形段上框架運動的導向間隙將不致于使上框架做

12、微小傾斜運動時被卡死。雖然上框架輥子軸承座設有墊片組, 但并不靠該墊片組調整輥縫, 而是僅借輥縫位置設定信號保證扇形段的收縮輥縫和實現(xiàn)對鑄坯的輕壓下。當打開扇形段即抬起上框架時, 其調節(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輥縫差值相應的電流信號-S , 使下口液壓缸升起, 當下口液壓缸到達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動停止; 繼之同時向控制上、下口液壓缸運動的比例伺服閥給定和輸入與扇形段抬起位置相應的電信號, 如使扇形段達到最大的開口度(上框架在最上位 , 這時的給定信號相當于零, 而液壓缸

13、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動, 隨著反饋電流信號的減小, 液壓缸的運動速度也逐步減小直至誤差電流信號消失, 扇形段上框架達到最上位, 液壓缸的運動隨之停止。兩個階段的電氣信號一次同時給定, 運動是連續(xù)進行的。在鑄機鑄造工作模式下, 如因輥子受力、框架熱變形等各種因素的影響, 所檢測到的輥縫與原始設定輥縫出現(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整扇形段夾緊液壓缸所在的位置, 使其始終保持在原始設定輥縫的位置上。, 起始壓下。而動態(tài)輕壓下的力是借助于夾緊液壓缸經(jīng)上框架的輥組對鑄坯施壓來實現(xiàn)的, 所需

14、壓力大小與澆鑄的鋼種和鑄坯的斷面有關, 可由通入夾緊液壓缸的油壓力來設定和調整。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)調整和控制比例伺服閥的進口油壓。德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利達涅利等公司已成功開發(fā)出連鑄機專用工藝軟件, 實現(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定輥縫或在輕壓下的情況下自動調整輥縫, 都是沿著鑄流方向由前到后逐個扇形段依次進行的。4扇形段輥縫自動調節(jié)簡化方框圖作為帶負反饋的伺服同步回路, 從電氣控制上可有:(1 兩缸或多缸無基準的并聯(lián)同步控制; (2 以一只液壓缸為基準的兩缸或多缸跟蹤同步控制;(3 兩缸互為基準的同調同步控制,

15、如圖2所示。筆者認為, 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的并聯(lián)同步控制, 而4重型機械2006N o 13上、下口液壓缸之間采用了互為基準的同調同步控制, 是適合扇形段輥縫自動調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械設備安裝引起的誤差, 并且易于防止扇形段輥面可能出現(xiàn)的偏斜 。圖2扇形段夾緊缸同步控制方式(a 并聯(lián)跟蹤同調同步(b 串聯(lián)跟蹤同調同步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)點在于:輥縫自動調節(jié)是通過電磁閥控制扇形段上框架的升降動作而實現(xiàn)的, 電氣控制相對簡單, 投資費用較低; 與伺服閥控制相比

16、, 對系統(tǒng)油液清潔度的要求較低, 便于維護; 液壓元件的維護使用成本較低; 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; 當固定阻尼孔確定后, 可調環(huán)節(jié)少并易于調整; 不易受電氣干擾的影響, 可靠性較高; 進行輥縫調節(jié)時, 扇形段以恒定的低速運動, 扇形段所需油的流量小, 消耗的液壓功率也小。其主要缺點在于:固定阻尼孔的設置須有一定的實驗基礎, 否則液壓缸的調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行, 尤其是上框架在最上位時, 輥縫調整所需的時間長; 液壓系統(tǒng)的控制回路的組成相對復雜, 固定阻尼孔的設置和液壓元件的構成恰恰是液壓控制回路研發(fā)中的難點圖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 等其它場合已獲應用, 這主要是因為該閥雖然頻率響應較低(約2025Hz , 但具有良好的抗污染能力, 適合于在連鑄機扇形段中應用。如圖1c 所示, 達涅利采用的是MOO G 型電液比例伺服閥。6結束語2005年10月, 西安重型機械研究所設計、制造的攀鋼2號4機4流大方坯