連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)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(zhuān)題綜述？收稿日期:2006-02-23;修訂日期:2006-04-11作者簡(jiǎn)介：谷振云（1940-,男，西安重型機(jī)械研究所研究員級(jí)高級(jí)工程師。連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)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(lái)從國(guó)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(dòng)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(kāi)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(dòng)調(diào)節(jié)；輕壓下；液壓控制中圖分類(lèi)號(hào)：TF77711文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(kāi)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(dòng)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(duì)鑄坯的動(dòng)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(chǎng)的連鑄機(jī)設(shè)備中。近年來(lái)，我國(guó)上海一鋼集團(tuán)、武鋼、濟(jì)鋼、鞍鋼、攀鋼等冶金廠(chǎng)從上述三個(gè)國(guó)外公司成套引進(jìn)或國(guó)外 設(shè)計(jì)與國(guó)內(nèi)合作制造的幾十臺(tái)板坯連鑄機(jī)扇形段也采用了遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輾縫和鑄坯 動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，這對(duì)提高鑄機(jī)的作業(yè)率（減少扇形段輾縫的調(diào)整時(shí)間、改善鑄坯質(zhì)量、提高鑄機(jī)自動(dòng)化水 平起到了明顯作用。然而，國(guó)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(mén)和單位尚未作為獨(dú)立的專(zhuān)有技術(shù)進(jìn)行成功的開(kāi)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)德 馬克和奧鋼聯(lián)兩種不同的扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)的基本要求每個(gè)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(dòng)；而液壓缸缸體與扇形段上框架相連， 帶動(dòng)上框架及其輾組作1? 2006N o 13重型機(jī)械升降運(yùn)動(dòng)，液壓缸上裝有可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(gè)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(shí)1m機(jī)長(zhǎng)的（對(duì)弧形區(qū)為弧線(xiàn)，對(duì)水 平區(qū)為直線(xiàn) 距離上輾縫差

6、約為0112012mm，而進(jìn)行輕壓下時(shí)，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(duì)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(cè)精度必須高于 i011mm 一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)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(dòng)部件的慣性力和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向部位的 摩擦力，為此扇形段上框架的升降動(dòng)作接近停止時(shí)，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度不能過(guò)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(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程扇形段輾縫的自動(dòng)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(lèi)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(hào)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(hào)與液壓缸位置 傳感器檢測(cè)信號(hào)之間的誤差信號(hào)電流最大，隨著調(diào)整動(dòng)作的進(jìn)行，具誤差電流信號(hào)逐 漸減小。對(duì)于圖1a所示的控制方案，該差值電流信號(hào)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(dòng) 作，它與誤差信號(hào)電流的大小無(wú)關(guān)，而極

8、性的差別將用來(lái)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(dòng)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(shí)，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度也是相同的。由此可見(jiàn)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(dòng)作以達(dá)到輾縫設(shè)定的目標(biāo)值,其升降運(yùn)動(dòng)速度的大小將取決于在一定的壓降下通過(guò)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(hào)電流的極性和大小無(wú)關(guān)。液壓缸調(diào)整動(dòng)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?jī)H為1L/min ;扇形段四只夾緊液壓缸的運(yùn)動(dòng)同步狀況則由液壓缸上的位置傳感

9、器加以檢測(cè)并由電氣系統(tǒng)控制。對(duì)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(dòng)作 其輾縫調(diào)節(jié)過(guò)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(shí)它們的位置傳感器的反饋檢測(cè)信號(hào)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(hào)量,AS與上、下口輾縫設(shè)定差值相應(yīng)的電氣信號(hào)量,扇形段向 下運(yùn)動(dòng)時(shí)電氣信號(hào)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(zhuān)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(dòng)的四只電液比例伺服閥同時(shí)設(shè)定和輸入電氣信號(hào)量+S ,此時(shí)給定信號(hào)與反饋檢測(cè)信號(hào)之間的誤差電流最大，于是扇形段夾緊液壓缸將帶動(dòng)上框

10、架以最 大速度向下作平移運(yùn)動(dòng)，隨著液壓缸位置傳感器反饋檢測(cè)信號(hào)的加大（誤差電流減 小，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度將逐步減小，直到四只夾緊液壓缸同時(shí)達(dá)到本扇形段上口輾 縫設(shè)定值,即給定信號(hào)與反饋檢測(cè)信號(hào)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(dòng)停止。在此階段，為防止扇形段上、下口液壓缸運(yùn)動(dòng) 過(guò)速和由此而引起的不同步，對(duì)電液比例伺服閥的輸入信號(hào)采取了限流”措施，即當(dāng)原始給定信號(hào)與位置傳感器反饋電流信號(hào)之間的誤差電流超過(guò)最大限定電流時(shí)，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(hào)，該最大限定電流所對(duì)應(yīng)的液壓缸及其扇形段上框架的最大運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(hào)量+A S將作為給定信號(hào)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(shí)扇形段下口兩只液壓缸將繼續(xù)帶動(dòng)上框 架向下作傾斜運(yùn)動(dòng)，+酉肖失，。自動(dòng)調(diào)節(jié)的全過(guò)程是一個(gè)可分為前后兩個(gè)階段，各有 不同給定信號(hào)連續(xù)進(jìn)行的過(guò)程。由于扇形段上、下口輾縫相差距離與扇形段本身鑄流長(zhǎng)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(dòng)的導(dǎo)向間隙將不致于使上框架做微小傾 斜運(yùn)動(dòng)時(shí)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(hào)保證扇形段的收縮輾縫和實(shí)

12、現(xiàn)對(duì)鑄坯的輕壓下。當(dāng)打開(kāi)扇形段即抬起上框架時(shí)，其調(diào)節(jié)過(guò)程與前述過(guò)程相反，也為前后兩個(gè)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(hào)-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(cè)位置后 ，閥 上的誤差電流信號(hào)消失，下口液壓缸的向上運(yùn)動(dòng)停止；繼之同時(shí)向控制上、下口液 壓缸運(yùn)動(dòng)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(hào)，如使扇形段達(dá) 到最大的開(kāi)口度（上框架在最上位，這時(shí)的給定信號(hào)相當(dāng)于零，而液壓缸的位置反饋 信號(hào)最大，閥上的誤差電流信號(hào)也最大，但其極性相反，上、下口液壓缸同時(shí)以最大速度向上運(yùn)動(dòng)，隨 著反饋電流信號(hào)的減小，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度也逐

13、步減小直至誤差電流信號(hào)消失 ，扇形 段上框架達(dá)到最上位，液壓缸的運(yùn)動(dòng)隨之停止。兩個(gè)階段的電氣信號(hào)一次同時(shí)給定 ， 運(yùn)動(dòng)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(cè) 到的輾縫與原始設(shè)定輾縫出現(xiàn)微小偏離時(shí)，位置傳感器所發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)將借助比 例伺服閥自動(dòng)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?jí)合?。而?dòng)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(duì)鑄坯施 壓來(lái)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(lái)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(cè) 得，可以開(kāi)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(kāi)發(fā)出連鑄機(jī)專(zhuān)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(chē)5壓下的情況下自動(dòng)調(diào)整輾縫，都是沿著鑄流方向由前到后逐個(gè)扇形段依次進(jìn)行的。4扇形段輾縫自動(dòng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)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(wú)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(wú)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(dòng) 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(cè)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(dòng)調(diào)節(jié)是通過(guò)電磁閥控制 扇形段上框架的升降動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的，電氣控制相對(duì)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用較低；與伺服閥 控制相比，對(duì)

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(duì)外的液壓配管簡(jiǎn)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(shí)，扇形段以恒定的低速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)作速度難以掌握；扇形段上框架的升降動(dòng)作在恒定 的低速下進(jìn)行，尤其是上框架在最上位時(shí)，輾縫調(diào)整所需的時(shí)間長(zhǎng)；液壓系統(tǒng)的控 制回路的組成相對(duì)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(guó)外的EPC （帶材邊緣控制 和 CPC （帶材對(duì)中控制等其它場(chǎng)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(yǔ)2005年10月，西安重型機(jī)械研究所設(shè)