液壓同步技術在板坯連鑄機中的應用與分析

馬　寧，郭　鋒

（1.安鋼集團冷軋有限責任公司,河南 安陽455000；2.安鋼集團技改工程處,河南 安陽455004）

液壓同步技術在板坯連鑄機中的應用與分析

馬寧1，郭鋒2

（1.安鋼集團冷軋有限責任公司,河南 安陽455000；2.安鋼集團技改工程處,河南 安陽455004）

摘要：針對連鑄工藝多個環節需要用到液壓同步技術的特殊性,以安鋼第二煉軋廠為依托,根據整個連鑄工藝的重要程度,不同場合分別采用了不同的液壓控制方式.分析其應用及原理,得出各種控制方式在控制精度上能滿足該環節工藝需求,對于減少事故、改善鑄坯質量都起到了關鍵作用,同時也對投資成本實現了較好的控制.

關鍵詞：連鑄機；液壓系統；同步技術；開環；閉環

連鑄作為把液態鋼水形成固態鑄坯的重要工藝部分,由于其生產過程高溫、高壓的工況以及對控制較高的要求［1］,在多個執行機構的液壓系統中,幾乎都有同步運行的技術要求.如中間罐車的升降、結晶器振動、扇形段夾緊及驅動控制、竄動輥道、引錠桿對中、提升橫移等大量采用了液壓同步技術.

1　液壓同步技術簡介與控制形式

液壓同步就是指多個（n≥2）液壓執行機構在同一時間內運動行程或轉角相同［2］,對于缸徑相同的液壓缸和排量相等的液壓馬達,在運動過程中保證位移同步的同時運動速度也需保證相同.并且由于不同執行組件在制造、結構剛度、負載、摩擦、泄露等方面存在差異,所以在對同步要求較高的場合更需要采取措施保證其運動同步.液壓同步技術就是使兩個或兩個以上的執行元件獲得運動上的同步.

使執行元件保持同步運動的控制技術一般包括速度同步控制技術和位置同步控制技術兩類.速度同步是指各執行組件的運動速度相同；而位置同步是指各執行組件在運動中或停止時都保持相同的位移量.實現液壓同步控制的基本形式主要有開環控制和閉環控制兩種.

2　液壓同步技術在板坯連鑄機中的應用與分析

2.1連鑄工藝流程

由于液壓同步技術的應用,在連鑄生產過程中,對于降低液位波動、防止坯殼粘結和漏鋼事故等問題的發生,對于提高鑄坯質量、擴大品種、改善鑄坯的內部缺陷都起到了關鍵作用［3-4］,現以安陽鋼鐵公司第二煉軋廠板坯連鑄機為例,分析液壓同步技術在連鑄工序中的應用原理.圖1為該廠連鑄工藝流程圖.

圖1　連鑄機工藝流程圖

2.2分流閥調節的同步回路

板坯連鑄機在上引錠或拉鋼過程中,如果扇形段兩側的驅動壓下缸的負載發生變化,就會影響到兩個缸的動作同步性［5］.如果兩側液壓缸動作不同步,會造成液壓缸帶動扇形段的驅動輥橫梁在壓下或抬起時產生傾斜現象,嚴重時會造成卡阻,使橫梁運動不到位而影響生產.

使用分流閥調節的同步回路結構簡單,經濟,糾偏能力大,可靠性強［5］.其控制原理如圖2所示,液壓缸1和液壓缸2的活塞桿面積相同,分流閥閥口的入口處有兩個孔徑相等的固定節流孔4和5,分流閥的出口a和b分別接在液壓缸1和液壓缸2的入口處,固定節流孔與液壓油連通,單向閥6和7并聯在分流閥的閥體內.分流閥內的閥口a和b是可變節流口,起調節壓力的作用.

當二位四通閥9處于左位時,壓力油分別經過固定節流孔4和5,再經過分流閥上的a和b兩個可變節流口,進入液壓缸1和液壓缸2的無桿腔,兩液壓缸的活塞開始向右運動.當作用在兩液壓缸上的負載相等時,分流閥8的平衡閥芯3處于某一平衡位置保持不動,平衡閥芯兩端的壓力此時相等,即Pa＝Pb,固定節流口前后的壓差保持相等,進入到液壓缸1和液壓缸2的流量相等,所以液壓缸1和液壓缸2以相同的速度向右運動.如果液壓缸1上的負載增大,分流閥左端的壓力Pa上升,閥芯3右移,a口加大,b口減小,從而壓力Pa下降,Pb上升,閥芯向右運動到Pa＝Pb的一個新的平衡位置后停止,此時固定節流孔4和5前后的壓差保持相等,液壓缸速度相等,仍然保持著速度同步.當電磁閥9失電復位時,液壓缸1和液壓缸2的活塞向左運動,回油經單向閥6和7排回油箱.這種分流閥調節的同步回路只能實現速度同步.若某個液壓缸先運動到達行程終點,則可經閥內的節流孔竄油,使兩個液壓缸都能到達終點,從而消除積累誤差.該廠連鑄機采用的分流閥（正常的同步精度為5%～10%）控制,很大程度上保證了扇形段驅動輥壓下的同步性.

圖2　分流閥調節的同步回路

1、2 液壓缸；3 閥芯；4、5 節流器；6、7 單向閥；8 分流閥；9 二位四通閥

2.3同步液壓缸的同步回路

鑄坯在經過切割、去毛刺、打號等工藝后需要通過橫移裝置將鑄坯橫向送到軋鋼跨中,以便對產品進行堆存或直接進入加熱爐,鑄坯橫移裝置起運輸鑄坯的作用.如果在幾個橫移裝置液壓缸上升托起板坯過程中出現上升不同步,就會出現某個運輸小車先頂起鑄坯而造成托斜甚至翻落的危險.因此該廠鑄坯橫移裝置的升降采用了控制精度更高的同步液壓缸（正常同步精度0.1%～5%）控制方式.

如圖3所示為兩個尺寸參數完全相同的液壓缸3同步運動的回路.液壓缸3由兩個尺寸相同的雙桿液壓缸連接而成稱作同步液壓缸,當液壓缸3的活塞向左移動時,液壓缸a腔與b腔中的油液分別進入到液壓缸1與液壓缸2的無桿腔使其同步上升.若液壓缸1的活塞先到達終點,則油腔a的余油經單向閥4和安全閥5排回油箱,油腔b的油繼續進入液壓缸2下腔,使之到達終點.液壓缸2的活塞先到達終點與液壓缸1原理相同.該同步液壓缸控制的回路可使液壓缸1和2實現往返同步,并可避免位置誤差的積累.但此同步回路的同步精度主要取決于液壓缸3的內部較高的加工精度和密封性,所以一般來說同步缸制造精度要求較高,因此這種回路的同步精度也相對較高.

圖3　同步液壓缸調節的同步回路

1、2 液壓缸；3 同步液壓缸；4 單向閥；5 溢流閥；6 二位四通閥

2.4伺服系統控制的液壓同步回路

在連鑄工藝中,結晶器尤如咽喉,而結晶器工作正常與否,是由振動臺工作好壞來決定的.通過結晶器的振動,使坯殼脫離結晶器壁而不被拉斷或漏鋼,通過調整結晶器的參數,使鑄坯不產生脫方、鼓肚和裂紋等缺陷保證坯殼均勻穩定的生長.

鑒于結晶器振動的重要性以及特殊性,該廠采用了伺服系統控制的液壓同步回路.其工作原理是由操作人員把不同的鋼種和斷面尺寸參數輸入計算機［6］,這些參數通過放大器和電—機械轉換裝置控制液壓伺服閥的開口大小及液流方向,來自液壓系統的壓力油通過伺服閥分別進入結晶器兩側的伺服液壓缸的上腔或下腔,由液壓缸的活塞桿的往復運動來驅動振動裝置實現上下運動［5-6］.可編程控制器與計算機通信,接收傳輸過來的控制參數,并輸出控制信號給電液伺服閥,進而控制結晶器兩側下方的振動液壓缸在預設的頻率、行程和波形下振動,液壓缸內的位置傳感器對實際振動位移進行檢測、比較后將誤差信號輸入到放大器中,放大后的信號輸入伺服閥,使伺服閥芯移動打開閥口,從而控制液壓缸的運動,實現閉環控制.可編程控制器把振動位移信號傳輸給計算機,針對振動曲線實時監控.如圖4為結晶器液壓振動控制示意圖.

圖4　液壓振動控制示意圖

伺服系統中的位置回饋能精確控制兩側液壓缸位置.這種控制方式特點是同步精度非常高,可使兩液壓缸活塞在任何時候的位置誤差都不超過0.05～0.2mm,而且可以達到較高的頻響水平,但投資成本較高且控制方式較復雜.

3　結語

液壓同步控制的基本方式主要有開環控制和閉環控制兩種.以上除結晶器振動系統外的幾種同步回路,都是控制流量,為開環控制的液壓同步系統［6-7］.由于完全靠液壓元件本身的加工精度來保證執行元件的運動同步,而沒有對輸出進行檢測和反饋,故只能保證速度同步.而結晶器振動液壓伺服系統對液壓缸輸出的速度與位移量進行了檢測與反饋,從而構成閉環控制,既有位置反饋,又有速度反饋,故既能保證位置同步,又可保證速度同步,能夠在很大程度上消除或抑制多個執行運動過程中的不利因素,從而可獲得高精度的同步控制.

參考文獻：

［1］李壯云.液壓元件與系統［M］.北京∶機械工業出版社,1999.

［2］管忠范.液壓傳動系統［M］.北京∶機械工業出版社,1997.

［3］秦旭,朱超甫,尹延榮,等.液壓伺服振動式板坯連鑄機的漏鋼預報技術［J］.鋼鐵,2010,45（11）∶97-100.

［4］陳文友,李東曉,魏忠寶,等.板坯連鑄機液壓裝置同步控制的研究與應用［J］.連鑄,2010（2）∶29-32.

［5］成大先.機械設計手冊［M］.3版.北京∶化學工業出版社,1993.

［6］王占林.近代電氣液壓伺服控制［M］.北京∶北京航空航天大學出版社,2004.

［7］李洪人.液壓控制系統［M］.北京∶國防工業出版社,1990.

（責任編輯∶李婉）

中圖分類號：TH137.9

文獻標識碼：A

文章編號：1007-5348（2015）10-0045-04

［收稿日期］2015-09-09

［作者簡介］馬寧（1978-）,男,河南鄭州人,安鋼集團冷軋有限責任公司工程師,碩士；研究方向∶冷軋設備.

APPllcatlon and Analysls of Slab Contlnuous Castlng M achlne of Hydraullc Synchronous Technology

MA Ning1,GUO Feng2
（1.Anyang Iron and Stee1ComPany,s Co1d ro11ing Co.Ltd.Anyang 455000,Henan,China；2.Anyang Iron and Stee1ComPany,s Engineering DePartment,Anyang 455000,Henan,China）

Abstract:In view of the continuous casting Process,the sPecia1characteristics of hydrau1ic synchronous techno1ogy are needed.This PaPer takes the Anyang Stee1CorP as the basis,according to the imPortant degree of the who1e continuous casting Process,differenthydrau1ic contro1modes are used in different situations.Ana1ysis of its aPP1ication and PrinciP1e,the contro1method can meet the requirements of the Process,and it P1ays a key ro1e in reducing accidents and imProving the qua1ity of s1ab.

Key words:continuous casting；hydrau1ic system；synchronization techno1ogy；oPen 1ooP；c1osed 1ooP