連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)分析與總結(jié)

祝家興，王 勇

（馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

隨著國內(nèi)外連鑄機(jī)生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，液壓控制系統(tǒng)作為連鑄機(jī)生產(chǎn)線的重要組成部分其技術(shù)得到迅速發(fā)展并日漸成熟。除此之外近年來隨著國內(nèi)煉鋼和軋鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)的變化和對產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量的新要求，同樣促進(jìn)了連鑄工藝技術(shù)的提高。連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕；傳動效率高、傳動功率大；結(jié)構(gòu)緊湊并便于安裝維護(hù)；伺服、比例系統(tǒng)控制精度高；蓄能器的獨(dú)特蓄能作用可確保在事故狀態(tài)下連鑄機(jī)還能工作一段時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1 連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)分區(qū)

傳統(tǒng)的連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)為確保經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等指標(biāo)均設(shè)一套液壓傳動系統(tǒng)，為整條連鑄機(jī)生產(chǎn)線機(jī)械設(shè)備的液壓執(zhí)行元件提供動力液壓油。由于伺服、比例系統(tǒng)逐漸發(fā)展以及液壓控制系統(tǒng)與PLC 的緊密結(jié)合，使得液壓系統(tǒng)的污染控制要求遠(yuǎn)高于八九十年代。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)完全去除液壓系統(tǒng)油液中的污染物是不現(xiàn)實(shí)的，這樣液壓系統(tǒng)的合理分區(qū)就顯得非常關(guān)鍵，關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵元件譬如伺服系統(tǒng)獨(dú)立分割出來，對系統(tǒng)清潔度要求相對較低的元件共用另外一套動力源。當(dāng)然處于設(shè)備日常操作維護(hù)的角度，越少的檢修作業(yè)區(qū)越便于保證連鑄機(jī)的長時(shí)間正常工作。

結(jié)合國內(nèi)外連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，考慮連鑄機(jī)生產(chǎn)線不同工藝段的實(shí)際需求，現(xiàn)階段異型坯、方坯連鑄機(jī)線上液壓系統(tǒng)大致可劃分為4 個(gè)系統(tǒng)回路。

（1）鋼水區(qū)液壓系統(tǒng)。鋼水區(qū)液壓系統(tǒng)為鋼包回轉(zhuǎn)臺、滑動水口、中間罐車、長水口機(jī)械手及鑄流切斷設(shè)備提供動力液壓油。

（2）結(jié)晶器振動臺液壓系統(tǒng)。振動臺伺服缸對系統(tǒng)的清潔度要求很高，因此獨(dú)立的振動臺液壓系統(tǒng)至關(guān)重要。

（3）拉矯機(jī)液壓系統(tǒng)。同結(jié)晶器振動臺液壓系統(tǒng)一樣，目前國內(nèi)外拉矯機(jī)液壓閥臺原理均采用伺服閥控制拉矯機(jī)的矯直力和輥縫調(diào)節(jié)；

（4）輸出區(qū)域液壓系統(tǒng)。輸出區(qū)域設(shè)備根據(jù)各個(gè)鋼鐵公司連鑄分廠的實(shí)際要求，大致可包含脫引錠裝置、擺動輥道、引錠桿存放裝置、升降擋板及步進(jìn)冷床等。

連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)的分區(qū)細(xì)化過程固然增加了泵源的數(shù)量，但卻減少了機(jī)械設(shè)備液壓執(zhí)行元件因不同的工作壓力造成的能源損耗、降低了生產(chǎn)誤操作引起液壓系統(tǒng)停機(jī)的故障率并提高了事故蓄能器的利用效益，更加便于控制液壓系統(tǒng)的清潔度等級。

2 鋼包回轉(zhuǎn)臺液壓回路

鋼包回轉(zhuǎn)臺有兩個(gè)相同的可放置鋼包的臂。澆鑄時(shí)，放置滿包鋼水的臂在“澆鑄位”；另一臂在“接收位”，滿包鋼水的鋼包臂負(fù)載約140t。

鋼包回轉(zhuǎn)臺液壓系統(tǒng)可分為鋼包臂升降閥臺、加蓋機(jī)構(gòu)閥臺、手動事故旋轉(zhuǎn)閥臺及滑動水口閥臺等幾個(gè)部分。負(fù)載大、流量大并保證鋼水包平穩(wěn)下降決定鋼包臂升降閥臺的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)原理中速度調(diào)節(jié)回路有很多種，目前國內(nèi)外連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺鋼包臂升降回路基本采用三種方式控制升降速度：一是選擇比例閥變速控制減小沖擊。二是選擇平衡閥根據(jù)負(fù)載變化控制下降速度減小沖擊。三是僅選擇單向節(jié)流閥進(jìn)行速度控制，三種不同的回路控制各有優(yōu)缺點(diǎn)：比例閥頻響高，速度調(diào)整范圍大，可實(shí)時(shí)在PLC 中根據(jù)不同的情況設(shè)置升降速度，但成本較高，同時(shí)回路中需設(shè)置液控單向閥作為安全閥；平衡閥在兼顧變負(fù)載調(diào)整自適應(yīng)調(diào)整速度的功能之外，在液壓系統(tǒng)中用來防止負(fù)載引起執(zhí)行元件“失控”，也可作防破裂閥；單向節(jié)流閥與液控單向閥組合基本能實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)與確保安全，受負(fù)載變化影響較大，能滿足工藝要求并且較經(jīng)濟(jì)。

3 中間罐車液壓回路

中間罐車是支承運(yùn)載中間罐的特殊車輛。連鑄工藝要求中間罐在澆鋼前須預(yù)熱（一般預(yù)熱到1100 ℃）后才能進(jìn)入澆鋼位置，接受鋼水。在進(jìn)入澆鋼位置的過程中，為保護(hù)水口，中間罐必須升起，當(dāng)?shù)竭_(dá)澆鋼位置后還需將升起的中間罐進(jìn)行調(diào)整，使水口對準(zhǔn)結(jié)晶器中心。中間罐車必須具備走行、升降和橫向微調(diào)的功能。

現(xiàn)代大型異型坯連鑄機(jī)、5 流及6 流方坯連鑄機(jī)中間罐車的升降均采用4 只油缸同步升降。同步回路是指在液壓系統(tǒng)中要求兩個(gè)或多個(gè)液壓執(zhí)行元件以相同的位移或相同的速度（或固定速度比）同步運(yùn)行時(shí)，就需用同步回路。在同步回路設(shè)計(jì)中，還必須考慮到執(zhí)行元件所受到載荷不均衡，摩擦阻力也不相同，泄漏量也有差別，制造上的差異也會影響同步精度。為了彌補(bǔ)上述影響，應(yīng)采取必要的措施。國內(nèi)大型鋼廠連鑄機(jī)中間罐車同步回路主要選擇液壓同步馬達(dá)控制以及比例閥控制實(shí)現(xiàn)：液壓同步馬達(dá)同步精度主要取決于液壓馬達(dá)和液壓缸的加工精度以及負(fù)載的均勻性。由于加工誤差總是存在的，故同步誤差是不可避免的。因此，在采用同步馬達(dá)的同步回路中，要采取措施消除累積誤差，提高同步精度。采用液壓同步馬達(dá)的同步回路適用于多缸同步且同步精度要求較高的回路，其同步精度可達(dá)1%。比例閥控制同步回路是由帶內(nèi)置位移傳感器的油缸和比例閥組成，通過位移傳感器和比例閥構(gòu)成的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)精確的同步控制。比例閥的控制信號，一個(gè)設(shè)為基準(zhǔn)信號，其他設(shè)為跟隨信號。回路的同步精度取決于位移傳感器和比例閥的控制精度，同步精度≤0.1%。同步馬達(dá)回路成本低、故障率低，同步精度低于比例閥同步回路；比例閥同步回路根據(jù)比例閥的選型或需要疊加壓力補(bǔ)償器以避免不均衡負(fù)載（必然存在）造成比例特性失效，當(dāng)然比例閥同步回路的成本遠(yuǎn)高于同步馬達(dá)控制回路。

4 出坯區(qū)設(shè)備液壓回路

出坯區(qū)設(shè)備與鋼包回轉(zhuǎn)臺、中間罐車、振動臺以及拉矯機(jī)等前段設(shè)備相比較，執(zhí)行元件工作壓力低、系統(tǒng)流量大、速度控制要求不高、同步精度相對略低，較為復(fù)雜且關(guān)鍵的設(shè)備如引錠桿存放裝置、稱重輥道以及步進(jìn)式冷床等設(shè)備均需要同步控制，具體的設(shè)計(jì)思路可選擇剛性軸同步或液壓回路控制同步，這也是取決于鋼廠使用者的生產(chǎn)操作習(xí)慣，但總體而言設(shè)備驅(qū)動動力源大多采用液壓方式。

5 結(jié) 語

在鋼鐵冶金生產(chǎn)線中液壓系統(tǒng)的應(yīng)用較為廣泛，通過對連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)的簡單介紹，并進(jìn)一步分析和總結(jié)，增加國內(nèi)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的感性認(rèn)識，既能保證液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、實(shí)用性和可靠性，又能保證投資的合理性和安全性。隨著國家的飛速發(fā)展，國內(nèi)外技術(shù)的緊密聯(lián)合，液壓系統(tǒng)在連鑄機(jī)生產(chǎn)線上的應(yīng)用經(jīng)過日積月累步入一個(gè)嶄新的階段。