連鑄坯大壓下軋機液壓控制設計

田秀平 張雪 韓清剛 秦艷梅 林立偉

（北京首鋼國際工程技術有限公司 北京100043）

1 前言

本文論述了一種連鑄坯大壓下軋機液壓控制回路，通過全液壓壓下控制回路，對油缸進行壓力和位置的控制，達到主軋機對軋制力和壓下量兩種主要工藝參數進行控制的要求。其功能性是按自動化控制系統隨著鑄坯凝固末端位置跟蹤信號所發出的控制指令，控制實現大壓下功能；跟蹤鑄坯芯部凝固位置，控制輥縫實現輕壓下［1］功能；跟蹤鑄坯凝固末端位置，在鑄坯已經完全凝固的時候配合前后輔助夾持輥的低壓夾緊動作，實現低壓夾緊功能。

連鑄坯凝固末端大壓下技術是基于凝固末端輕壓下技術發展而來，適用于大斷面連鑄坯的下一代連鑄新技術。

采用凝固末端大壓下技術［2］的目的：針對于軋制100mm以上特厚板常出現的問題－疏松缺陷，通常的解決方案是采用模鑄鋼錠、電渣重熔鋼錠或超厚立式鑄機生產鑄坯，以大軋制壓縮比（≥4～5）保證鋼板芯部質量。而連鑄坯凝固末端大壓下技術是在板坯凝固末端位置，采用一對大直徑輥實施大壓下量（≥10mm），使鑄坯中心產生金屬流動變形，補縮（填充凝固收縮產生的縮孔、疏松），顯著改善或消除鑄坯中心的疏松缺陷，提高鑄坯致密度，實現低軋制壓縮比條件下厚板與大規格型材的穩定生產。

目前，連鑄坯凝固末端大壓下技術實踐案例主要在日本和韓國。國內在唐鋼中板廠也進行了大壓下的工藝實踐，其壓下形式為扇形段壓下。國內軋機形式大壓下技術還處于研究階段。北京科技大學針對連鑄坯凝固末端大壓下技術，做了前瞻性的研究，并且取得了多項關于工藝大壓下技術工藝方面的專利。

京唐二期1＃板坯連鑄機升級改造為具備大壓下（最大壓下量20mm，最大壓下力1500t）功能的新型設備，并通過調節連鑄機的冷卻系統將鑄坯的凝固末端，實施大壓下技術。大壓下段在16扇形段，最佳大壓下工況為連鑄坯在大壓下輥的入口處固相率fs［3］在0.80－0.95之間。然而實現這個大壓下技術，設備由2輥軋機、軋機前2對輔助夾送輥和軋機后2對輔助夾送輥組成。2輥軋機的液壓控制至關重要。其中起關鍵作用的是上輥壓下液壓缸的控制。主要包括液壓缸的壓力和位置控制。目前國內尚無軋機形式的連鑄坯大壓下液壓控制技術的技術標準。

2 液壓控制回路

大壓下系統是由機械及控制設備、流體系統、電氣系統和自動化系統組成。流體系統主要是大壓下裝置AGC液壓缸動作的控制，AGC液壓缸控制上工作輥的升降。

2.1 液壓原理

圖1大壓下軋機液壓原理圖：AGC液壓缸的伺服控制［4］。其中，蓄能器截止塊1、壓力傳感器2、蓄能器3、液控單向閥4、單向閥5、伺服閥6、液控單向閥7、壓力表8、電磁卸荷閥9、壓力傳感器10、操作側AGC液壓缸11、壓力傳感器12、電磁換向閥13、蓄能器14、壓力傳感器15、傳動側AGC液壓缸16、電磁卸荷閥17、液控單向閥18、伺服閥19、單向閥20、液控單向閥21、溢流閥22、減壓閥23、電磁換向閥24。

圖1大壓下軋機液壓原理圖中主要元件功能有伺服閥6、伺服閥19通過壓力傳感器10、壓力傳感器12和壓力傳感器15以及液壓缸上的位移傳感器來實現操作側AGC液壓缸11和傳動側AGC液壓缸16的壓力和位置控制。

圖1 大壓下軋機液壓原理圖

2.2 控制說明

圖1中，操作側AGC液壓缸11和傳動側AGC液壓缸16單獨控制，每個AGC液壓缸設有1個位移傳感器，每個AGC液壓缸無桿腔管路上設有1個壓力傳感器，2個AGC液壓缸有桿腔管路匯合后設有1個壓力傳感器。澆鑄開始前，根據生產操作指令，AGC液壓缸控制大壓下上輥壓下到設定開口位置；引錠桿頭部經過后，AGC液壓缸控制大壓下上輥壓下到設定工作位置，通過壓力傳感器控制AGC液壓缸的工作壓力，保證上輥壓下力滿足連鑄大壓下需要（最大壓下力1500t）。

當壓力傳感器10和壓力傳感器15的壓力超過設定值，2個AGC液壓缸［5］的電磁卸荷閥9和電磁卸荷閥17同時失電泄壓保護，抬起行程與壓下行程相同時，電磁卸荷閥得電退出卸荷狀態。

電磁換向閥24可控制液控單向閥4、液控單向閥7、液控單向閥18和液控單向閥21將伺服閥6和伺服閥19的進出油路鎖死，實現AGC液壓缸的鎖定；AGC液壓缸的位移傳感器實現AGC液壓缸的位置監測；當壓力傳感器10、壓力傳感器15和壓力傳感器12實現AGC液壓缸無桿腔和有桿腔的壓力監測。

當壓力傳感器10、壓力傳感器15檢測到2個AGC液壓缸任何1個液壓缸無桿腔膠管破裂，電磁換向閥24斷電，無桿腔液控單向閥關閉并切斷壓力油，同時電磁卸荷閥9和電磁卸荷閥17同時失電卸荷。與電磁換向閥24斷電共同控制使2個AGC液壓缸共同抬起。其它4組輔助夾持輥同時抬起。

當壓力傳感器12檢測到2個AGC液壓缸任何1個液壓缸有桿腔膠管破裂，電磁換向閥13得電關閉切斷壓力油，電磁換向閥24斷電，無桿腔液控單向閥關閉并切斷壓力油，同時電磁卸荷閥9和電磁卸荷閥17失電卸荷。其它4組輔助夾持輥同時抬起。

主供油路P上的蓄能器用于液壓站動力源故障時，能將AGC液壓缸和8個輔助夾持輥液壓缸最大抬升20mm。有桿腔上的蓄能器提高伺服閥在進行壓力和位置調整時的響應速度及吸收壓力波動。

3 主要經濟、社會效益及風險

從市場經濟角度來看，大壓下設備功能性強，可以顯著改善或消除鑄坯中心的疏松缺陷，提高鑄坯致密度，實現低軋制壓縮比條件下厚板與大規格型材的穩定生產。可適用新上項目或改造項目。具有很好的市場需求，能夠帶來市場效益。

連鑄機鑄坯凝固末端大壓下工藝屬于創新探索工藝，因此大壓下自動化控制模型的總體要求必須安全、可靠，同時保證后續的可擴展、可修改性。

4 結論

本文詳盡闡述大壓下技術大壓下軋機的液壓控制回路。現已成功應用在首鋼京唐二期煉鋼連鑄工程1＃板坯連鑄機大壓下工程項目中。2020年5月已成功完成第三階段大壓下試驗，為以后應用在其他工程上奠定了堅實的基礎。在國內應用空間大，市場需求潛力大。