連鑄坯大壓下軋機(jī)液壓控制設(shè)計(jì)

田秀平 張雪 韓清剛 秦艷梅 林立偉

（北京首鋼國際工程技術(shù)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(jī)液壓控制回路，通過全液壓壓下控制回路，對油缸進(jìn)行壓力和位置的控制，達(dá)到主軋機(jī)對軋制力和壓下量兩種主要工藝參數(shù)進(jìn)行控制的要求。其功能性是按自動化控制系統(tǒng)隨著鑄坯凝固末端位置跟蹤信號所發(fā)出的控制指令，控制實(shí)現(xiàn)大壓下功能；跟蹤鑄坯芯部凝固位置，控制輥縫實(shí)現(xiàn)輕壓下［1］功能；跟蹤鑄坯凝固末端位置，在鑄坯已經(jīng)完全凝固的時候配合前后輔助夾持輥的低壓夾緊動作，實(shí)現(xiàn)低壓夾緊功能。

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

采用凝固末端大壓下技術(shù)［2］的目的：針對于軋制100mm以上特厚板常出現(xiàn)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(jī)生產(chǎn)鑄坯，以大軋制壓縮比（≥4～5）保證鋼板芯部質(zhì)量。而連鑄坯凝固末端大壓下技術(shù)是在板坯凝固末端位置，采用一對大直徑輥實(shí)施大壓下量（≥10mm），使鑄坯中心產(chǎn)生金屬流動變形，補(bǔ)縮（填充凝固收縮產(chǎn)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(shí)現(xiàn)低軋制壓縮比條件下厚板與大規(guī)格型材的穩(wěn)定生產(chǎn)。

目前，連鑄坯凝固末端大壓下技術(shù)實(shí)踐案例主要在日本和韓國。國內(nèi)在唐鋼中板廠也進(jìn)行了大壓下的工藝實(shí)踐，其壓下形式為扇形段壓下。國內(nèi)軋機(jī)形式大壓下技術(shù)還處于研究階段。北京科技大學(xué)針對連鑄坯凝固末端大壓下技術(shù)，做了前瞻性的研究，并且取得了多項(xiàng)關(guān)于工藝大壓下技術(shù)工藝方面的專利。

京唐二期1＃板坯連鑄機(jī)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(shè)備，并通過調(diào)節(jié)連鑄機(jī)的冷卻系統(tǒng)將鑄坯的凝固末端，實(shí)施大壓下技術(shù)。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(shí)現(xiàn)這個大壓下技術(shù)，設(shè)備由2輥軋機(jī)、軋機(jī)前2對輔助夾送輥和軋機(jī)后2對輔助夾送輥組成。2輥軋機(jī)的液壓控制至關(guān)重要。其中起關(guān)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(nèi)尚無軋機(jī)形式的連鑄坯大壓下液壓控制技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 液壓控制回路

大壓下系統(tǒng)是由機(jī)械及控制設(shè)備、流體系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)組成。流體系統(tǒng)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(jī)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(cè)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(cè)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(jī)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(shí)現(xiàn)操作側(cè)AGC液壓缸11和傳動側(cè)AGC液壓缸16的壓力和位置控制。

圖1 大壓下軋機(jī)液壓原理圖

2.2 控制說明

圖1中，操作側(cè)AGC液壓缸11和傳動側(cè)AGC液壓缸16單獨(dú)控制，每個AGC液壓缸設(shè)有1個位移傳感器，每個AGC液壓缸無桿腔管路上設(shè)有1個壓力傳感器，2個AGC液壓缸有桿腔管路匯合后設(shè)有1個壓力傳感器。澆鑄開始前，根據(jù)生產(chǎn)操作指令，AGC液壓缸控制大壓下上輥壓下到設(shè)定開口位置；引錠桿頭部經(jīng)過后，AGC液壓缸控制大壓下上輥壓下到設(shè)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(dāng)壓力傳感器10和壓力傳感器15的壓力超過設(shè)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(hù)，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(tài)。

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(jìn)出油路鎖死，實(shí)現(xiàn)AGC液壓缸的鎖定；AGC液壓缸的位移傳感器實(shí)現(xiàn)AGC液壓缸的位置監(jiān)測；當(dāng)壓力傳感器10、壓力傳感器15和壓力傳感器12實(shí)現(xiàn)AGC液壓缸無桿腔和有桿腔的壓力監(jiān)測。

當(dāng)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(guān)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(dāng)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(guān)閉切斷壓力油，電磁換向閥24斷電，無桿腔液控單向閥關(guān)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(jìn)行壓力和位置調(diào)整時的響應(yīng)速度及吸收壓力波動。

3 主要經(jīng)濟(jì)、社會效益及風(fēng)險(xiǎn)

從市場經(jīng)濟(jì)角度來看，大壓下設(shè)備功能性強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)低軋制壓縮比條件下厚板與大規(guī)格型材的穩(wěn)定生產(chǎn)?？蛇m用新上項(xiàng)目或改造項(xiàng)目。具有很好的市場需求，能夠帶來市場效益。

連鑄機(jī)鑄坯凝固末端大壓下工藝屬于創(chuàng)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(xù)的可擴(kuò)展、可修改性。

4 結(jié)論

本文詳盡闡述大壓下技術(shù)大壓下軋機(jī)的液壓控制回路?，F(xiàn)已成功應(yīng)用在首鋼京唐二期煉鋼連鑄工程1＃板坯連鑄機(jī)大壓下工程項(xiàng)目中。2020年5月已成功完成第三階段大壓下試驗(yàn)，為以后應(yīng)用在其他工程上奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在國內(nèi)應(yīng)用空間大，市場需求潛力大。