馬　寧，郭　鋒

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

液壓同步技術(shù)在板坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用與分析

馬寧1，郭鋒2

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

摘要：針對(duì)連鑄工藝多個(gè)環(huán)節(jié)需要用到液壓同步技術(shù)的特殊性,以安鋼第二煉軋廠為依托,根據(jù)整個(gè)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(yīng)用及原理,得出各種控制方式在控制精度上能滿足該環(huán)節(jié)工藝需求,對(duì)于減少事故、改善鑄坯質(zhì)量都起到了關(guān)鍵作用,同時(shí)也對(duì)投資成本實(shí)現(xiàn)了較好的控制.

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；液壓系統(tǒng)；同步技術(shù)；開環(huán)；閉環(huán)

連鑄作為把液態(tài)鋼水形成固態(tài)鑄坯的重要工藝部分,由于其生產(chǎn)過程高溫、高壓的工況以及對(duì)控制較高的要求［1］,在多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)中,幾乎都有同步運(yùn)行的技術(shù)要求.如中間罐車的升降、結(jié)晶器振動(dòng)、扇形段夾緊及驅(qū)動(dòng)控制、竄動(dòng)輥道、引錠桿對(duì)中、提升橫移等大量采用了液壓同步技術(shù).

1　液壓同步技術(shù)簡介與控制形式

液壓同步就是指多個(gè)（n≥2）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在同一時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)行程或轉(zhuǎn)角相同［2］,對(duì)于缸徑相同的液壓缸和排量相等的液壓馬達(dá),在運(yùn)動(dòng)過程中保證位移同步的同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度也需保證相同.并且由于不同執(zhí)行組件在制造、結(jié)構(gòu)剛度、負(fù)載、摩擦、泄露等方面存在差異,所以在對(duì)同步要求較高的場合更需要采取措施保證其運(yùn)動(dòng)同步.液壓同步技術(shù)就是使兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行元件獲得運(yùn)動(dòng)上的同步.

使執(zhí)行元件保持同步運(yùn)動(dòng)的控制技術(shù)一般包括速度同步控制技術(shù)和位置同步控制技術(shù)兩類.速度同步是指各執(zhí)行組件的運(yùn)動(dòng)速度相同；而位置同步是指各執(zhí)行組件在運(yùn)動(dòng)中或停止時(shí)都保持相同的位移量.實(shí)現(xiàn)液壓同步控制的基本形式主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種.

2　液壓同步技術(shù)在板坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用與分析

2.1連鑄工藝流程

由于液壓同步技術(shù)的應(yīng)用,在連鑄生產(chǎn)過程中,對(duì)于降低液位波動(dòng)、防止坯殼粘結(jié)和漏鋼事故等問題的發(fā)生,對(duì)于提高鑄坯質(zhì)量、擴(kuò)大品種、改善鑄坯的內(nèi)部缺陷都起到了關(guān)鍵作用［3-4］,現(xiàn)以安陽鋼鐵公司第二煉軋廠板坯連鑄機(jī)為例,分析液壓同步技術(shù)在連鑄工序中的應(yīng)用原理.圖1為該廠連鑄工藝流程圖.

圖1　連鑄機(jī)工藝流程圖

2.2分流閥調(diào)節(jié)的同步回路

板坯連鑄機(jī)在上引錠或拉鋼過程中,如果扇形段兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)壓下缸的負(fù)載發(fā)生變化,就會(huì)影響到兩個(gè)缸的動(dòng)作同步性［5］.如果兩側(cè)液壓缸動(dòng)作不同步,會(huì)造成液壓缸帶動(dòng)扇形段的驅(qū)動(dòng)輥橫梁在壓下或抬起時(shí)產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成卡阻,使橫梁運(yùn)動(dòng)不到位而影響生產(chǎn).

使用分流閥調(diào)節(jié)的同步回路結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)濟(jì),糾偏能力大,可靠性強(qiáng)［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(gè)孔徑相等的固定節(jié)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(jié)流孔與液壓油連通,單向閥6和7并聯(lián)在分流閥的閥體內(nèi).分流閥內(nèi)的閥口a和b是可變節(jié)流口,起調(diào)節(jié)壓力的作用.

當(dāng)二位四通閥9處于左位時(shí),壓力油分別經(jīng)過固定節(jié)流孔4和5,再經(jīng)過分流閥上的a和b兩個(gè)可變節(jié)流口,進(jìn)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(yùn)動(dòng).當(dāng)作用在兩液壓缸上的負(fù)載相等時(shí),分流閥8的平衡閥芯3處于某一平衡位置保持不動(dòng),平衡閥芯兩端的壓力此時(shí)相等,即Pa＝Pb,固定節(jié)流口前后的壓差保持相等,進(jìn)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(yùn)動(dòng).如果液壓缸1上的負(fù)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(yùn)動(dòng)到Pa＝Pb的一個(gè)新的平衡位置后停止,此時(shí)固定節(jié)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(dāng)電磁閥9失電復(fù)位時(shí),液壓缸1和液壓缸2的活塞向左運(yùn)動(dòng),回油經(jīng)單向閥6和7排回油箱.這種分流閥調(diào)節(jié)的同步回路只能實(shí)現(xiàn)速度同步.若某個(gè)液壓缸先運(yùn)動(dòng)到達(dá)行程終點(diǎn),則可經(jīng)閥內(nèi)的節(jié)流孔竄油,使兩個(gè)液壓缸都能到達(dá)終點(diǎn),從而消除積累誤差.該廠連鑄機(jī)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(qū)動(dòng)輥壓下的同步性.

圖2　分流閥調(diào)節(jié)的同步回路

1、2 液壓缸；3 閥芯；4、5 節(jié)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(jīng)過切割、去毛刺、打號(hào)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行堆存或直接進(jìn)入加熱爐,鑄坯橫移裝置起運(yùn)輸鑄坯的作用.如果在幾個(gè)橫移裝置液壓缸上升托起板坯過程中出現(xiàn)上升不同步,就會(huì)出現(xiàn)某個(gè)運(yùn)輸小車先頂起鑄坯而造成托斜甚至翻落的危險(xiǎn).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(gè)尺寸參數(shù)完全相同的液壓缸3同步運(yùn)動(dòng)的回路.液壓缸3由兩個(gè)尺寸相同的雙桿液壓缸連接而成稱作同步液壓缸,當(dāng)液壓缸3的活塞向左移動(dòng)時(shí),液壓缸a腔與b腔中的油液分別進(jìn)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(dá)終點(diǎn),則油腔a的余油經(jīng)單向閥4和安全閥5排回油箱,油腔b的油繼續(xù)進(jìn)入液壓缸2下腔,使之到達(dá)終點(diǎn).液壓缸2的活塞先到達(dá)終點(diǎn)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(shí)現(xiàn)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(nèi)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(duì)較高.

圖3　同步液壓缸調(diào)節(jié)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(tǒng)控制的液壓同步回路

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

鑒于結(jié)晶器振動(dòng)的重要性以及特殊性,該廠采用了伺服系統(tǒng)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(shù)輸入計(jì)算機(jī)［6］,這些參數(shù)通過放大器和電—機(jī)械轉(zhuǎn)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(tǒng)的壓力油通過伺服閥分別進(jìn)入結(jié)晶器兩側(cè)的伺服液壓缸的上腔或下腔,由液壓缸的活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)［5-6］.可編程控制器與計(jì)算機(jī)通信,接收傳輸過來的控制參數(shù),并輸出控制信號(hào)給電液伺服閥,進(jìn)而控制結(jié)晶器兩側(cè)下方的振動(dòng)液壓缸在預(yù)設(shè)的頻率、行程和波形下振動(dòng),液壓缸內(nèi)的位置傳感器對(duì)實(shí)際振動(dòng)位移進(jìn)行檢測、比較后將誤差信號(hào)輸入到放大器中,放大后的信號(hào)輸入伺服閥,使伺服閥芯移動(dòng)打開閥口,從而控制液壓缸的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制.可編程控制器把振動(dòng)位移信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī),針對(duì)振動(dòng)曲線實(shí)時(shí)監(jiān)控.如圖4為結(jié)晶器液壓振動(dòng)控制示意圖.

圖4　液壓振動(dòng)控制示意圖

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

3　結(jié)語

液壓同步控制的基本方式主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種.以上除結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)外的幾種同步回路,都是控制流量,為開環(huán)控制的液壓同步系統(tǒng)［6-7］.由于完全靠液壓元件本身的加工精度來保證執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)同步,而沒有對(duì)輸出進(jìn)行檢測和反饋,故只能保證速度同步.而結(jié)晶器振動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)對(duì)液壓缸輸出的速度與位移量進(jìn)行了檢測與反饋,從而構(gòu)成閉環(huán)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(gè)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)過程中的不利因素,從而可獲得高精度的同步控制.

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（責(zé)任編輯∶李婉）

中圖分類號(hào)：TH137.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(tuán)冷軋有限責(zé)任公司工程師,碩士；研究方向∶冷軋?jiān)O(shè)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