王訓(xùn)安，丘銘軍，郭 佳，張 濤

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司 西安市重型機(jī)械高端液壓技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心, 陜西 西安 710032；2.新余鋼鐵集團(tuán)有限公司第二煉鋼廠，江西 新余338001)

0 前言

中心偏析和中心疏松是連鑄板坯最主要的缺陷之一，這些缺陷嚴(yán)重影響了板材的質(zhì)量和性能。隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)對(duì)高品質(zhì)板材需求的增加，對(duì)鑄坯質(zhì)量提出了更高的要求。實(shí)踐證明，板坯連鑄機(jī)的動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)可以有效地改善和消除中心偏析和中心疏松。

1 輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展及存在的問(wèn)題

輕壓下技術(shù)是通過(guò)在鑄坯液相穴末端附近對(duì)連鑄坯實(shí)施一定的壓下量，以補(bǔ)償或抵消鑄坯的凝固收縮量，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達(dá)到改善和消除中心偏析和中心疏松的目的。每個(gè)扇形段有四臺(tái)夾緊液壓缸( 扇形段入口和出口各兩臺(tái)) , 液壓缸的活塞桿與扇形段的下框架相連固定不動(dòng)；液壓缸缸體與扇形段上框架相連, 通過(guò)液壓閥控制液壓缸伸縮，從而帶動(dòng)上框架及其輥組作升降運(yùn)動(dòng)。液壓缸上裝有位置傳感器用于檢測(cè)液壓缸的位移，壓力傳感器用于檢測(cè)液壓缸兩腔壓力。根據(jù)連鑄機(jī)鑄造工藝要求設(shè)定輥縫。扇形段輥縫調(diào)節(jié)裝置是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)輕壓下的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工藝，遠(yuǎn)程設(shè)置合適的輥縫，在凝固末端補(bǔ)償凝固收縮和熱收縮。

上世紀(jì)90年代，德馬克、奧鋼聯(lián)及達(dá)涅利等歐洲公司先后研發(fā)出了采用液壓電氣控制方式實(shí)現(xiàn)的板坯連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫的技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的幾家設(shè)計(jì)院在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上也開發(fā)出了各自的扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫的技術(shù)。這些國(guó)內(nèi)外公司的輥縫調(diào)節(jié)裝置雖然在液壓回路原理上有所不同，但均是通過(guò)遠(yuǎn)程控制比例閥或伺服閥驅(qū)動(dòng)扇形段夾緊液壓缸。這種控制方式在鑄坯質(zhì)量得到有效提高的同時(shí)，仍存在問(wèn)題亟需解決。

(1)電氣元件的使用壽命問(wèn)題。在連鑄機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中扇形段長(zhǎng)時(shí)間受到鑄坯的烘烤，二冷蒸汽甚至設(shè)備冷卻水的噴濺，在這樣高溫高濕的環(huán)境中比例閥、伺服閥的電氣元件和位移傳感器等檢測(cè)元件會(huì)發(fā)生銹蝕甚至損壞。這些元件只能在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行更換，嚴(yán)重影響了鑄機(jī)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。由于這些液壓閥和檢測(cè)元件多為進(jìn)口件，價(jià)格高，供貨周期長(zhǎng)，增加了設(shè)備維護(hù)成本。

(2)液壓元件的抗污染問(wèn)題。扇形段是連鑄機(jī)中檢修比較頻繁的設(shè)備，檢修過(guò)程中需要插拔液壓回路的快速接頭，以便將扇形段吊出。由于連鑄機(jī)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，粉塵較多，如果在插拔快速接頭的過(guò)程中防護(hù)不當(dāng)，會(huì)有大量污染物進(jìn)入液壓管路，在扇形段檢修完再次工作時(shí)污染物隨液壓油進(jìn)入伺服閥或比例閥內(nèi)部。由于伺服閥和比例閥對(duì)油液清潔度要求較高，所以比較容易發(fā)生卡滯，造成輥縫調(diào)節(jié)裝置無(wú)法正常工作?？乃欧y需到專業(yè)廠家進(jìn)行清洗，維護(hù)成本高。

2 高頻響輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)的改進(jìn)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓閥和傳感器的有效保護(hù)，在輥縫調(diào)節(jié)裝置上設(shè)置防護(hù)罩，如圖1所示，在連鑄機(jī)生產(chǎn)的過(guò)程中持續(xù)通有干燥的壓縮空氣。壓縮空氣通過(guò)軟管接到每個(gè)扇形段，并通過(guò)扇形段機(jī)上配管接往輥縫調(diào)節(jié)裝置。由于壓縮空氣的壓力高于外部的大氣壓所以在防護(hù)罩內(nèi)形成正壓，防止外部的蒸汽進(jìn)入，同時(shí)，壓縮空氣通過(guò)防護(hù)罩排氣小孔排出的過(guò)程可以帶走熱量對(duì)防護(hù)罩內(nèi)部進(jìn)行冷卻。檢修工人可以人工判斷排氣孔處氣量的大小來(lái)判斷氣路是否通暢，完全保證了電氣元件始終在一個(gè)非常良好的環(huán)境中工作。

圖1 防護(hù)罩

在進(jìn)行輕壓下的過(guò)程中，輥縫調(diào)節(jié)的范圍非常小，只有幾毫米。因此，為了提高液壓閥的抗污染能力，采用輕壓下快速響應(yīng)閥的方式代替比例閥或伺服閥，結(jié)合輕壓下工藝要求，當(dāng)位置控制和壓力控制值與目標(biāo)值出現(xiàn)偏差時(shí)，位置閉環(huán)和壓力閉環(huán)將控制量輸出給快速閥。通過(guò)仿真試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)得出快速響應(yīng)閥的通徑和阻尼參數(shù)最佳匹配值，從而確定快速閥響應(yīng)時(shí)間及頻響寬度可以滿足輕壓下工藝要求，避免輥縫超調(diào)和液壓電氣環(huán)節(jié)的振蕩。輕壓下快速響應(yīng)閥與比例閥和伺服閥相比，價(jià)格低廉，供貨周期短，對(duì)油液清潔度要求更低，維護(hù)更方便。同時(shí)，輕壓下快速響應(yīng)閥不需要放大器，電氣控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，投資成本和維護(hù)成本更低。輕壓下快速響應(yīng)閥帶有指示燈，根據(jù)指示燈的亮、滅可以很直觀地判斷電氣線路是否連接正確，便于排查故障。為了清除外來(lái)污染物對(duì)輥縫調(diào)節(jié)裝置的影響，在輥縫調(diào)節(jié)裝置的進(jìn)、回油管路之間設(shè)置沖洗球閥，當(dāng)某個(gè)扇形段上線安裝完成后，首先打開該扇形段上四個(gè)輥縫調(diào)節(jié)裝置的沖洗球閥，污染物經(jīng)球閥、回油管路回到系統(tǒng)的回油過(guò)濾器中。對(duì)管路進(jìn)行沖洗約10 min，關(guān)閉所有沖洗球閥，扇形段再投入工作，進(jìn)一步保證輥縫調(diào)節(jié)裝置免受污染物損害。

3 高頻響輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

近年來(lái)，該高頻響輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)在國(guó)內(nèi)多家鋼廠連鑄機(jī)上得到應(yīng)用。在完成液壓、介質(zhì)中間管路安裝和沖洗后，將中間管路通過(guò)軟管快換接頭與扇形段進(jìn)行連接。雖然扇形段機(jī)上配管出廠前已經(jīng)進(jìn)行過(guò)沖洗，為了防止在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中有污染物進(jìn)入液壓管路中，打開沖洗球閥對(duì)機(jī)上配管進(jìn)行沖洗。對(duì)輥縫調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行上電，通過(guò)觀察指示燈狀態(tài)，能迅速排查出接線錯(cuò)誤。在接線故障排除后，啟動(dòng)液壓站，控制輥縫的調(diào)節(jié)。先后分別采用本地和遠(yuǎn)程兩種方式進(jìn)行操作，首先在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上進(jìn)行抬起、壓下操作，然后在遠(yuǎn)程輥縫調(diào)節(jié)模式下，控制系統(tǒng)按照二級(jí)模型下達(dá)的輥縫值進(jìn)行位置閉環(huán)調(diào)節(jié)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，觀察位移傳感器讀數(shù)，無(wú)論是四缸同步還是每個(gè)液壓缸單獨(dú)動(dòng)作，都可以完全達(dá)到控制精度要求，如圖2所示。在確定輥縫調(diào)節(jié)裝置工作正常后對(duì)在線的扇形段輥縫進(jìn)行標(biāo)定。扇形段標(biāo)定方式分為位置標(biāo)定和壓力標(biāo)定兩種模式。位置標(biāo)定是粗略標(biāo)定，當(dāng)液壓缸運(yùn)動(dòng)到某一位移時(shí)認(rèn)為當(dāng)前位移傳感器的讀數(shù)即為位置零點(diǎn)。壓力標(biāo)定是精確標(biāo)定，在設(shè)定壓力時(shí)充分考慮設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的工況、機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)以及實(shí)際生產(chǎn)時(shí)設(shè)備的載荷受力狀況，使得控制精度得到了可靠的保證，此標(biāo)定方法可以很好的消除軸承間隙，為下一步遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)輥縫提供好的技術(shù)支撐和設(shè)備保障。

圖2 輥縫調(diào)節(jié)畫面

為了提高輥縫標(biāo)定的效率，扇形段還可以在機(jī)械維修區(qū)進(jìn)行離線標(biāo)定，標(biāo)定完成后，自動(dòng)將零點(diǎn)保存到相應(yīng)的位置，使得在線下標(biāo)定好的扇形段上線后，能夠自動(dòng)找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)定零點(diǎn)。通過(guò)多次實(shí)踐，輥縫調(diào)節(jié)裝置在維修區(qū)液壓系統(tǒng)清潔度較差的環(huán)境中仍然可以可靠地工作，滿足了輕壓下位置及力的精準(zhǔn)控制要求。

在連鑄機(jī)經(jīng)過(guò)熱試和正式投產(chǎn)后對(duì)鑄坯取樣進(jìn)行低倍檢測(cè)，結(jié)果表明，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良，如圖3所示，無(wú)中心偏析和中心疏松缺陷。

圖3 鑄坯取樣照片

4 結(jié)束語(yǔ)

采用基于高頻響技術(shù)的輥縫調(diào)節(jié)裝置連鑄機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定可靠，相較于采用比例閥、伺服閥的輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)及裝置，故障率低，極大地減少了停機(jī)事故和維修工作量，提高了連鑄機(jī)的工作效率，為用戶節(jié)省了維護(hù)成本，同時(shí)也為連鑄設(shè)備的智能化發(fā)展提供了技術(shù)支撐和設(shè)備保障。