唐鋼FTSC工藝薄板坯連鑄機擺動剪系統(tǒng)典型故障診斷及快速處理

佟明博 楊 杰

(河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司)

0 前言

唐鋼引進了一條以薄板坯連鑄連軋技術(shù)為基礎(chǔ)的短流程熱軋帶鋼生產(chǎn)線，將意大利達涅利公司的FTSC(Flexible Thin Slab Caster)工藝薄板坯連鑄機與美國布里克蒙公司的輥底式加熱爐、日本三菱公司的PC軋機、日本石川島播磨公司的高速飛剪和地下卷曲機等優(yōu)勢技術(shù)組合在一起，形成獨特的唐鋼UTSP(Ultra Thin Strip Plant)超薄熱帶生產(chǎn)線。在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線中，薄板坯連鑄機是呈上起下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，連鑄機工作狀態(tài)的好壞，直接影響整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。唐鋼FTSC薄板坯連鑄機剪機是啟停式擺動剪;主要功能包括板坯檢驗取樣、生產(chǎn)定尺剪切及碎斷剪切(頭坯剪切、尾坯剪切、事故應(yīng)急剪切和板坯質(zhì)量優(yōu)化剪切)，所以擺動剪系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠是實現(xiàn)薄板坯連鑄機高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此擺動剪系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的快速診斷和處理顯得至關(guān)重要。

1 擺動剪裝置簡介

擺動剪是連鑄機的重要組成部分，主要完成鑄坯的定尺剪切和碎斷剪切，直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定和板坯的質(zhì)量。該擺動剪是世界上先進的啟停式擺動剪，擺動剪主要由擺動剪框架、擺動剪擺臂、兩臺驅(qū)動擺動剪上剪刃的500 kW/400V主電機、主電機減速機、連接減速機與安全缸的偏心曲軸、連接上剪刃和偏心軸的安全缸、驅(qū)動擺臂的擺動缸、用來消除剪切時應(yīng)力的平衡缸(安裝在擺動剪擺臂左右兩側(cè))、及擺動剪區(qū)域管道(包括擺動剪入口輥擺動剪入口加送輥、擺動剪中間輥擺動剪出口加送輥、傾斜輥)組成(如圖1所示)。擺動剪剪切是依據(jù)二級剪切模型生成的剪切計劃，按照預(yù)先設(shè)定的剪切長度進行剪切。剪切時PLC通過伺服閥與擺動缸的位置反饋形成閉環(huán)控制，使擺動缸驅(qū)動擺臂實現(xiàn)擺動速度與板坯速度匹配;同時通過控制擺動剪主電機使偏心曲軸按照PLC控制程序轉(zhuǎn)動完成上下剪刃重合，實現(xiàn)對板坯的剪切。

圖1 擺動剪示意圖

2 擺動剪系統(tǒng)典型故障及分析

2.1 位置傳感器故障

擺動剪操作側(cè)與驅(qū)動側(cè)裝有驅(qū)動擺臂的液壓缸，其內(nèi)部裝有MTS公司的 GHM0650MR102DEA型高靈敏位置傳感器及配套磁環(huán)，用于實際位置反饋控制。該傳感器處于高溫工作環(huán)境中，如果防護不佳、冷卻不好，就會造成傳感器配套磁環(huán)弱磁、消磁或傳感器控制電路板老化，造成位置傳感器產(chǎn)生絮亂信號導致擺動缸失控，造成擺動剪剪切異常停機。

2.2 電反饋伺服閥磨損

擺動剪采用的是MOOG公司生產(chǎn)的D662型電反饋伺服閥作為主控制閥，控制擺動缸驅(qū)動擺臂。這種閥是一種二級電反饋伺服閥，油品要求NAS6級。該閥采用新型的Servo Jet先導級，改善了整閥的動態(tài)特性。大流量閥內(nèi)流道設(shè)計，大幅度增大了閥的額定流量。主閥芯位置采用位移傳感器進行電反饋，內(nèi)置式電子放大器對閥芯位移進行閉環(huán)控制。伺服閥是射流管式伺服閥，噴嘴擋板供油路上的節(jié)流孔、噴嘴孔以及噴嘴和擋板之間的間隙等部位對顆粒污染物非常敏感，磨損之后閥產(chǎn)生零位泄漏，導致零位電流增大和擺動缸在零位時，擺動缸位置曲線抖動，嚴重時整條曲線都抖動，影響剪切的精度。正常伺服閥與磨損伺服閥對比如圖2所示。

圖2 擺動備機時正常和異常曲線對比

2.3 碎斷剪切頂剪故障

擺動剪的主要功能之一是板坯質(zhì)量優(yōu)化，包括頭坯碎斷和生產(chǎn)粘結(jié)坯、混鋼過渡坯、尾坯的碎斷切廢。擺動剪碎斷功能控制原理與擺動剪的定尺剪切和取樣剪切不同，碎斷剪切時通過偏心曲軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)連續(xù)快速的板坯碎斷，碎斷定尺為500 mm～600 mm，碎斷長度為3 m～5 m。碎斷剪切由于是高速完成，顧要求執(zhí)行設(shè)備精度非常高，如執(zhí)行設(shè)備老化或設(shè)備精度下降到達機械精度臨近值時，碎斷剪切時則可發(fā)生碎斷坯與擺動剪擺臂碰撞造成剪切時擺臂動作異常，板坯頂在剪刃上頂剪停機(如圖3所示)。

圖3 擺剪切頭坯頂剪圖

3 擺動剪系統(tǒng)故障的處理及調(diào)試

擺動剪系統(tǒng)故障的排除包括處理和調(diào)試兩個步驟，擺動剪系統(tǒng)故障的處理是指更換上述已損壞的伺服閥或位置傳感器等相關(guān)維修;擺動剪系統(tǒng)的故障調(diào)試是指，當擺動剪系統(tǒng)工作時出現(xiàn)由于上述情況導致“剪切突起停止或頂剪無法剪切”時，通過控制程序的參數(shù)調(diào)整及HMI(人機界面)的測試工具測試，使擺動剪系統(tǒng)達到工藝生產(chǎn)要求的過程。具體調(diào)試步驟如下：

1)當擺動剪系統(tǒng)故障已經(jīng)排除，具備測試條件時，先將擺臂向結(jié)晶器方向擺到頭，使擺動缸全行程打開。然后對擺動缸位置傳感器進行清零標定，通過調(diào)節(jié)與位置傳感器配套的MK292卡的參數(shù)設(shè)定實現(xiàn)。

2)零位調(diào)整，首先機械人員標定好擺臂的機械零位，然后通過HMI測試工具，將擺臂向結(jié)晶器和加熱爐方向進行擺動測試，計算出擺臂零位位置與機械零位偏差，如偏差過大(大于+/_0.5 mm)，可調(diào)整程序中位置傳感器的偏移值，使工作側(cè)和操作側(cè)擺動液壓缸實際數(shù)值無限接近于機械零位。

3)安全缸同步測試，通過HMI測試工具，將安全缸完成下降和提升動作，觀察全行程中左右側(cè)液壓缸是否同步，如不同步需液壓人員調(diào)節(jié)安全缸閥臺的節(jié)流閥，實現(xiàn)左右側(cè)同步。調(diào)試結(jié)果應(yīng)兩側(cè)如一，因為它的精度高低直接影響剪切時平衡缸的受力，影響生產(chǎn)剪切時的動作能否滿足工藝要求。

4)剪切測試，通過HMI的測試工具完成TEST剪切，觀察剪切時的實際動作分析FDA(數(shù)據(jù)快速分析系統(tǒng)，可生成連鑄機設(shè)備的歷史曲線)的歷史曲線，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，正常后進行模擬澆鋼測試，主要是測試頭坯碎斷和不同拉速下擺動剪的運行狀況。然后根據(jù)實際情況，可再次優(yōu)化PLC控制程序參數(shù)，使擺動剪滿足工藝生產(chǎn)要求，達到最佳狀態(tài)。

4 運用擺剪故障快速處理方法的效果

唐鋼FTSC生產(chǎn)線運行從2003年投產(chǎn)至今已接近十年，通過統(tǒng)計歷年的設(shè)備事故時間發(fā)展，設(shè)備事故時間占總事故時間的78.9%，其中有三分之一是與擺剪設(shè)備有關(guān)的，通過2011年6月份開始運用擺剪故障快速處理方法，事故時間較前年同期大幅下降(如圖4所示)。

圖4 運用擺剪故障快速處理方法對比效果圖

5 結(jié)語

通過投產(chǎn)近10年的生產(chǎn)維護，F(xiàn)TSC工藝薄板坯連鑄機擺動剪系統(tǒng)故障主要體現(xiàn)為機、電、液壓設(shè)備故障的相互交織，要實現(xiàn)準確判斷快速處理就必須通過實時監(jiān)控擺剪重要設(shè)備的運行曲線(伺服閥的控制和反饋信號、位置傳感器的位移曲線、安全缸壓力曲線、擺剪主軸的位置曲線、主電機的速度曲線等)與設(shè)備標準運行曲線進行對比的方法，實時掌握現(xiàn)場的運行趨勢，再結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場實際運行環(huán)境和運行狀況，判斷出現(xiàn)場設(shè)備老化程度和運行的可靠程度，進行計劃性預(yù)防性維護，由原來的事故搶修逐漸轉(zhuǎn)換為周期性預(yù)防檢修。同時通過對現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控，使設(shè)備維修和搶修有的放矢，避免了原來設(shè)備故障總是千頭萬緒，頗費周折的處理，大大降低了減少生產(chǎn)事故時間和生產(chǎn)運行及設(shè)備維護成本，實現(xiàn)了經(jīng)濟維護確保了鑄機的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

［1］ 佟明博，楊杰.唐鋼薄板坯連鑄機液壓振動系統(tǒng)的故障診斷.連鑄，2008(4)：19-21.