唐鋼FTSC工藝薄板坯連鑄機(jī)擺動(dòng)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(jìn)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(xiàn)，將意大利達(dá)涅利公司的FTSC(Flexible Thin Slab Caster)工藝薄板坯連鑄機(jī)與美國(guó)布里克蒙公司的輥底式加熱爐、日本三菱公司的PC軋機(jī)、日本石川島播磨公司的高速飛剪和地下卷曲機(jī)等優(yōu)勢(shì)技術(shù)組合在一起，形成獨(dú)特的唐鋼UTSP(Ultra Thin Strip Plant)超薄熱帶生產(chǎn)線(xiàn)。在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)中，薄板坯連鑄機(jī)是呈上起下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，連鑄機(jī)工作狀態(tài)的好壞，直接影響整條生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。唐鋼FTSC薄板坯連鑄機(jī)剪機(jī)是啟停式擺動(dòng)剪;主要功能包括板坯檢驗(yàn)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?jī)?yōu)化剪切)，所以擺動(dòng)剪系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠是實(shí)現(xiàn)薄板坯連鑄機(jī)高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此擺動(dòng)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(dòng)剪裝置簡(jiǎn)介

擺動(dòng)剪是連鑄機(jī)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(dòng)剪是世界上先進(jìn)的啟停式擺動(dòng)剪，擺動(dòng)剪主要由擺動(dòng)剪框架、擺動(dòng)剪擺臂、兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)剪上剪刃的500 kW/400V主電機(jī)、主電機(jī)減速機(jī)、連接減速機(jī)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(dòng)擺臂的擺動(dòng)缸、用來(lái)消除剪切時(shí)應(yīng)力的平衡缸(安裝在擺動(dòng)剪擺臂左右兩側(cè))、及擺動(dòng)剪區(qū)域管道(包括擺動(dòng)剪入口輥擺動(dòng)剪入口加送輥、擺動(dòng)剪中間輥擺動(dòng)剪出口加送輥、傾斜輥)組成(如圖1所示)。擺動(dòng)剪剪切是依據(jù)二級(jí)剪切模型生成的剪切計(jì)劃，按照預(yù)先設(shè)定的剪切長(zhǎng)度進(jìn)行剪切。剪切時(shí)PLC通過(guò)伺服閥與擺動(dòng)缸的位置反饋形成閉環(huán)控制，使擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)擺臂實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)速度與板坯速度匹配;同時(shí)通過(guò)控制擺動(dòng)剪主電機(jī)使偏心曲軸按照PLC控制程序轉(zhuǎn)動(dòng)完成上下剪刃重合，實(shí)現(xiàn)對(duì)板坯的剪切。

圖1 擺動(dòng)剪示意圖

2 擺動(dòng)剪系統(tǒng)典型故障及分析

2.1 位置傳感器故障

擺動(dòng)剪操作側(cè)與驅(qū)動(dòng)側(cè)裝有驅(qū)動(dòng)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(shí)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(hù)不佳、冷卻不好，就會(huì)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(hào)導(dǎo)致擺動(dòng)缸失控，造成擺動(dòng)剪剪切異常停機(jī)。

2.2 電反饋伺服閥磨損

擺動(dòng)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(dòng)缸驅(qū)動(dòng)擺臂。這種閥是一種二級(jí)電反饋伺服閥，油品要求NAS6級(jí)。該閥采用新型的Servo Jet先導(dǎo)級(jí)，改善了整閥的動(dòng)態(tài)特性。大流量閥內(nèi)流道設(shè)計(jì)，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(jìn)行電反饋，內(nèi)置式電子放大器對(duì)閥芯位移進(jìn)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(duì)顆粒污染物非常敏感，磨損之后閥產(chǎn)生零位泄漏，導(dǎo)致零位電流增大和擺動(dòng)缸在零位時(shí)，擺動(dòng)缸位置曲線(xiàn)抖動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)整條曲線(xiàn)都抖動(dòng)，影響剪切的精度。正常伺服閥與磨損伺服閥對(duì)比如圖2所示。

圖2 擺動(dòng)備機(jī)時(shí)正常和異常曲線(xiàn)對(duì)比

2.3 碎斷剪切頂剪故障

擺動(dòng)剪的主要功能之一是板坯質(zhì)量?jī)?yōu)化，包括頭坯碎斷和生產(chǎn)粘結(jié)坯、混鋼過(guò)渡坯、尾坯的碎斷切廢。擺動(dòng)剪碎斷功能控制原理與擺動(dòng)剪的定尺剪切和取樣剪切不同，碎斷剪切時(shí)通過(guò)偏心曲軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速的板坯碎斷，碎斷定尺為500 mm～600 mm，碎斷長(zhǎng)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(dá)機(jī)械精度臨近值時(shí)，碎斷剪切時(shí)則可發(fā)生碎斷坯與擺動(dòng)剪擺臂碰撞造成剪切時(shí)擺臂動(dòng)作異常，板坯頂在剪刃上頂剪停機(jī)(如圖3所示)。

圖3 擺剪切頭坯頂剪圖

3 擺動(dòng)剪系統(tǒng)故障的處理及調(diào)試

擺動(dòng)剪系統(tǒng)故障的排除包括處理和調(diào)試兩個(gè)步驟，擺動(dòng)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(dòng)剪系統(tǒng)的故障調(diào)試是指，當(dāng)擺動(dòng)剪系統(tǒng)工作時(shí)出現(xiàn)由于上述情況導(dǎo)致“剪切突起停止或頂剪無(wú)法剪切”時(shí)，通過(guò)控制程序的參數(shù)調(diào)整及HMI(人機(jī)界面)的測(cè)試工具測(cè)試，使擺動(dòng)剪系統(tǒng)達(dá)到工藝生產(chǎn)要求的過(guò)程。具體調(diào)試步驟如下：

1)當(dāng)擺動(dòng)剪系統(tǒng)故障已經(jīng)排除，具備測(cè)試條件時(shí)，先將擺臂向結(jié)晶器方向擺到頭，使擺動(dòng)缸全行程打開(kāi)。然后對(duì)擺動(dòng)缸位置傳感器進(jìn)行清零標(biāo)定，通過(guò)調(diào)節(jié)與位置傳感器配套的MK292卡的參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)。

2)零位調(diào)整，首先機(jī)械人員標(biāo)定好擺臂的機(jī)械零位，然后通過(guò)HMI測(cè)試工具，將擺臂向結(jié)晶器和加熱爐方向進(jìn)行擺動(dòng)測(cè)試，計(jì)算出擺臂零位位置與機(jī)械零位偏差，如偏差過(guò)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(dòng)液壓缸實(shí)際數(shù)值無(wú)限接近于機(jī)械零位。

3)安全缸同步測(cè)試，通過(guò)HMI測(cè)試工具，將安全缸完成下降和提升動(dòng)作，觀(guān)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(tái)的節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)左右側(cè)同步。調(diào)試結(jié)果應(yīng)兩側(cè)如一，因?yàn)樗木雀叩椭苯佑绊懠羟袝r(shí)平衡缸的受力，影響生產(chǎn)剪切時(shí)的動(dòng)作能否滿(mǎn)足工藝要求。

4)剪切測(cè)試，通過(guò)HMI的測(cè)試工具完成TEST剪切，觀(guān)察剪切時(shí)的實(shí)際動(dòng)作分析FDA(數(shù)據(jù)快速分析系統(tǒng)，可生成連鑄機(jī)設(shè)備的歷史曲線(xiàn))的歷史曲線(xiàn)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，正常后進(jìn)行模擬澆鋼測(cè)試，主要是測(cè)試頭坯碎斷和不同拉速下擺動(dòng)剪的運(yùn)行狀況。然后根據(jù)實(shí)際情況，可再次優(yōu)化PLC控制程序參數(shù)，使擺動(dòng)剪滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求，達(dá)到最佳狀態(tài)。

4 運(yùn)用擺剪故障快速處理方法的效果

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

圖4 運(yùn)用擺剪故障快速處理方法對(duì)比效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)投產(chǎn)近10年的生產(chǎn)維護(hù)，F(xiàn)TSC工藝薄板坯連鑄機(jī)擺動(dòng)剪系統(tǒng)故障主要體現(xiàn)為機(jī)、電、液壓設(shè)備故障的相互交織，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷快速處理就必須通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)[剪重要設(shè)備的運(yùn)行曲線(xiàn)(伺服閥的控制和反饋信號(hào)、位置傳感器的位移曲線(xiàn)、安全缸壓力曲線(xiàn)、擺剪主軸的位置曲線(xiàn)、主電機(jī)的速度曲線(xiàn)等)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比的方法，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行趨勢(shì)，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀況，判斷出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備老化程度和運(yùn)行的可靠程度，進(jìn)行計(jì)劃性預(yù)防性維護(hù)，由原來(lái)的事故搶修逐漸轉(zhuǎn)換為周期性預(yù)防檢修。同時(shí)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使設(shè)備維修和搶修有的放矢，避免了原來(lái)設(shè)備故障總是千頭萬(wàn)緒，頗費(fèi)周折的處理，大大降低了減少生產(chǎn)事故時(shí)間和生產(chǎn)運(yùn)行及設(shè)備維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)維護(hù)確保了鑄機(jī)的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

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