高頻響輕壓下輥縫調(diào)節(jié)裝置的開發(fā)及應(yīng)用實踐

王訓(xùn)安，丘銘軍，郭 佳，張 濤

(1.中國重型機械研究院股份公司 西安市重型機械高端液壓技術(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，這些缺陷嚴重影響了板材的質(zhì)量和性能。隨著國內(nèi)鋼鐵行業(yè)對高品質(zhì)板材需求的增加，對鑄坯質(zhì)量提出了更高的要求。實踐證明，板坯連鑄機的動態(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)展及存在的問題

輕壓下技術(shù)是通過在鑄坯液相穴末端附近對連鑄坯實施一定的壓下量，以補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，達到改善和消除中心偏析和中心疏松的目的。每個扇形段有四臺夾緊液壓缸( 扇形段入口和出口各兩臺) , 液壓缸的活塞桿與扇形段的下框架相連固定不動；液壓缸缸體與扇形段上框架相連, 通過液壓閥控制液壓缸伸縮，從而帶動上框架及其輥組作升降運動。液壓缸上裝有位置傳感器用于檢測液壓缸的位移，壓力傳感器用于檢測液壓缸兩腔壓力。根據(jù)連鑄機鑄造工藝要求設(shè)定輥縫。扇形段輥縫調(diào)節(jié)裝置是實現(xiàn)動態(tài)輕壓下的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工藝，遠程設(shè)置合適的輥縫，在凝固末端補償凝固收縮和熱收縮。

上世紀90年代，德馬克、奧鋼聯(lián)及達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現(xiàn)的板坯連鑄機扇形段遠程自動調(diào)節(jié)輥縫的技術(shù)。近年來，國內(nèi)的幾家設(shè)計院在吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上也開發(fā)出了各自的扇形段遠程自動調(diào)節(jié)輥縫的技術(shù)。這些國內(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，但均是通過遠程控制比例閥或伺服閥驅(qū)動扇形段夾緊液壓缸。這種控制方式在鑄坯質(zhì)量得到有效提高的同時，仍存在問題亟需解決。

(1)電氣元件的使用壽命問題。在連鑄機生產(chǎn)過程中扇形段長時間受到鑄坯的烘烤，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元件會發(fā)生銹蝕甚至損壞。這些元件只能在停機狀態(tài)下進行更換，嚴重影響了鑄機生產(chǎn)的順利進行。由于這些液壓閥和檢測元件多為進口件，價格高，供貨周期長，增加了設(shè)備維護成本。

(2)液壓元件的抗污染問題。扇形段是連鑄機中檢修比較頻繁的設(shè)備，檢修過程中需要插拔液壓回路的快速接頭，以便將扇形段吊出。由于連鑄機現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵較多，如果在插拔快速接頭的過程中防護不當(dāng)，會有大量污染物進入液壓管路，在扇形段檢修完再次工作時污染物隨液壓油進入伺服閥或比例閥內(nèi)部。由于伺服閥和比例閥對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)裝置無法正常工作?？乃欧y需到專業(yè)廠家進行清洗，維護成本高。

2 高頻響輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)的改進

為了實現(xiàn)對液壓閥和傳感器的有效保護，在輥縫調(diào)節(jié)裝置上設(shè)置防護罩，如圖1所示，在連鑄機生產(chǎn)的過程中持續(xù)通有干燥的壓縮空氣。壓縮空氣通過軟管接到每個扇形段，并通過扇形段機上配管接往輥縫調(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罩內(nèi)形成正壓，防止外部的蒸汽進入，同時，壓縮空氣通過防護罩排氣小孔排出的過程可以帶走熱量對防護罩內(nèi)部進行冷卻。檢修工人可以人工判斷排氣孔處氣量的大小來判斷氣路是否通暢，完全保證了電氣元件始終在一個非常良好的環(huán)境中工作。

圖1 防護罩

在進行輕壓下的過程中，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，位置閉環(huán)和壓力閉環(huán)將控制量輸出給快速閥。通過仿真試驗及實驗室內(nèi)對比試驗得出快速響應(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，價格低廉，供貨周期短，對油液清潔度要求更低，維護更方便。同時，輕壓下快速響應(yīng)閥不需要放大器，電氣控制系統(tǒng)更加簡單，投資成本和維護成本更低。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。為了清除外來污染物對輥縫調(diào)節(jié)裝置的影響，在輥縫調(diào)節(jié)裝置的進、回油管路之間設(shè)置沖洗球閥，當(dāng)某個扇形段上線安裝完成后，首先打開該扇形段上四個輥縫調(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)的回油過濾器中。對管路進行沖洗約10 min，關(guān)閉所有沖洗球閥，扇形段再投入工作，進一步保證輥縫調(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)用實踐

近年來，該高頻響輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)在國內(nèi)多家鋼廠連鑄機上得到應(yīng)用。在完成液壓、介質(zhì)中間管路安裝和沖洗后，將中間管路通過軟管快換接頭與扇形段進行連接。雖然扇形段機上配管出廠前已經(jīng)進行過沖洗，為了防止在運輸和安裝過程中有污染物進入液壓管路中，打開沖洗球閥對機上配管進行沖洗。對輥縫調(diào)節(jié)裝置進行上電，通過觀察指示燈狀態(tài)，能迅速排查出接線錯誤。在接線故障排除后，啟動液壓站，控制輥縫的調(diào)節(jié)。先后分別采用本地和遠程兩種方式進行操作，首先在現(xiàn)場操作箱上進行抬起、壓下操作，然后在遠程輥縫調(diào)節(jié)模式下，控制系統(tǒng)按照二級模型下達的輥縫值進行位置閉環(huán)調(diào)節(jié)。通過現(xiàn)場測試，觀察位移傳感器讀數(shù)，無論是四缸同步還是每個液壓缸單獨動作，都可以完全達到控制精度要求，如圖2所示。在確定輥縫調(diào)節(jié)裝置工作正常后對在線的扇形段輥縫進行標(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)液壓缸運動到某一位移時認為當(dāng)前位移傳感器的讀數(shù)即為位置零點。壓力標(biāo)定是精確標(biāo)定，在設(shè)定壓力時充分考慮設(shè)備實際生產(chǎn)時的工況、機械設(shè)備的狀態(tài)以及實際生產(chǎn)時設(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，扇形段還可以在機械維修區(qū)進行離線標(biāo)定，標(biāo)定完成后，自動將零點保存到相應(yīng)的位置，使得在線下標(biāo)定好的扇形段上線后，能夠自動找到對應(yīng)的標(biāo)定零點。通過多次實踐，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。

在連鑄機經(jīng)過熱試和正式投產(chǎn)后對鑄坯取樣進行低倍檢測，結(jié)果表明，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)良，如圖3所示，無中心偏析和中心疏松缺陷。

圖3 鑄坯取樣照片

4 結(jié)束語

采用基于高頻響技術(shù)的輥縫調(diào)節(jié)裝置連鑄機自投產(chǎn)以來一直運行穩(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，極大地減少了停機事故和維修工作量，提高了連鑄機的工作效率，為用戶節(jié)省了維護成本，同時也為連鑄設(shè)備的智能化發(fā)展提供了技術(shù)支撐和設(shè)備保障。