连铸机扇形段远程自动调节辊缝的液压系统及其控制方案的分析

・专题综述・

收稿日期:2006-02-23;修订日期:2006-04-11

作者简介:谷振云(1940-),男,西安重型机械研究所研究员

级高级工程师。

连铸机扇形段远程自动调节辊缝的液压系统及其控制方案的分析

谷振云,李生斌

(西安重型机械研究所,陕西　西安　710032)

摘　要:分析了近年来从国外引进的板坯连铸机采用液压电气控制实现扇形段辊缝自动调节的基本工作要求,液压控制原理及各控制方案的特点。开关阀的控制方式已成功用于西安重型机械研究所设计制造的攀钢2#大方坯连铸机的轻压下系统。

关键词:辊缝;自动调节;轻压下;液压控制

中图分类号:TF77711 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2006)03-0001-05

Analysis of the control solutions and hydraulic system of CCM

segment long 2distance automatic roll gap adjusting

GU Zhen 2yun ,L I Sheng 2bin

(Xi πan Heavy Machinery Research Institute ,Xi πan 710032,China )

Abstract :The basic requirement ,hydraulic control mechanism and features of various solutions of CCM se g 2ment automatic roll gap adjusting hydraulic system introduced from abroad are discussed.The on 2off valve control has been successfully applied to the 2#bloom caster soft 2reduction system in PanSteel.K ey w ords :roll gap ;automatic adjusting ;soft 2reduction ;hydraulic control

1　概述

上世纪90年代中末期,欧洲的德马克、奥钢联以及意大利的达涅利等公司先后开发和研制成功了采用液压电气控制实现板坯连铸机扇形段远程自动调节辊缝的新技术,这一技术的成功应用也使扇形段对铸坯的动态轻压下成为可能,目前它已作为一项成熟技术广泛应用于世界各地许多冶金厂的连铸机设备中。近年来,我国上海一钢集团、武钢、济钢、鞍钢、攀钢等冶金厂从上述三个国外公司成套引进或国外设计与国内合作制造的几十台板坯连铸机扇形段也采用了远程自动调节辊缝和铸坯动态轻压下技术,这对提高铸

机的作业率(减少扇形段辊缝的调整时间)、改善铸坯质量、提高铸机自动化水平起到了明显作用。然而,国内的冶金科研院所和连铸成套设备设计、制造公司等部门和单位尚未作为独立的专

有技术进行成功的开发和应用(目前西重所与宝钢研究院联合研制的试验铸机已获应用,2005年5月已投产试验)。本文将在消化吸收国外先进技术的基础上对德马克和奥钢联两种不同的扇形段远程自动调节辊缝的液压控制方式做以初步分析。

2　扇形段辊缝自动调节的基本要求

每个扇形段有四只夹紧液压缸(靠近扇形段上口和下口各两只),其结构是液压缸的活塞杆与扇形段的下框架相连,固定不动;而液压缸缸体与扇形段上框架相连,带动上框架及其辊组作

升降运动,液压缸上装有可实现检测目的的位置传感器。按连铸机铸造工艺要求,扇形段实际工作和设定的辊缝是一个楔形(收缩)辊缝,沿着铸造方向扇形段上口设定的辊缝距离要比下口稍大一些,通常在不进行轻压下时1m机长的(对弧形区为弧线,对水平区为直线)距离上辊缝差约为0112～012mm,而进行轻压下时,压下区的辊缝收缩量多为014～111mm/m。而同为扇形段上口或下口的两只液压缸的定位停止位置应相同,以防扇形段上的辊子偏斜,通常辊子对水平位置的偏斜程度不大于±011mm,因此液压缸位置传感器的检测精度必须高于±011mm一个数量级。对板坯连铸机而言,扇形段上框架及其辊组的质量均较大,通常达几吨甚至几十吨以上,为保证液压缸的位置停止精度即设定的辊缝,应尽可能减少液压缸及上框架运动部件的惯性力和运动导向部位的摩擦力,为此扇形段上框架的升降动作接近停止时,液压缸的运动速度不能过大,否则难以保证扇形段辊缝的目标设定值,并易引起辊缝超调和液压电气环节的振荡。

3　扇形段辊缝自动调节过程

扇形段辊缝的自动调节液压控制方案,如图1所示,奥钢联和德马克公司各自采用了完全不同的液压控制回路,达涅利公司采用的液压控制方式与德马克方式相类似

。

图1　辊缝自动调节的液压控制方案

(a)奥钢联方式 (b)德马克方式 (c)达涅利方式

实际调整扇形段辊缝时,首先按照连铸生产要求,通过专用工艺软件,在计算机上同时设定和输入与本扇形段上、下口所需辊缝相应的给定信号电流。在调整的初始状态(如上框架与液压缸缸体在最上位),给定信号与液压缸位置传感器检测信号之间的误差信号电流最大,随着调整动作的进行,其误差电流信号逐渐减小。对于图1a所示的控制方案,该差值电流信号经电气调制后仅以导通电路的形式使电磁换向阀通入额定电压和电流,以使阀电磁铁动作,它与误差信号电流的大小无关,而极性的差别将用来控制三位四通电磁阀不同电磁铁的通、断电状态,即控制扇形段夹紧液压缸的升降运动的方向;当液压缸的尺寸参数、液压控制回路及组成原件(包括固定阻尼孔尺寸的大小)、供给油压都相同时,液压缸的运动速度也是相同的。由此可见只要液压控制回路的组成一定,液压缸将以一固定的速度完成辊缝调整动作以达到辊缝设定的目标值,其升降运动速度的大小将取决于在一定的压降下通过固定阻尼孔的流量和液压缸承压腔活塞的有效面积,与误差信号电流的极性和大小无关。液压缸调整动作的速度通常约为1～2mm/s,随缸径大小的不同,每只液压缸所需的流量仅为1～

6L/min;扇形段四只夹紧液压缸的运动同步状况则由液压缸上的位置传感器加以检测并由电气系统控制。

对于图1b所示的控制方案,采用比例伺服阀控制扇形段夹紧液压缸的升降动作,其辊缝调节过程大致如下。

假定调整初始扇形段上框架在最上位,它相应于上、下口夹紧液压缸处零位,此时它们的位置传感器的反馈检测信号也为零;其次假定S 为与扇形段上口辊缝设定值相应的电气信号量,ΔS为与上、下口辊缝设定差值相应的电气信号量,扇形段向下运动时电气信号量的极性为“+”,反之则为“-”。

按照生产要求,经计算机和带专用软件的电气控制器向本扇形段控制上、下口夹紧液压缸运动的四只电液比例伺服阀同时设定和输入电气信号量+S,此时给定信号与反馈检测信号之间的误差电流最大,于是扇形段夹紧液压缸将带动上框架以最大速度向下作平移运动,随着液压缸位置传感器反馈检测信号的加大(误差电流减小),液压缸的运动速度将逐步减小,直到四只夹紧液压缸同时达到本扇形段上口辊缝设定值,即给定信号与反馈检测信号之间的误差电流消失,上口