结晶器液压振动技术应用分析

2018-07-25张作品

中国设备工程 2018年13期

张作品

(秦皇岛首秦金属材料有限公司，河北秦皇岛 066326)

1 前言

首秦公司连铸作业区共有3台板坯连铸机，1#板坯连铸机采用国内自主设计建设，结晶器振动装置使用四连杆机构，采用机械式振动装置。2#板坯连铸机引进了西马克公司开发的结晶器液压振动系统。3#板坯连铸机从奥钢联公司(VAI)引进，配备了奥钢联自主独立开发的结晶器液压振动系统。

结晶器振动是连铸的核心关键技术。振动的主作用是防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结出现坯壳拉裂或漏钢事故、减少拉坯时的摩擦阻力及改善铸坯的表面质量。实践证明，高频率、低振幅振动方式的选用，可以使振痕变浅，有效控制横向裂纹。结晶器液压振动技术是通过电液伺服系统控制技术，使结晶器根据系统工作的不同振动曲线实时振动，以保障钢坯结晶效果。本文通过分析结晶器液压振动技术在首秦连铸系统的应用状态，并对比1#板坯连铸机结晶器的机械振动控制技术的特点，阐述液压振动控制技术在结晶器振动控制中的效果。

2 结晶器液压振动控制技术概述

2.1 液压振动的总体构成

首秦连铸机的液压振动总成主要部件包括：结晶器、导向定位、振动台、振动框架、板簧、振动液压系统等。工作机理是振动信号通过伺服阀控制油缸动作，带动振动台振动，从而带动结晶器振动，连接台架的板簧具有蓄能作用。结构如图1所示。

2.2 液压系统及工作原理

结晶器液压振动系统包括振动液压装置、液压站、液压系统辅助控制装置和连接管路。液压站是整个系统的动力部分，液压系统辅助控制装置主要起到提高振动液压装置工作性能的作用。如图2所示。

图1 液压振动结构图

图2 结晶器液压振动系统示意图

振动液压装置主要功能是驱动结晶器振动，由振动伺服液压缸(带位移传感器)、压力传感器、电液伺服阀等组成。具体构成如图3所示。

图3 振动液压装置示意图

结晶器液压振动液压系统是典型的液压伺服系统。

如图4所示，液压缸是实现垂直往复运动的执行元件；传感器测量活塞杆位移并转变为反馈信号，与阀芯位移的输入信号通过比较元件比对，计算出开口量偏差信号；伺服阀的作用是将阀芯运动的极小功率放大为活塞杆运动时所需的极大功率。

图4 结晶器液压伺服系统工作原理框图

实际的液压振动控制系统原理为图5所示。

2.3 控制系统特性分析

液压振动控制系统由驱动放大器，铸流控制器和伺服阀等组成，驱动放大器可与伺服阀的开口量大小形成反馈，使伺服阀的输出流量与阀的控制电压（或电流）输入成正比，伺服阀在开度最大时的流量与压力的关系为：

图5 液压振动控制原理图

传递函数为：

由上式可知：伺服阀和放大器形成闭环流量或电压内环，液压油缸和伺服阀组成一个Ⅰ型闭环系统，代入正常工作值后，其闭环传递函数为：

若给定信号的最大电压为12V，假设伺服阀的振幅最大值为6mm，最大位移量为12mm，伺服阀的反馈系数为：

2.4 首秦3#机液压振动技术的实际应用

首秦公司3#机连铸机结晶器振荡器以不同的频率和幅度使结晶器上下往复运动，防止钢水粘结到结晶器铜板上。振荡运动由液压缸完成，振荡行程（幅度）根据液压缸位置设定点幅值而改变。振荡设定点主要有振荡行程（mm）、振荡频率f（1/min）、“非正弦”因数n（描述振荡波形）。这些设定点根据冶炼钢种和坯型特点通过数字触摸板在合适的设定表段输入。设定点采用所选参数，不受浇铸速度影响。激活相应的触摸段可以停止振荡。在振荡器“运行”（振荡启动后）时，所有设定点都可以更改。通过设定，可实现振动行程0～12mm（±6mm）；振动频率设计最小值0次/分钟，设计最大值400次/分钟，具体的操作上要求最小振动频率达到40次/分钟；振动曲线可实现正弦波和非正弦波，非正弦系数为 0．3到 0．7。

实际运行中，如图6所示，振荡模式允许振荡按照输入的表号和浇铸速度进行，如果信号“启动振荡器”时逻辑1，振荡自动启动（一般在浇铸模式下每次拉坯传动启动时）。设定点遵照所选参数表和浇铸速度。操作启用阀在振荡器启动瞬间是开启的（上电），在振荡器停止振荡后是关闭的（下电）。如果信号“启动振荡器”是逻辑0，振荡自动停止。在振荡器“运行”（振荡启动后）时，所有设定点都可以更改。

图6 振荡模式的选择

3 结晶器液压振动技术应用效果分析

3.1 液压振动机构的特点

结晶器液压振动控制机构在铸坯浇铸中，能准确控制和调整振动频率、振动行程、振动速度变化规律。该系统通过编程控制软件，容易实现非正弦曲线，摩擦减少，降低漏钢风险。液压振动控制使负滑动时间缩短，铸坯振痕深度变浅，更加规则，铸坯表面质量由所提高。同时它控制精度高，响应速度快，与0号扇型段连接简单，能够快速更换。