山流光

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 九龍坡 401326）

半連續(xù)鑄造機(jī)液壓控制技術(shù)

山流光

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 九龍坡 401326）

簡(jiǎn)單分析了半連續(xù)鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)，特別對(duì)當(dāng)前先進(jìn)內(nèi)導(dǎo)式液壓鑄造機(jī)的鑄造速度液壓控制技術(shù)進(jìn)行了比較，并介紹了關(guān)于故障預(yù)防的油液清潔度保持方法。

半連續(xù)鑄造；鑄造機(jī)；液壓；鋁合金

0 前言

隨著輕量化浪潮興起，鋁合金因其優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于航空航天、交通和各民用工程中。半連續(xù)立式鑄造是鑄造鋁合金大規(guī)格扁錠和大直徑圓錠（棒）的主要鑄造方式，液壓鑄造機(jī)是可靠性較好的一類鑄造機(jī)，由主油缸支座、主油缸、鑄造平臺(tái)、傾翻式鑄造蓋板或者移動(dòng)式鑄造蓋板（含移動(dòng)小車）、冷卻水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成。近幾年來，鋁加工生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)鋁合金鑄錠的需求日益增多，國(guó)內(nèi)新建了一大批先進(jìn)液壓鑄造機(jī)，其液壓系統(tǒng)因鑄造機(jī)廠商設(shè)計(jì)理念不同而各有千秋。隨著國(guó)家對(duì)特種合金產(chǎn)品以及能滿足高鑄造工藝要求的鑄造機(jī)的需求的增長(zhǎng)，如何逐步消化吸收進(jìn)口鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)，逐步完善鋁加工的裝備，擺脫進(jìn)口依賴，顯得極為重要且意義遠(yuǎn)大。為此，本文對(duì)當(dāng)前先進(jìn)鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)鑄造速度液壓控制回路進(jìn)行了較為全面的對(duì)比，并分析了其主要故障點(diǎn)。

1 半連續(xù)液壓鑄造機(jī)現(xiàn)狀

由于高質(zhì)量液壓元件、低摩擦液壓缸的問世，以及自動(dòng)化控制水平的提高，為現(xiàn)代化高質(zhì)量液壓半連續(xù)鑄造機(jī)提供了技術(shù)保障?，F(xiàn)代化鋁合金鑄錠半連續(xù)鑄造機(jī)具有鑄造平臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)、鑄造速度范圍大且精度高、負(fù)荷能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、機(jī)械磨損小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大噸位、高質(zhì)量的鑄錠生產(chǎn)。液壓傳動(dòng)鑄造機(jī)按照引錠頭由液壓缸內(nèi)部導(dǎo)向和外部導(dǎo)向分為外導(dǎo)式和內(nèi)導(dǎo)式。液壓內(nèi)導(dǎo)式半連續(xù)鑄造機(jī)的升降執(zhí)行元件帶扭矩限制器的內(nèi)導(dǎo)柱塞缸，其升降過程中的防旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及缸桿運(yùn)行中的垂直度均由油缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)向精度高，鑄錠在全長(zhǎng)范圍內(nèi)的彎曲可以控制在4mm以內(nèi)。國(guó)內(nèi)外制造商的先進(jìn)鑄造機(jī)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，據(jù)了解，國(guó)內(nèi)的鑄造機(jī)制造商主要是仿制國(guó)外的液壓系統(tǒng)，也有極少數(shù)自己消化吸收改進(jìn)的。

2 半連續(xù)鑄造對(duì)液壓系統(tǒng)的要求

液壓系統(tǒng)是鑄造機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，它與電控系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等相互匹配和聯(lián)動(dòng)進(jìn)行鑄造。鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)一般由動(dòng)力單元、內(nèi)導(dǎo)液壓缸升降速度控制回路、手動(dòng)緊急下降控制回路、流槽及鑄造平臺(tái)舉升系統(tǒng)控制回路以及輔助（如自過濾）回路等組成。依據(jù)鑄造機(jī)工作要求，液壓系統(tǒng)動(dòng)作可分為三部分：

（1）非鑄造時(shí)液壓控制動(dòng)作。主要分為鑄造平臺(tái)快速上升、慢速上升、快速下降等動(dòng)作。

（2）流槽和傾翻蓋板升降動(dòng)作。鑄造結(jié)束或中止，準(zhǔn)備鑄造或者調(diào)整時(shí)的鑄造流槽升降動(dòng)作。與鑄造配套的傾翻蓋板的升降動(dòng)作。

（3）鑄造時(shí)鑄造平臺(tái)下降的鑄造速度液壓控制動(dòng)作。鑄造平臺(tái)下降是鑄造速度控制的重點(diǎn)，鑄造過程中鑄造平臺(tái)下降是依靠平臺(tái)和鑄錠自重來實(shí)現(xiàn)的。鑄造可以大致劃分三個(gè)階段：第一是金屬液位填充的起始階段；第二是鑄造開始調(diào)整階段；第三是鑄造穩(wěn)定階段。鑄造的三個(gè)階段的速度不相同，是根據(jù)合金鑄錠的裂紋傾向來控制，如冷裂紋傾向性較大的合金及鑄錠規(guī)格，應(yīng)提高鑄造速度；而熱裂紋傾向較大的合金及鑄錠規(guī)格，則應(yīng)降低鑄造速度。液壓系統(tǒng)要保證的鑄造速度可以達(dá)到最大，并保證其速度的調(diào)整具有范圍寬、反應(yīng)快速及速度穩(wěn)定等特性，是鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)最為核心的部分。

同時(shí)，鑄造過程特別危險(xiǎn)，安全很重要，故液壓系統(tǒng)中應(yīng)該設(shè)計(jì)有在鑄造過程中如出現(xiàn)設(shè)備整機(jī)或局部故障時(shí)的緊急鑄造回路。由于內(nèi)導(dǎo)液壓缸的工作特性，當(dāng)鑄造回路液壓元件出現(xiàn)故障，油缸會(huì)繼續(xù)按設(shè)定的速度受控下降，緊急鑄造回路是用于在極端情況下，鑄造回路控制閥件出現(xiàn)故障時(shí)使用，從而保證鑄造時(shí)鑄造平臺(tái)下降不至于停止。

3 三種鑄造速度液壓控制回路比較分析

鑄造機(jī)鑄造速度控制是整個(gè)鑄造機(jī)的關(guān)健點(diǎn)，依據(jù)設(shè)計(jì)分閉環(huán)控制和開環(huán)控制。鑄造速度為開環(huán)電液控制系統(tǒng)時(shí)，控制的輸出結(jié)果無法進(jìn)行檢測(cè)和反饋，鑄造速度設(shè)置采用電位器調(diào)節(jié)，調(diào)速波動(dòng)大。整個(gè)系統(tǒng)跟隨性和穩(wěn)定性比較差，一旦發(fā)生油路泄漏故障不易發(fā)現(xiàn)。鑄造速度為閉環(huán)電液控制系統(tǒng)時(shí)，PLC作為控制核心，由控制液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鑄造機(jī)按規(guī)定的鑄造工藝流程運(yùn)行，各動(dòng)作之間有可靠的聯(lián)鎖保護(hù)和嚴(yán)格的順序控制。在鑄造過程中，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)功能。以下介紹三種閉環(huán)的鑄造速度液壓控制回路。

3.1 基于電液比例的鑄造速度液壓控制回路

如圖1所示，該控制回路的液壓泵采用變量柱塞泵，可以根據(jù)外負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整泵自身的輸出流量，用于適應(yīng)內(nèi)導(dǎo)液壓缸、分配流槽舉升油缸以及鑄造平臺(tái)舉升油缸在切換工作中產(chǎn)生的流量變化大的特點(diǎn)。鑄造平臺(tái)空載快速上升動(dòng)力由低壓大流量定量泵滿足工作。其余工作的油泵配置采用一用一備形式，雙泵可同時(shí)工作。進(jìn)入正常鑄造程序時(shí)，油泵不動(dòng)作，速度控制回路前端配置有德國(guó)力士樂的比例閥，該類閥件具有溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償功能，配套比例放大板，將系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)通過放大處理后，實(shí)現(xiàn)對(duì)比例電磁鐵的調(diào)節(jié)，完成流量增大、減小及穩(wěn)定的控制。比例閥換向至鑄造位，缸內(nèi)油通過比例閥回油箱，平臺(tái)慢速下降。而下降速度由鑄造液面檢測(cè)情況反饋給比例閥的開度決定，設(shè)置有簡(jiǎn)易流量計(jì)。但是比例閥在鑄造時(shí)候，因?yàn)殚y芯動(dòng)作頻繁，導(dǎo)致故障率較高，比例閥容易發(fā)生零位漂移，位移傳感器需要定時(shí)校準(zhǔn)，而且國(guó)外力士樂等廠家校準(zhǔn)周期很長(zhǎng)。

圖1 基于電液比例的鑄造速度液壓控制回路

3.2 基于步進(jìn)電機(jī)控制流量閥開度的鑄造速度液壓控制回路

如圖2所示，該控制回路的系統(tǒng)動(dòng)力為兩個(gè)定量泵，雙聯(lián)動(dòng)，即一個(gè)電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)泵。鑄造時(shí)，泵停止，鑄造平臺(tái)下降，鑄造速度由PLC程序控制回路中步進(jìn)電機(jī)打開閥門的開度大小來控制，設(shè)置有簡(jiǎn)易流量計(jì)。該回路可靠性高，故障率較低。

圖2 基于步進(jìn)電機(jī)控制流量閥開度的鑄造速度液壓控制回路

3.2 基于速度控制集成閥的鑄造速度液壓控制回路

如圖3所示，該回路為閉環(huán)流量調(diào)節(jié)，其液壓泵采用變量柱塞泵，采用的反饋器為德國(guó)VSE容積式齒輪流量計(jì)，速度集成閥及其控制系統(tǒng)將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，實(shí)現(xiàn)了閥門的動(dòng)作速度和位置控制，解決閥門的精確定位、閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、電機(jī)保護(hù)及模擬信號(hào)隔離等問題。速度控制集成閥以及德國(guó)流體容積式齒輪流量計(jì)組成的速度控制回路，制造精度高，而且不受壓力變化的影響，其探測(cè)精度為2‰，可以保證鑄造過程中速度的控制精度在1%以內(nèi)，充分保證了鑄造工藝的穩(wěn)定性，使速度調(diào)整及時(shí)、穩(wěn)定。

圖3 基于速度控制集成閥的鑄造速度液壓控制回路

4 鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)清潔度保持 —過濾系統(tǒng)

隨著新型超高強(qiáng)高韌鋁合金不斷研發(fā)，對(duì)鑄造機(jī)三大工藝參數(shù)精度控制和匹配技術(shù)頻繁變化可靠性要求不斷增加，再加上鋁加工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，熔鑄環(huán)節(jié)的降本增效，設(shè)備管理日益走向精細(xì)化。鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)是鋁加工熔鑄環(huán)節(jié)的核心關(guān)鍵部分，做好其使用維護(hù)管理至關(guān)重要。而要減少故障，保持液壓系統(tǒng)清潔尤為重要。

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有60%～70%左右的事故是因液壓油被污染所引起的。鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)中比例閥、速度控制閥等液壓件的精度高，安裝配合的間隙越來越小，這對(duì)液壓油的清潔度提出更高的要求。液壓油在鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)中不僅傳遞動(dòng)力或進(jìn)行控制，而且起著對(duì)鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)各部分進(jìn)行潤(rùn)滑及冷卻的作用。因此，液壓油將直接或間接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性、元件壽命等。正常情況下液壓油中含有空氣的比例為6%～8%，故需要定期排除鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)中的空氣。過濾系統(tǒng)可以是一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，它的主要作用為：對(duì)鑄造機(jī)使用前的工作油路進(jìn)行循環(huán)過濾；對(duì)鑄造機(jī)使用后的新添加液壓油、拆裝閥件后的油污染進(jìn)行過濾；同時(shí)在主油路工作狀態(tài)下也可以實(shí)施在線循環(huán)過濾，在過濾過程中有效阻隔了微顆粒氣體的聚合或油體流動(dòng)過程中的微顆粒雜質(zhì)，使油品達(dá)到最佳凈化標(biāo)準(zhǔn)。如圖3中的鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)采用的就是獨(dú)立自循環(huán)凈化過濾系統(tǒng)。

隨著未來石油緊張，為了減少油耗，有大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)正在研究水傳動(dòng)，但是由于純水存在粘度低、潤(rùn)滑性能差和易造成元件腐蝕等缺點(diǎn)，很多專家正在開發(fā)水液壓閥芯的陶瓷化等新技術(shù)，未來將會(huì)應(yīng)用到工程中去。

（編輯：余東梅）

中國(guó)鋁合金板材預(yù)拉伸機(jī)知多少

截止2013年，中國(guó)擁有拉伸機(jī)的鋁合金厚板生產(chǎn)企業(yè)8家，共有拉伸機(jī)12臺(tái)，最大的為120MN。目前在建與擬建的預(yù)拉伸機(jī)如果在2018年全部建成的話，中國(guó)將擁有預(yù)拉伸機(jī)50臺(tái)，占世界總數(shù)的62.5%，所生產(chǎn)的預(yù)拉伸板足可以滿足全世界那時(shí)的需求還綽綽有余。2014年，中國(guó)在建的有預(yù)拉伸機(jī)的厚板項(xiàng)目有5個(gè)，共有拉伸機(jī)12臺(tái)。截至2014年6月，中國(guó)擬建的有預(yù)拉伸機(jī)的板帶項(xiàng)目至少在10個(gè)以上，估計(jì)拉伸機(jī)總數(shù)超過35臺(tái)。

高品質(zhì)再生鑄造鋁合金生產(chǎn)技術(shù)通過鑒定

由南通曼特威金屬材料有限公司和南通大學(xué)共同研發(fā)的“高品質(zhì)再生鑄造鋁合金生產(chǎn)技術(shù)”科技成果通過了專家鑒定。該成果核心技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，工藝技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)率先突破了廢鋁制備高品質(zhì)再生鑄造鋁合金的關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)了廢鋁浮選預(yù)處理技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)了清洗、浮選、烘干一體化操作，有效去除了廢鋁中的夾雜物，降低了含水率；獨(dú)創(chuàng)低溫快速熔煉技術(shù)，攻克了低溫條件下熔煉時(shí)間長(zhǎng)的難題，有效降低了鋁合金中鐵、氣體和夾雜的含量；采用自主研發(fā)的多功能復(fù)合型熔劑，進(jìn)一步降低了鐵含量，提高了再生鋁合金變質(zhì)效果；研發(fā)的浸泡式快速冷卻技術(shù)，縮短了冷卻時(shí)間，有效減少了β相的析出，提高了再生鋁合金的質(zhì)量。鑒定委員會(huì)建議加快推廣應(yīng)用該技術(shù)，為我國(guó)再生鋁產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出新的貢獻(xiàn)。

西南鋁獲國(guó)軍標(biāo)質(zhì)量管理體系認(rèn)證

近日，中鋁西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司通過了由北京天一正認(rèn)證中心進(jìn)行的國(guó)軍標(biāo)GJB9001B質(zhì)量管理體系認(rèn)證審核，正式獲得國(guó)軍標(biāo)質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書。國(guó)軍標(biāo)質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書是企業(yè)進(jìn)入軍品市場(chǎng)的通行證，也是對(duì)企業(yè)資質(zhì)的最好評(píng)價(jià)。

Hydraulic Control Technology of Semi-continuous Casting Machine

SHAN Liu-guang
(Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Chongqing 401326, China)

Hydraulic system of semi-continuous casting machine is analyzed simply in this paper. Hydraulic control technology for casting speed of advanced inner-guide hydraulic casting machine are compared. How to keep the oil cleanliness on malfunction prevention is introduced as well.

semi-continuous casting; casting machine; hydraulic; aluminum alloy

TG233+.6，TH137.52

A

1005-4898(2014)04-0045-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.11

山流光（1985-），男，云南楚雄人，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士。

2014-06-10