張作品

(秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066326)

1 前言

首秦公司連鑄作業(yè)區(qū)共有3臺(tái)板坯連鑄機(jī)，1#板坯連鑄機(jī)采用國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)建設(shè)，結(jié)晶器振動(dòng)裝置使用四連桿機(jī)構(gòu)，采用機(jī)械式振動(dòng)裝置。2#板坯連鑄機(jī)引進(jìn)了西馬克公司開發(fā)的結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)。3#板坯連鑄機(jī)從奧鋼聯(lián)公司(VAI)引進(jìn)，配備了奧鋼聯(lián)自主獨(dú)立開發(fā)的結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)。

結(jié)晶器振動(dòng)是連鑄的核心關(guān)鍵技術(shù)。振動(dòng)的主作用是防止鑄坯在凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘結(jié)出現(xiàn)坯殼拉裂或漏鋼事故、減少拉坯時(shí)的摩擦阻力及改善鑄坯的表面質(zhì)量。實(shí)踐證明，高頻率、低振幅振動(dòng)方式的選用，可以使振痕變淺，有效控制橫向裂紋。結(jié)晶器液壓振動(dòng)技術(shù)是通過電液伺服系統(tǒng)控制技術(shù)，使結(jié)晶器根據(jù)系統(tǒng)工作的不同振動(dòng)曲線實(shí)時(shí)振動(dòng)，以保障鋼坯結(jié)晶效果。本文通過分析結(jié)晶器液壓振動(dòng)技術(shù)在首秦連鑄系統(tǒng)的應(yīng)用狀態(tài)，并對(duì)比1#板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的機(jī)械振動(dòng)控制技術(shù)的特點(diǎn)，闡述液壓振動(dòng)控制技術(shù)在結(jié)晶器振動(dòng)控制中的效果。

2 結(jié)晶器液壓振動(dòng)控制技術(shù)概述

2.1 液壓振動(dòng)的總體構(gòu)成

首秦連鑄機(jī)的液壓振動(dòng)總成主要部件包括：結(jié)晶器、導(dǎo)向定位、振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)框架、板簧、振動(dòng)液壓系統(tǒng)等。工作機(jī)理是振動(dòng)信號(hào)通過伺服閥控制油缸動(dòng)作，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，從而帶動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng)，連接臺(tái)架的板簧具有蓄能作用。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 液壓系統(tǒng)及工作原理

結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)包括振動(dòng)液壓裝置、液壓站、液壓系統(tǒng)輔助控制裝置和連接管路。液壓站是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力部分，液壓系統(tǒng)輔助控制裝置主要起到提高振動(dòng)液壓裝置工作性能的作用。如圖2所示。

圖1 液壓振動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)示意圖

振動(dòng)液壓裝置主要功能是驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng)，由振動(dòng)伺服液壓缸(帶位移傳感器)、壓力傳感器、電液伺服閥等組成。具體構(gòu)成如圖3所示。

圖3 振動(dòng)液壓裝置示意圖

結(jié)晶器液壓振動(dòng)液壓系統(tǒng)是典型的液壓伺服系統(tǒng)。

如圖4所示，液壓缸是實(shí)現(xiàn)垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件；傳感器測(cè)量活塞桿位移并轉(zhuǎn)變?yōu)榉答佇盘?hào)，與閥芯位移的輸入信號(hào)通過比較元件比對(duì)，計(jì)算出開口量偏差信號(hào)；伺服閥的作用是將閥芯運(yùn)動(dòng)的極小功率放大為活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的極大功率。

圖4 結(jié)晶器液壓伺服系統(tǒng)工作原理框圖

實(shí)際的液壓振動(dòng)控制系統(tǒng)原理為圖5所示。

2.3 控制系統(tǒng)特性分析

液壓振動(dòng)控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)放大器，鑄流控制器和伺服閥等組成，驅(qū)動(dòng)放大器可與伺服閥的開口量大小形成反饋，使伺服閥的輸出流量與閥的控制電壓（或電流）輸入成正比，伺服閥在開度最大時(shí)的流量與壓力的關(guān)系為：

圖5 液壓振動(dòng)控制原理圖

傳遞函數(shù)為：

由上式可知：伺服閥和放大器形成閉環(huán)流量或電壓內(nèi)環(huán)，液壓油缸和伺服閥組成一個(gè)Ⅰ型閉環(huán)系統(tǒng)，代入正常工作值后，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

若給定信號(hào)的最大電壓為12V，假設(shè)伺服閥的振幅最大值為6mm，最大位移量為12mm，伺服閥的反饋系數(shù)為：

2.4 首秦3#機(jī)液壓振動(dòng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

首秦公司3#機(jī)連鑄機(jī)結(jié)晶器振蕩器以不同的頻率和幅度使結(jié)晶器上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，防止鋼水粘結(jié)到結(jié)晶器銅板上。振蕩運(yùn)動(dòng)由液壓缸完成，振蕩行程（幅度）根據(jù)液壓缸位置設(shè)定點(diǎn)幅值而改變。振蕩設(shè)定點(diǎn)主要有振蕩行程（mm）、振蕩頻率f（1/min）、“非正弦”因數(shù)n（描述振蕩波形）。這些設(shè)定點(diǎn)根據(jù)冶煉鋼種和坯型特點(diǎn)通過數(shù)字觸摸板在合適的設(shè)定表段輸入。設(shè)定點(diǎn)采用所選參數(shù)，不受澆鑄速度影響。激活相應(yīng)的觸摸段可以停止振蕩。在振蕩器“運(yùn)行”（振蕩啟動(dòng)后）時(shí)，所有設(shè)定點(diǎn)都可以更改。通過設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)行程0～12mm（±6mm）；振動(dòng)頻率設(shè)計(jì)最小值0次/分鐘，設(shè)計(jì)最大值400次/分鐘，具體的操作上要求最小振動(dòng)頻率達(dá)到40次/分鐘；振動(dòng)曲線可實(shí)現(xiàn)正弦波和非正弦波，非正弦系數(shù)為 0．3到 0．7。

實(shí)際運(yùn)行中，如圖6所示，振蕩模式允許振蕩按照輸入的表號(hào)和澆鑄速度進(jìn)行，如果信號(hào)“啟動(dòng)振蕩器”時(shí)邏輯1，振蕩自動(dòng)啟動(dòng)（一般在澆鑄模式下每次拉坯傳動(dòng)啟動(dòng)時(shí)）。設(shè)定點(diǎn)遵照所選參數(shù)表和澆鑄速度。操作啟用閥在振蕩器啟動(dòng)瞬間是開啟的（上電），在振蕩器停止振蕩后是關(guān)閉的（下電）。如果信號(hào)“啟動(dòng)振蕩器”是邏輯0，振蕩自動(dòng)停止。在振蕩器“運(yùn)行”（振蕩啟動(dòng)后）時(shí)，所有設(shè)定點(diǎn)都可以更改。

圖6 振蕩模式的選擇

3 結(jié)晶器液壓振動(dòng)技術(shù)應(yīng)用效果分析

3.1 液壓振動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

結(jié)晶器液壓振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)在鑄坯澆鑄中，能準(zhǔn)確控制和調(diào)整振動(dòng)頻率、振動(dòng)行程、振動(dòng)速度變化規(guī)律。該系統(tǒng)通過編程控制軟件，容易實(shí)現(xiàn)非正弦曲線，摩擦減少，降低漏鋼風(fēng)險(xiǎn)。液壓振動(dòng)控制使負(fù)滑動(dòng)時(shí)間縮短，鑄坯振痕深度變淺，更加規(guī)則，鑄坯表面質(zhì)量由所提高。同時(shí)它控制精度高，響應(yīng)速度快，與0號(hào)扇型段連接簡(jiǎn)單，能夠快速更換。

3.2 液壓振動(dòng)裝置與機(jī)械振動(dòng)裝置性能比較

首秦1#板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置采用機(jī)械振動(dòng)裝置。該振動(dòng)裝置對(duì)比液壓振動(dòng)裝置使用不夠靈活，鑄坯表面振痕深，存在振痕處出現(xiàn)角橫裂的現(xiàn)象。為對(duì)液壓振動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)兩種裝置進(jìn)行比較，測(cè)試了兩臺(tái)裝置的實(shí)際振動(dòng)曲線，用同一個(gè)位置傳感器分別裝在兩臺(tái)振動(dòng)裝置臺(tái)架上，得到圖7所示的振動(dòng)曲線。

圖7 機(jī)械式振動(dòng)與液壓式振動(dòng)的振動(dòng)曲線

由圖分析，采用了液壓振動(dòng)裝置后，負(fù)滑脫時(shí)間減少，有利于連鑄新生坯殼的粘合，減少坯殼被拉裂的危險(xiǎn)，極大地提高了拉坯的可靠性。

3.3 機(jī)械與液壓振動(dòng)結(jié)晶器生產(chǎn)的鑄坯效果比較

機(jī)械振動(dòng)結(jié)晶器在拉速變化時(shí)，負(fù)滑動(dòng)時(shí)間范圍寬，振痕較深，不利于保護(hù)渣的均勻下滑，板坯表面質(zhì)量較差，特別是品種鋼，生產(chǎn)鋼坯表面質(zhì)量如圖8（a）所示。液壓振動(dòng)結(jié)晶器在鋼坯澆筑的過程中負(fù)滑動(dòng)時(shí)間縮短，且隨拉速變化范圍變窄，鑄坯表面振痕規(guī)則并且變淺，板坯表面質(zhì)量好，生產(chǎn)鋼坯表面質(zhì)量如圖8（b）所示。

圖 8

4 結(jié)語(yǔ)

分析比較結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)在首秦公司的實(shí)際應(yīng)用，液壓振動(dòng)技術(shù)比傳統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)精度高、響應(yīng)速度快，振動(dòng)曲線配方容易配置，生產(chǎn)的鋼坯質(zhì)量良好，各類缺陷較少，有良好的效果。