特厚板坯连铸机液压同步回路的应用

陈国防，丘铭军，宁 博，王训安，解通护

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)

特厚板坯连铸机液压同步回路的应用

陈国防，丘铭军，宁 博，王训安，解通护

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)

本文对应用在特厚板坯连铸机的同步回路进行了介绍。该同步回路精度要求高,中间包车升降采用调速阀控制，同步精度控制在1 mm内；扇形段辊缝调节装置采用高频开关阀控制，同步精度保证在0.05 mm内；结晶器调宽采用比例阀同步控制，同步精度保证在0.1 mm内。该板坯连铸机运行稳定，结果表明各液压同步控制回路的设计和配置合理。

同步回路；高频开关阀；调速阀；比例阀；同步马达

0 前言

在板坯连铸机中，许多设备都涉及到多个执行元件同步工作的问题，目前常见的方式是采用液压同步回路来完成其相关的功能，如中包车同步升降、扇形段辊缝夹紧控制、结晶器在线调宽和引锭对中等等。本文以中国重型机械研究院设计的某钢厂的特厚板坯连铸机为背景，详细论述了一些液压同步回路在板坯连铸机中的应用。

1 中间包车调速阀控制同步回路

中间包车是连铸机中结构比较复杂的较大型关键设备，用来运载中间包，在烘烤与浇铸位置之间运行。按工艺要求，中间包车应具有升降等多种功能。中间包车工作时液压缸同步与否，不但直接影响连铸机的作业率，还影响操作工人的人身安全，因此中间包车升降必须考虑液压缸同步性，其同步升降装置是中间包上升、下降的关键机构。本板坯连铸机中间包升降液压系统采用调速阀来调节两个液压缸升降同步，并通过使用小通径电磁换向阀进行补油及泄油来确保同步精度的控制，其控制原理如图1所示。根据连铸机中间包车相关工艺要求，其液压同步升降装置控制如下：

上升过程：通过调节两个调速阀保证两个液压缸基本同步，然后通过位移传感器来判别两个液压缸的差距，当位移差超过2 mm时，速度慢的液压缸由小通径电磁换向阀向液压缸塞腔补油，直至该液压缸与参考液压缸位移差值在允许的范围内时停止补油。上升过程中，任意过程停止时，主阀停止供油，以位移高的液压缸为基准，通过小通径电磁换向阀向液压缸塞腔补油，将两液压缸位移差缩小在1 mm内，以消除累计误差。

图1 中包车调速阀控制同步回路

下降过程：下降过程中，当两缸位移差超过2 mm时，通过小通径电磁阀给速度慢的液压缸塞腔泄油，加快其下降速度，直至该液压缸与参考液压缸位移差值在允许的范围内时停止泄油。若泄油过程中，液压缸位移差仍不断扩大，到达5 mm时，给速度快的液压缸塞腔补油，延缓其下降速度。这种情况下，当位移差超过10 mm时，主阀停止，给位置低的液压缸塞腔补油与另外一个液压缸齐平，然后重复下降过程。下降过程中，任意位置停止时，主阀停止供油，泄油停止，以位移高的液压缸为基准，通过小通径电磁换向阀向液压缸塞腔补油将两缸位移差保证在1 mm内，以消除累计误差。

这种调速阀控制同步回路的特点如下：

(1)采用通径16电液换向阀作为主阀，通径6电磁换向阀作为补油阀的控制回路，采用阻尼孔控制补油速度，阻尼孔的尺寸在设计阶段由计算及仿真来确定。在调试阶段，根据调试实际情况，可以适当改变阻尼孔的大小来满足液压缸工作的速度和平稳性。

(2)采用双重液压锁来保持中包车当前位置。液压锁2和安全阀1设计在同一个油路块上和液压缸集成在一起，避免了管路泄漏导致液压缸下降的可能性。液压锁5和6的存在使得液压锁2失效或者下降阀(电磁换向阀7)误动作情况下，中包车仍能保持当前位置。

(3)本同步控制液压回路具有原理简单，抗污染能力强，投资少，维护方便等优点。

2 辊缝调节装置高频开关阀控制同步回路

扇形段远程辊缝调节是连铸机实现轻压下功能的必要技术，也是实现改变铸坯厚度规格快速完成设备调整的先进技术，更是现代连铸机设备最重要的标志性技术。扇形段远程辊缝调节。具体的调节方式是对扇形段的入、出口侧辊子设定目标辊缝值，通过扇形段远程辊缝调节控制装置与带位移传感器的扇形段夹紧缸构成的对扇形段夹紧缸的位置闭环系统，自动将扇形段的入、出口侧辊子的辊缝值调整到目标辊缝值。这样，根据生产中铸坯凝固末端的位置及要求的辊缝值，可以实现连铸机的轻压下功能。另外由于采用辊缝调节装置构成的位置闭环控制系统，能自动将扇形段的辊缝值调整到目标辊缝值，因而使连铸机变更铸坯厚度变得十分容易，大大减轻了连铸生产现场的调整时间及工人的劳动强度，提高了作业率。控制阀装置的工作原理如图2所示。

图2 辊缝调节装置高频开关阀控制同步回路

辊缝调节装置的控制：系统工作时，实时采集四个夹紧液压缸位移传感器数值，以四个液压缸运动位移最小者为基准，其它液压缸的位移值与之相比较得到各缸的偏差位移量，再将该偏差位移量送至PLC中，按照一定的控制算法进行处理，并输出控制高频开关阀动作的信号，从而调节夹紧液压缸的输入流量，消除位移误差，最终达到四缸同步运动的目的。由高频开关阀控制的夹紧液压缸精度可以达到±0.05 mm，远大于工艺要求的±0.1 mm，完全满足使用要求。

板坯连铸机采用的辊缝调节装置的核心部分是高频开关阀，用该阀来代替控制方式复杂、维修困难、费用昂贵，且对油液清洁度比较敏感的比例阀或者伺服阀。高频开关阀主要有以下几个特点：

(1)可快速排除辊缝调节装置故障。通过阀的信号给定、液压缸两腔压力测量点的设置，使得辊缝调节装置在发生故障时可以快速进行诊断，方便及时排除问题，极大提高了检修效率。

(2)响应快。高频开关阀的响应时间达到15 ms左右，完全能满足系统的性能要求。

(3)调节速度稳定。高频开关阀在给定信号的情况下，能保证液压缸的升降速度稳定在1 mm/s左右。

(4)成本低，易维护。同比例阀或者伺服阀相比较，高频开关阀价格便宜、控制方式简单，对油液敏感度较低。

3 结晶器调宽比例阀控制同步回路

结晶器在线调宽技术是目前钢铁厂普遍采用的一项新技术，它有效解决了因生产多种尺寸规格的板坯而带来的频繁更换断面所需时间较长的问题，有效地缩短了浇铸周期，提高了连铸机作业率，满足了多种尺寸规格板坯生产的需要。结晶器在线调宽装置用于在线调整结晶器左右两个窄面铜板的间距，以实现改变铸坯断面尺寸的功能，从而无需更换不同断面的结晶器，提高了生产效率。结晶器左右两个窄面铜板的移动是由左上、左下、右上、右下四个位置的伺服液压缸驱动。结晶器液压调宽装置主要包括伺服液压缸、高频响比例阀、液压锁、溢流阀、通断阀、压力传感器和位移传感器等，原理如图3所示。所有阀集成在油路块上，装在伺服液压缸后部。每个结晶器有四组液压调宽装置，其主要的作用为: (1)设定断面。按照机械工艺要求，每一侧窄面上下两个液压缸在保证相应铜板为一定锥度的情况下同步前进，到达设定断面尺寸，如图4所示；(2)实现保锥功能。在浇钢时，需要时微调高频响比例阀，使得液压缸保持在一定位置，从而保证窄面铜板的锥度和位置不变。

图3 结晶器比例阀控制同步回路

图4 结晶器在线调宽示意图

结晶器液压调宽和保锥的控制方法：系统工作时，窄面单侧上下两个伺服液压缸在保证结晶器铜板为一定锥度的情况下同步运动。以上下侧伺服液压缸运动速度慢者为基准，另外一个伺服液压缸的位移值与之相比较得到两缸的偏差位移量，将偏差位移量送至PLC中，按照一定的控制算法进行处理，并输出控制高频响比例阀动作的信号，从而调节液压缸的输入流量，消除位移误差，最终达到单侧同步运动的目的。在浇钢时，任意位置液压缸位移值如果与设定值差超过一定值，通过调整高频响比例阀信号来调整液压缸的位置，使得位置误差控制在一定范围之内。如果位移值通过调整仍不断增大，超过一定数值后，设定使得高频响比例阀停止动作且通断阀断电，这时伺服液压缸位置就被液压锁锁定，浇钢结束后查找故障原因。通过在钢厂的现场实践，这种液压控制方式应用得很成功。

结晶器液压调宽的回路设计特点：

(1)全液压控制，结晶器窄面锥度无级调整；

(2)调锥速度快，一般几分钟能结束调锥过程；

(3)可视化程度高，易于查找故障。压力传感器实时反馈液压缸两腔压力变化情况；利用高频响比例阀带阀芯反馈功能，可实时观察阀的工作状态；位移传感器显示实时位移，并通过闭环控制实施控制策略。

(4)由比例阀拉制的同步回路精度可达0.1 mm，完全满足使用要求。

4 其他液压同步回路

中间包车调速阀控制同步回路、辊缝调节装置高频响开关阀控制同步回路和结晶器调宽比例阀控制同步回路，其同步控制回路的共同特点是对同步的精度要求相对较高，电气上使用了闭环控制来达到工艺的要求。在某钢厂特厚板坯连铸机液压系统中，还有一部分液压回路相对来说控制精度一般，所以采用了常见的控制回路完全能满足使用要求，主要有调速阀和同步马达两类。

(1)调速阀控制同步回路。在出坯区区域，脱引锭液压缸、引锭对中液压缸和去毛刺机升降液压缸都采用了调速阀控制回路。调速阀控制同步回路适应于同步要求适中且要求运行速度基本不受负载影响、流量不是很大的回路。调速阀控制同步液压回路原理和控制方式比较简单，图5为引锭对中同步回路原理，可以实现速度无级调节，但是通常会受到调速阀性能差异、负载的均匀分布程度和管道的布置方式等因素的影响，同步精度一般小于5%，但完全可以满足液压回路的工艺使用要求。

图5 引锭对中同步控制回路

(2)同步马达控制回路。在出坯区区域，一切下辊道平移液压缸、二切下辊道平移液压缸和推垛机液压缸都采用了同步马达控制回路。同步马达分为齿轮式马达和柱塞式马达两种，具有在高压、大流量范围内可获得较高的同步精度的特点，齿轮式同步马达可以在负载较为均衡的情况下获得较高的同步精度，而柱塞式马达可以在具有负载偏差较大的情况下获得较高的同步精度，齿轮式同步马达的同步精度一般小于2%，柱塞式同步马达的同步精度一般小于1%。同步马达控制液压回路原理和控制方式比较简单，图7为一切下辊道平移同步马达控制回路原理，其同步误差主要取决于负载的均衡程度、介质油的温度和粘度、系统的压力及负载的压力变化率、总流量及流量的连续性、同步马达及执行元件间的含气量等。根据同步马达的特点和机械工艺的要求就可以选择合适的同步马达来实现要求的使用功能。本系统中的三种同步回路都采用了齿轮式同步马达。

图6 一切下辊道平移同步马达控制回路

5 结束语

中国重型机械研究院设计的各种液压同步回路在某钢厂特厚板坯连铸机连续运行三年以来，工作稳定，故障率极低，极好地满足了各项功能要求，结果表明各种液压同步回路的设计和配置合理，值得以后在连铸机设计及应用中大力推广。

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专利介绍

一种RH精炼炉热弯管移动装置及方法(CN103757180A)

本发明的目的是提供一种 RH 精炼炉热弯管移动装置及方法，以便能减少投资，提高生产节奏，减少设备部件，提高可靠性，在较小的空间里安放双工位 RH 炉外精炼设备。

本发明涉及一种RH精炼炉热弯管移动装置及方法，该装置至少包括：第一真空处理槽、真空抽气管道、第二真空处理槽，真空抽气管道在第一真空处理槽和第二真空处理槽之间布置，在真空抽气管道和第一真空处理槽之间或真空抽气管道和第二真空处理槽之间连接有热弯管，热弯管平行坐落在移动小车上，通过驱动装置、变频电机、制动机构集中控制，使热弯管在真空抽气管道和第一真空处理槽之间或真空抽气管道和第二真空处理槽之间进行切换动态连接。本发明能减少投资，提高生产节奏，减少设备部件，提高可靠性，在较小的空间里安放双工位RH炉外精炼设备。

本发明改变了传统的设计思路。由于设备简化，可靠性提高，投资费用减少，大大缩小了设备的占地面积，节省了设备和仪器仪表阀门。

Hydraulic Synchronous Circuit Application of CCM

CNEN Guo-fang, QIU Ming-jun, NING BO, WANG Xun-an, XIE Tong-hu

(China National Heavy Machinery Research Institute Co. Ltd.，Xi’an 710032，China)

Hydraulic synchronous circuits applied in slab continuous casting machine were introduced, tundish car lifting circuit was controlled by flow control valve，got the precision of 1mm. Segment roller gap adjusting circuit was controlled by high frequency on-off solenoid valve, which achieved the precision of 0.05mm. Mould width adjusting circuit was controlled by proportional valve， which meet the precision of 0.1mm. This slab CC machine runs stable, it showed that the design and configure of hydraulic synchronous circuits are reasonable.

synchronous circuit; high frequency on-off solenoid valve; flow control valve; proportional valve; synchronous hydraulic motor

2016-10-16；

2016-12-09

陕西省工业科技攻关项目(2016GY-010)

陈国防(1985-)，男，工程师，从事专业：液压传动与控制。

TP393

A

1001-196X(2017)03-0078-05