结晶器伺服振动装置在连铸机上的应用:立式连铸机

　　【摘 要】介绍了连铸机系统构成，阐述了结晶器伺服振动装置的原理。结合实际的生产情况，叙述了伺服振动系统的结构功及功能及取得的良好效果。　　【关键词】结晶器；伺服振动装置；连铸机
　　1 前言
　　特殊钢厂合金钢连铸机是配合50吨电炉上的项目，该连铸机的投入使用结束了特殊钢厂40多年的模铸历史，实现了全连铸。该连铸机设计年生产能力为40万吨，铸坯断面尺寸为180×220㎜，260×300㎜两种，主要钢种为45#、40Cr、GCr15、20CrMnTi，其中轴承钢（GCr15）、齿轮钢（20CrMnTi）的铸坯质量受连铸机设备的影响较大，结晶器的振动不允许有大的误差。该结晶器振动装置（以下简称振动台）采用四偏心结构，通过偏心轴来实现由回转运动转变为上下往复运动，并通过偏心量的不同实现仿弧运动。在实际应用过程中，经常出现偏振、停振等一系列故障，而且维护费用较高。因此要想解决这些制约生产的因素，尝试采用液压伺服振动装置来取代目前全机械振动方式。
　　2 结晶器伺服振动装置工艺要求及原理
　　2.1 工艺原理
　　连铸振动装置是为了铸坯在凝固过程中与铜板粘结而发生粘挂拉裂或拉漏事故，以保证拉坯顺利进行。当结晶器下振时或者结晶器下振速度等于拉坯速度，或者结晶器下振速度大于拉坯速度，在这段时间里，新生成的坯壳能有足够的强度把被拉断的坯壳联结起来，使被拉断的坯壳得以焊合，减少拉漏现象。另外结晶器上下振动，周期地改变液面与结晶器壁的相对位置，有利于保护渣在结晶器壁的渗透，改变润滑状况，减少拉坯时的摩擦阻力和粘结的可能，使拉坯顺利进行。
　　2.2 液压伺服振动装置主要技术参数
　　1）系统额定压力21MP
　　2）系统工作压力 16MP
　　3）振动频率：40～360c/min
　　4）振幅：0～±5mm
　　5）振动曲线：正弦曲线或非正弦曲线（非正弦曲线的最大偏斜率为30％）
　　6）工作介质： 46#高级抗磨液压油
　　7）工作温度：0～55°C
　　2.3 伺服振动机构组成
　　(1)该液压振动装置采用两个振动单元组成，分为内弧振动单元和外弧振动单元。每个振动单元由一个液压缸驱动，通过内弧和外弧振动单元的组合运动使结晶器铜管实现仿弧运动（如下图1所示）。通过伺服液压缸和PLC控制系统来实现所要求的振动参数（振动频率、振幅、振动曲线）。原动力部件由伺服液压缸直接与振动台连接，板弹簧导向，消除系统弹性变形对振动精度的影响，同时不存在轴承的磨损，液压缸的使用寿命长。振动单元中设置有缓冲弹簧，补偿振动部分的重力，减小了液压缸的负荷。
　　(2)由于工作环境和系统精度的要求，伺服油缸采用间隙密封，间隙密封的油缸消除了活塞密封于液压缸缸壁之间的摩擦力，这样可以有效降低液压系统的工作压力，最重要的是振动装置的振动精度得以大幅度提高，振动精度的提高保证了连铸坯的表面质量、降低了连铸事故率。
　　振动装置处于结晶器下方，连铸机一段上方，所以环境不仅潮湿而且高温，对液压系统极为不利。鉴于系统压力较高及环境潮湿原因：系统的硬管均采用厚壁无缝钢管，材质为1Cr18Ni9Ti，伺服油缸配管与系统配管连接时均采用24°锥加O型圈密封的形式；针对油管受铸坯的高温辐射，影响液压系统介质工作温度的问题，采取了管式喷淋直接冷却的办法，有效地控制了液压系统介质温度。
　　(3)结晶器振动工作参数设定可根据实际生产情况在线设定或调整，也可预先设定。理论设定参数如下：
　　振幅： ±2.5 mm
　　振动频率: 按下式计算:
　　f=1000*Vc*(100-Ns)/(200*s)
　　式中:
　　f—振动频率 （次/min）
　　Vc—拉坯速度 = 拉矫机反馈拉坯速度（m/min）
　　s—振幅 = 2.5 mm
　　Ns—负滑脱率 = 30%
　　拉坯速度为0.7 m/min时振动频率为:98次/min 非正弦偏斜率: 0.3
　　手自动选择：在第一流选择AUTO后，一、二、三流振动频率与拉速自动匹配，选择MANUAL后在输入框输入固定振动频率。中心点调整：手动输入中心点位置０，０记录内外弧传感器的数据(A1、B1)，手动输入中心点位置５０记录内外弧位置传感器的数据(A2、B2),设定中心位置为{A1+(A2-A1)/2，B1+(B2-B1)/2}。 正弦/非正弦选择：在偏移因子框内输入对应的数值实现对应的非正弦振动
　　(4)控制柜由３台MSC 3000控制器组成，由一台上位机分别与三个流MSC控制器通过以太网采用直连方式通讯。画面上可以监控与控制振动的对应参数，包括振幅、手动设定频率、中心点位置、PID参数、非正弦的偏移因子和负滑脱率等参数。
　　3 结束语
　　该技术的研究与应用，技术上达到进口设备水平，工艺上先进合理，生产效率大副度提升，推广应用前景广阔。该技术成熟可靠，有着广阔的推广前景，对全国特钢行业有较好的借鉴意义。
　　参考文献：
　　[1]侯景枫 连铸工艺手册 机械工业出版社,2006
　　[2]张利平 液压传动系统及设计 化学工业出版社
　　[3]王占林 近代电气液压伺服控制 北京航空航天出版社
　　作者简介：
　　程家东(1982-)籍贯:山东 临沂,2007年7月参加工作