淺談連鑄機(jī)液壓振動(dòng)工作原理及故障分析

魏勝峰　包浩君　魏嘵燕

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司）

江陰興澄特種鋼鐵有限公司二分廠煉鋼3#連鑄機(jī)是目前世界上全弧形大圓坯連鑄機(jī)之最。該連鑄機(jī)為R17 m全弧形連續(xù)矯直3機(jī)3流圓坯連鑄機(jī)，具備生產(chǎn)直徑為φ500、φ600、φ700、φ800、φ900規(guī)格巨型圓坯能力。該連鑄機(jī)引進(jìn)先進(jìn)的國(guó)外技術(shù)—— 結(jié)晶器液壓振動(dòng)，因?yàn)榻Y(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)的核心設(shè)備，結(jié)晶器振動(dòng)控制的精度和穩(wěn)定性是保障連鑄機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、安全高效生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。但是該液壓振動(dòng)系統(tǒng)自投入使用以來(lái)，一直存在著突發(fā)性的亂振、停振現(xiàn)象，容易造成連鑄機(jī)斷流甚至中斷生產(chǎn)的事故發(fā)生，影響了連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)。

1　設(shè)備概況及工作原理

結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置是由機(jī)械設(shè)備、液壓伺服系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成，包括兩個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)單元；振動(dòng)單元由底座，臺(tái)架，導(dǎo)向裝置，振動(dòng)油缸等零部件組成。底座是振動(dòng)裝置的固定部分，通過導(dǎo)向鍵準(zhǔn)確安裝在底座支撐上；臺(tái)架是振動(dòng)裝置的活動(dòng)部分，用于支撐結(jié)晶器并與結(jié)晶器一起振動(dòng)；底座和臺(tái)架通過導(dǎo)向裝置連接在一起，導(dǎo)向裝置由4組預(yù)應(yīng)力彈簧鋼板組成，通過調(diào)整彈簧鋼板的厚度與長(zhǎng)度適應(yīng)鑄坯規(guī)格的變化；裝有位移傳感器和控制閥組的振動(dòng)油缸是整套裝置的動(dòng)力源，通過改變活塞桿的升降速度和行程，可以得到不同的振動(dòng)波形，達(dá)到改善鑄坯表面質(zhì)量的目的。液壓系統(tǒng)是由液壓站與液壓伺服系統(tǒng)組成，其中最主要的伺服系統(tǒng)是由伺服油缸、伺服閥、壓力傳感器、位移傳感器和蓄能器組成，如圖1所示。

其工作原理是：電氣控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，以高速的采樣頻率將油缸內(nèi)置的高精度位移傳感器檢測(cè)到的活塞桿位移反饋到系統(tǒng)PLC中，并與由HMI操作站設(shè)定參數(shù)生成的工藝振動(dòng)曲線相比較，實(shí)時(shí)計(jì)算出位移偏差，按一定的控制算法計(jì)算調(diào)節(jié)量，輸出控制信號(hào)經(jīng)比例放大板放大后，控制伺服閥閥芯動(dòng)作，從而按設(shè)定的波形和振動(dòng)參數(shù)在線控制2個(gè)油缸做同頻率不同振幅的振動(dòng)，通過機(jī)械機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為仿弧形振動(dòng)。

2　故障現(xiàn)象分析

3#連鑄機(jī)從2009年5月份投產(chǎn)以來(lái)，結(jié)晶器液壓振動(dòng)一直用得不是很好，問題接連不斷，故障重復(fù)發(fā)生。主要表現(xiàn)出以下幾種故障現(xiàn)象。

第一，在連鑄機(jī)開澆后幾分鐘時(shí)間，大概是引錠頭被拉出結(jié)晶器銅管的時(shí)候，振動(dòng)曲線有波動(dòng)，報(bào)警位置跟隨故障。這種故障很容易解決，一般只要將引錠頭拉出結(jié)晶器銅管后就能恢復(fù)，嚴(yán)重的時(shí)候也可以通過將電氣控制系統(tǒng)的電源拉斷后再重新啟動(dòng)，就能恢復(fù)振動(dòng)，一般不會(huì)對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)很嚴(yán)重的影響。

第二，在拉澆過程中，特別是拉澆到4 h以后，內(nèi)弧位置曲線產(chǎn)生亂振現(xiàn)象，內(nèi)弧位移數(shù)據(jù)亂跳，不能穩(wěn)定下來(lái)。但是等停產(chǎn)后檢查，又不能找到其亂振的原因，檢查各項(xiàng)設(shè)備都正常。等下一個(gè)澆次重新開澆時(shí)，有可能又不會(huì)發(fā)生前面所發(fā)生的故障，但是有可能在再下一個(gè)澆次拉澆到4、5個(gè)小時(shí)的時(shí)候，又重復(fù)發(fā)生前面所說(shuō)的故障，屬于沒有規(guī)律性的一個(gè)故障。

第三，在正常拉澆過程中，某一振動(dòng)單元突然振動(dòng)停止，報(bào)警，位置傳感器讀數(shù)故障，位置超限故障。這種故障發(fā)生后，將電氣控制系統(tǒng)斷電后重新啟動(dòng)，也不能恢復(fù)振動(dòng)，只能中斷生產(chǎn)，影響極大。

第四，在正常生產(chǎn)過程中，振動(dòng)曲線有間斷性的毛刺，一般情況下會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，在不能自動(dòng)恢復(fù)的情況下，可以通過將電氣控制系統(tǒng)的電源拉斷后再重新啟動(dòng)，就能恢復(fù)振動(dòng)。等停產(chǎn)后更換了振動(dòng)單元伺服閥后就恢復(fù)正常。

第五，在連鑄機(jī)剛開澆后的幾分鐘后，內(nèi)外弧振動(dòng)單元整個(gè)位置都在往下偏移，振動(dòng)振幅越來(lái)越小且不在中心位置，油缸下腔壓力達(dá)到系統(tǒng)最大壓力，上腔壓力幾乎沒有，導(dǎo)致振動(dòng)報(bào)警停振。將電氣控制系統(tǒng)的電源拉斷后再重新啟動(dòng)，還是不能解決，重復(fù)同樣的故障現(xiàn)象。

3　原因查找

通過連續(xù)幾個(gè)月接連不斷的跟蹤現(xiàn)象，采集數(shù)據(jù)，分析曲線，組織攻關(guān)，終于對(duì)振動(dòng)故障有了一定的了解，找到了相應(yīng)的原因。

開澆過程中的振動(dòng)故障，最主要的原因是由于生產(chǎn)操作人員在做引錠頭的時(shí)候可能做得不是很好，導(dǎo)致在引錠頭拉出結(jié)晶器銅管的時(shí)候摩擦阻力急劇增大，油缸腔內(nèi)壓力增大到系統(tǒng)壓力，但還是不能滿足振動(dòng)的需求，導(dǎo)致振動(dòng)報(bào)警位置跟隨故 障。另外還有一種可能就是結(jié)晶器銅管的尺寸有偏差。

在正常生產(chǎn)到4 h以后所發(fā)生的振動(dòng)故障，停產(chǎn)后重點(diǎn)檢查了油缸的位置傳感器輸出信號(hào)、壓力傳感器輸出信號(hào)、伺服閥的供電電壓、指令信號(hào)等，未發(fā)現(xiàn)異常。后對(duì)生產(chǎn)過程中油缸的位置傳感器處的環(huán) 境溫度進(jìn)行了跟蹤，做了相應(yīng)的溫度曲線，發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)到4 h以后，油缸的位置傳感器處的環(huán)境溫度達(dá)到了90 ℃以上，而該位置傳感器的正常使用環(huán)境溫度最高是75 ℃，導(dǎo) 致了該位置傳感器的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而引起了振動(dòng)的故障。

在正常生產(chǎn)過程中振動(dòng)的突然停止，停產(chǎn)后檢查發(fā)現(xiàn)是油缸的位置傳感器壞了，或者是位置傳感器的插頭脫焊，位置數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，在更換了位置傳感器和插頭后正常。

在正常生產(chǎn)過程中振動(dòng)曲線出現(xiàn)的毛刺，停產(chǎn)后對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，更換伺服閥后正常。主要原因可能是液壓系統(tǒng)的油液中有較大的污染物，堵塞伺服閥閥芯通道，造成振動(dòng)的故障。

在開澆過程中發(fā)生的振動(dòng)故障，一開始認(rèn)為是振動(dòng)臺(tái)能力不夠，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力進(jìn)行了調(diào)整，但是效果幾乎沒有，后通過和設(shè)計(jì)單位的討論分析，對(duì)結(jié)晶器銅管的錐度重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，修改了銅管的尺寸，效果相當(dāng)不錯(cuò)。

4　解決措施

對(duì)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，對(duì)離線結(jié)晶器銅管的尺寸進(jìn)行檢查校核，保證上線的結(jié)晶器銅管的尺寸完全符合要求。

與設(shè)計(jì)院一起重新設(shè)計(jì)了水冷系統(tǒng)，解決了油缸的位置傳感器處的環(huán)境溫度高的問題。對(duì)位置傳感器及插頭定周期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換。提高液壓系統(tǒng)的過濾精度，對(duì)濾芯的更換周期進(jìn)行了調(diào)整，保證了液壓系統(tǒng)的清潔度，減少了伺服閥的故障率。

與設(shè)計(jì)院一起討論、計(jì)算，對(duì)結(jié)晶器銅管的錐度進(jìn)行了修正。采取了上述措施之后，3#連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)故障得到了有效控制，保障了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

來(lái)源：《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2018

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