结晶器液压振动系统的研究与应用

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摘要： 在现代炼钢过程中，结晶器振动控制系统是影响连铸铸坯质量的重要因素，随着振动技术的发展和市场的需求，液压振动系统的应用越来越广泛。本文通过大型炼钢3#连铸机控制系统介绍液压振动的自动化控制原理及组成。

关键词： 结晶器振动; 负滑脱; 非正弦振动

中图分类号： TM933                             文献标识码： A

Abstract： In the modern steelmaking process， crystallizer vibration control system is an important factor affecting the quality of continuous casting slab. With the development of vibration technology as well as market demand， the application of hydraulic vibration system is becoming more and more wide. The automatic control principle and composition of hydraulic vibration is introduced in this paper through the control system of large steelmaking 3# continuous caster.

Key words： Crystallizer vibration， Negative slip， Non-sinusoidal vibration

1  引言

随着炼钢技术的不断发展和进步，以及各种钢材的市场需求，使得炼钢厂对连铸机的高效化及快速化有了更高的要求，从而促使了结晶器振动技术的发展和进步。其中液压振动技术的发展尤为快速，正逐步替换传统的机械偏心轮振动技术。

2  结晶器振动技术及结构原理

2.1 结晶器振动技术

结晶器振动主要作用在于通过其振动装置防止连铸在浇铸过程中板坯与结晶器壁发生粘连，保障铸坯的表面质量。其特点主要有：

防止钢水在结晶器冷却过程中与结晶器壁发生粘连，从而出现铸坯壳拉裂或更严重的漏钢现象，在结晶器振动过程中，通过设定的振动曲线，使结晶器按照设定的频率、振幅、波形振动，改变钢水液面与结晶器壁的相对位置，便于脱模。

减少阻力及摩擦力，改善铸坯的表面质量，在结晶器振动过程中，通过保护渣的加入润滑作用，防止铸坯壳与结晶器壁润滑不良，减少结晶器的拉坯阻力，保障了铸坯的表面质量。

在结晶器振动技术的发展过程中，出现了多种多样的形式，结晶器振动经历了同步式振动、负滑脱振动、正弦振动及非正弦振动几个时期，在工业生产近几年来，正弦振动及非正弦振動模式被人们广泛利用。

正弦振动是指结晶器在振动过程中，结晶器运动速度和时间成一条正弦曲线关系，其特点加速度按照余弦变化，加速平稳，冲击力小，且有负滑动，有利于防止粘连，促进铸坯壳的愈合。正弦振动加工实现简单，易于维护，并可用于高频振动，可提高连铸效率和改善铸坯质量。

非正弦振动与正弦振动相比上升时间要大于下降时间，正脱滑时间大于正弦振动，负脱滑时间小于正弦振动，因此加大了保护渣的消耗，从而减弱了摩擦力，减少了拉漏拉裂的可能性，阵痕比正弦振动浅，提高了铸坯的表面质量。

2.2 结晶器振动结构及原理

结晶器振动结构如图1所示。由图1可以看出结晶器振动系统主要包含液压站、液压缸、位移传感器、伺服放大器、液压伺服阀及振动台组成。

结晶器振动系统通过Wincc画面设定的振幅、频率及曲线，通过自行编写的Pid调节模型，将±10V信号发送给液压伺服方法器，根据位移传感器反馈回来的4-20MA信号，判断当前液压缸位置，从而调节伺服放大器输出。

其中液压站主要负责给左右两个液压缸提供稳定的油压及流量，其系统又包含主液压泵、备用液压泵、加热器、冷却器及压力检测等系统，通过PLC控制，保障液压系统的稳定运行。

3  控制原理系统组成

3.1 硬件方面

3.1.1 中央处理器及通讯模板

液压振动控制系统采用西门子S7-400系列中央处理器CPU416-3DP，负责振动程序的存储、计算及执行等工作。

通讯采用CP443-1通讯处理模块，并通过TCP/IP协议与上位机通讯，以及西门子ISO-on-TCPconnection通讯类型与铸流PLC进行通讯，获取铸流拉速以及向铸流发送振幅、频率等运行状态信息。

3.1.2 数字量模块及模拟量模块

数字量输入采用DI32xDC24V模块，主要用于接收现场操作箱按钮控制指令，以及现场冷却水、压缩空气压力报警开关信息。数字量输出采用DO32xDC24V/0.5A模块，主要用于控制现场主机液压站阀门开关，以及电液伺服阀使能控制信号。

模拟量输入采用AI8x14Bit模块，用于采集现场电液伺服阀开度反馈信号以及液压管路压力采集信号。模拟量输出采用AO8x13Bit模块，用于控制电液伺服阀阀位。

3.1.3 计数器模块

计数器采用FM452CAM计数模块，通过绝对值编码器SSI接口连接位置编码器，用于测量振动台动作的位移量。

3.2 软件方面

软件采用Step7 5.5编程软件、Wincc6.2组态软件编写完成，具有画面显示、故障报警、趋势曲線、报表处理等功能。通过组态画面可以完成结晶器零位校准、运行状态显示、正弦/非正弦曲线选择、故障停机代码显示以及结晶器参数设置。

4  控制参数设定

Plc根据当前拉速信号以及曲线设定通过Pid调节控制程序利用液压缸设定值、液压缸绝对位置值、液压缸比例系数Kp、液压缸积分系数Ki参数计算出液压缸动作控制PQW输出。

比例系数kp用于微调振幅。当振幅的实际值略大于给定的振幅值时，kp值减小，当振幅的实际值略小于给定的振幅值时，kp值增大;控制积分系数ki，作为一个稳定的振幅;kp，ki值是相互关联的。如果调节不协调，振动系统将发生剧烈振动，不能正常工作。

频率和速度曲线设置：每0.1米/分钟设置相应的频率值，单位/分钟;两者之间的频率值通过程序插值自动生成。

振幅和速度曲线设置：每0.1m/min设置一个相应的振幅，单位为微米;两者之间的振幅由程序插值自动生成。输入范围为最大振幅。输入最大振幅为限值。

“偏差”：作用为设定振动模式为正弦还是非正弦。

当偏差50%时，振动模式为正弦曲线。

当偏差小于50%时，振动模式为非正弦曲线，在振动周期内上升快，下降慢。

当偏差大于50%时，振动模式为非正弦曲线时，在振动周期内上升缓慢，下降快。

5  故障处理

当伺服阀出现故障时，画面报警记录故障代码，同时控制菜单中的“故障复位”显示橘黄色，现场结晶器振动停振，当故障处理完或自动消失时，按“故障复位”按钮，复位故障状态。其主要故障代码及处理方法如下：

6  结束语

结晶器是连铸的主要设备，其振动技术是连铸生产过程的关键技术，液压振动系统的应用大大提高了振动频率，提高了连铸效率和改善铸坯质量，是今后连铸结晶器振动发展的方向。

参考文献：

[1]熊毅刚. 板坯连铸[M]. 北京：冶金工业出版社，1994，182-183.

[2]杨晓江. 结晶器振动技术[M]. 河北冶金2002，6-132.

[3]孔德才. 结晶振动系统在连铸中的应用与研究[M]. 济南; 250101.

作者简介：

倪志国（1984-），男，中级工程师，从事自动化仪表与系统专业。

收稿日期：2019-02-10

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