淺談連鑄機液壓振動工作原理及故障分析
2024-12-14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#連鑄機是目前世界上全弧形大圓坯連鑄機之最。該連鑄機為R17 m全弧形連續(xù)矯直3機3流圓坯連鑄機,，具備生產(chǎn)直徑為φ500,、φ600、φ700,、φ800,、φ900規(guī)格巨型圓坯能力。該連鑄機引進先進的國外技術(shù)—— 結(jié)晶器液壓振動,，因為結(jié)晶器振動裝置是連鑄機的核心設(shè)備,，結(jié)晶器振動控制的精度和穩(wěn)定性是保障連鑄機穩(wěn)定運行、安全高效生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,。但是該液壓振動系統(tǒng)自投入使用以來,，一直存在著突發(fā)性的亂振、停振現(xiàn)象,，容易造成連鑄機斷流甚至中斷生產(chǎn)的事故發(fā)生,，影響了連鑄機的正常生產(chǎn)。
1 設(shè)備概況及工作原理
結(jié)晶器液壓振動裝置是由機械設(shè)備,、液壓伺服系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成,，包括兩個獨立的振動單元；振動單元由底座,，臺架,，導向裝置，振動油缸等零部件組成,。底座是振動裝置的固定部分,，通過導向鍵準確安裝在底座支撐上；臺架是振動裝置的活動部分,，用于支撐結(jié)晶器并與結(jié)晶器一起振動,；底座和臺架通過導向裝置連接在一起，導向裝置由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油缸是整套裝置的動力源,，通過改變活塞桿的升降速度和行程，可以得到不同的振動波形,，達到改善鑄坯表面質(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)生成的工藝振動曲線相比較,，實時計算出位移偏差，按一定的控制算法計算調(diào)節(jié)量,，輸出控制信號經(jīng)比例放大板放大后,，控制伺服閥閥芯動作，從而按設(shè)定的波形和振動參數(shù)在線控制2個油缸做同頻率不同振幅的振動,，通過機械機構(gòu)轉(zhuǎn)化為仿弧形振動,。
2 故障現(xiàn)象分析
3#連鑄機從2009年5月份投產(chǎn)以來，結(jié)晶器液壓振動一直用得不是很好,，問題接連不斷,，故障重復發(fā)生。主要表現(xiàn)出以下幾種故障現(xiàn)象,。
第一,，在連鑄機開澆后幾分鐘時間，大概是引錠頭被拉出結(jié)晶器銅管的時候,，振動曲線有波動,，報警位置跟隨故障。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,，嚴重的時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，就能恢復振動,，一般不會對生產(chǎn)帶來很嚴重的影響,。
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,。但是等停產(chǎn)后檢查，又不能找到其亂振的原因,，檢查各項設(shè)備都正常,。等下一個澆次重新開澆時，有可能又不會發(fā)生前面所發(fā)生的故障,，但是有可能在再下一個澆次拉澆到4,、5個小時的時候，又重復發(fā)生前面所說的故障,，屬于沒有規(guī)律性的一個故障,。
第三，在正常拉澆過程中,，某一振動單元突然振動停止,，報警，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,，也不能恢復振動,，只能中斷生產(chǎn)，影響極大,。
第四,，在正常生產(chǎn)過程中，振動曲線有間斷性的毛刺,，一般情況下會自動恢復,，在不能自動恢復的情況下，可以通過將電氣控制系統(tǒng)的電源拉斷后再重新啟動,，就能恢復振動,。等停產(chǎn)后更換了振動單元伺服閥后就恢復正常。
第五,，在連鑄機剛開澆后的幾分鐘后,，內(nèi)外弧振動單元整個位置都在往下偏移，振動振幅越來越小且不在中心位置,，油缸下腔壓力達到系統(tǒng)最大壓力,，上腔壓力幾乎沒有，導致振動報警停振,。將電氣控制系統(tǒng)的電源拉斷后再重新啟動,，還是不能解決，重復同樣的故障現(xiàn)象。
3 原因查找
通過連續(xù)幾個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),，終于對振動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候可能做得不是很好,，導致在引錠頭拉出結(jié)晶器銅管的時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的需求,，導致振動報警位置跟隨故 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)生的振動故障,，停產(chǎn)后重點檢查了油缸的位置傳感器輸出信號、壓力傳感器輸出信號,、伺服閥的供電電壓,、指令信號等，未發(fā)現(xiàn)異常,。后對生產(chǎn)過程中油缸的位置傳感器處的環(huán) 境溫度進行了跟蹤,，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 致了該位置傳感器的數(shù)據(jù)不準確,，從而引起了振動的故障,。
在正常生產(chǎn)過程中振動的突然停止，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)過程中振動曲線出現(xiàn)的毛刺,，停產(chǎn)后對電氣控制系統(tǒng)進行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常,，更