淺談連鑄機液壓振動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—— 結晶器液壓振動，因為結晶器振動裝置是連鑄機的核心設備，結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、安全高效生產和產品質量的關鍵。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的事故發(fā)生，影響了連鑄機的正常生產。

1　設備概況及工作原理

結晶器液壓振動裝置是由機械設備、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，用于支撐結晶器并與結晶器一起振動；底座和臺架通過導向裝置連接在一起，導向裝置由4組預應力彈簧鋼板組成，通過調整彈簧鋼板的厚度與長度適應鑄坯規(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節(jié)量，輸出控制信號經比例放大板放大后，控制伺服閥閥芯動作，從而按設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，通過機械機構轉化為仿弧形振動。

2　故障現(xiàn)象分析

3#連鑄機從2009年5月份投產以來，結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，內弧位置曲線產生亂振現(xiàn)象，內弧位移數(shù)據(jù)亂跳，不能穩(wěn)定下來。但是等停產后檢查，又不能找到其亂振的原因，檢查各項設備都正常。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，影響極大。

第四，在正常生產過程中，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，終于對振動故障有了一定的了解，找到了相應的原因。

開澆過程中的振動故障，最主要的原因是由于生產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晶器銅管的時候摩擦阻力急劇增大，油缸腔內壓力增大到系統(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晶器銅管的尺寸有偏差。

在正常生產到4 h以后所發(fā)生的振動故障，停產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，做了相應的溫度曲線，發(fā)現(xiàn)在生產到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。

在正常生產過程中振動的突然停止，停產后檢查發(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。

在正常生產過程中振動曲線出現(xiàn)的毛刺，停產后對電氣控制系統(tǒng)進行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，更