方坯连铸拉矫机液压系统设计与分析

液 压 气 动 与 密 20 1 5爿 j 1 1 期 d o i l O 3 9 6 9 4 i s s n 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 1 0 0 6 方坯连铸拉矫机液压系统设计与分析 汪 龙 张 文 中冶南方工程技术有 限公 司 炼钢分公司 湖北 武汉4 3 0 2 2 3 摘 要 T y 坯连铸拉矫机压下辊的工作压力对铸坯质量有非常重要的影响 为了提高拉矫机的铸坯生产质量和效率 以调节拉矫机工 作压力满足生产要求为 目的 以拉矫机液压系统为研究对象 针对拉矫机设备结构的特点 介绍了工作过程中压下辊压力的变化情 况 提出了拉矫机液压系统的设计要求 并依此设计出多种形式的液压系统且在工程中广泛应用 结合工程设计经验 通过对比不同 的液压系统 得出如下结论 用普通先导式减压阀的系统成本较低 但冷热坯压力不可调 只能适合生产单一断面的钢种 用比例减压 阀的差动系统 自动化较高 提高了铸坯了质量和生产效率 适用于生产多种断面的钢种 用比例减压阀和事故 回路构成的系统 压力 在线可调 且专门设置了事故应急动力源 生产安全系统提高 关键词 拉矫机 液压系统 工作压力 减压阀 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 卜0 0 1 8 0 4 De s i g n a n d An a l ys i s o f Hy d r a ul i c S ys t e m f o r Co n t i n uo us Ca s t i n g M a c hi n e W i t h dra wa l S t r a i g h t e ni n g Uni t WA NG Lo n g Z HA NG We n I r o n S t e e l D i v i s o n WI S D R I E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n c o r p o r a t i o n L i mi t e d Wu h a n 4 3 0 2 2 3 C h i n a Abs t r a c t T h e s t r e n g t h e n p r e s s u r e o f wi t h d r a wa l s t r a i g h t e n i n g u n i t i n b i l l e t c o n t i n u o u s c a s t i n g ma c h i n e h a s g r e a t e ffe c t o n t h e c a s t i n g q u a l i I n o r d e r t o i m p r o v e q u a l i t y a n d e ffic i e n c y o f wi t h dra w a l s t r a i g h t e n i n g u n i t a i mi n g t o a d j u s t i n g t h e p u s h i n g r o l l e r p r e s s u r e t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f p r o d u c t i o n t a k i n g t h e h y d r a u l i c s y s t e m a s t h e r e s e a r c h o b j e c t t h e p r e s s u r e c h ang i n g i n t h e o p e r a t i o n p r o c e s s w e r e i l l u s t r a t e d a n d t h e h y dra u l i c s y s t e m r e q u i r e me n t s we r e p u t f o r ward a c c o r d i n g t o wh i c h s e v e r a l h y dra u l i c s y s t e ms we r e d e s i g n e d an d t h e s e s y s t e ms wi l d l y u s e d i n p r o j e c t s B a s i n g o n p r o j e c t s d e s i gn e x p e r i e n c e and a n a l y z i n g d i ff e r e n t h y dra u l i c s y s t e ms the r e s u l t s h o ws tha t s y s t e m wi th p i l o t o p e r a t e d r e d u c i n g v a l v e i s s u i t a b l e f o r s i n g l e s e c t i o n d i me n s i o n s y s t e m b e c a u s e t h e c o l d h o t p r e s s ure c a n n o t b e c o n d i t i o n e d t h o u g h i t h a s a l o we r c o s t wh i l e t h e p r o p o r t i o n a l r e d u c i n g v a l v e wi t h d i ffe r e n t i a l c i r c u i t C a R b e u s e d for s e v e r a l s e c t i o n s d i me n s i o n i r o n s t e e l wi t h h i g h q u a l i ty a n d e ffic i e n c y T h e s y s t e m wi t h p r o p o r t i o n a l r e d u c i n g v a l v e and e me r g e n c y c i r c u i t C an a d j u s t p r e s s ure o n l i n e and i mp r o v e s a f e ty r e l i a b i l i ty a s i t d e s i gn s e me r g e n t p o we r s u p p l y Ke y wo r d s wi thdra wa l s tra i g h t e n i n g u n i t h y dra u l i c s y s t e m wo r k i n g p r e s s ure r e d u c i n g v a l v e O 引言 拉矫机是连铸生产中很重要的设备 连铸拉矫机 主要将钢坯引锭杆送人结 晶器下 口 并将铸坯牵引 出 结 晶器进行渐进矫n 连铸拉矫机承担着引导铸坯和 矫直铸坯的作用 是影响铸坯质量关键因素之一嘲 目 前工程 中应用较为广泛的拉矫机结构形式有整体机架 五辊拉矫机和单机架组合式五辊拉矫机 主要由机架 传动装置 压下装置 棍子 冷却及防护装置和润滑系 统等组成 拉矫机压下装置多采用液压动力驱动 系 统压力要可调 送引锭时使用冷坯压力 拉坯时液压系 统自动切换热坯压力 根据连铸拉矫机结构特点和工艺要求 拉矫机液 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 1 6 作者简介 汪龙 1 9 8 2 一 男 湖北武汉人 高级工程师 硕士 现主要从 事液压 系统方 面的研 究 1 8 压系统形式也有很多种 由于拉矫机特殊工艺要求 对压下棍工作压力有很高的要求 可见 设计出合理 的液压系统对铸坯质量影响非常大 结合工程中常用 的拉 矫机结构形式 详细介绍 了拉矫机工作过程 中压 力变化情况 并设计了合理的液压系统 并对液压系统 的优缺点做 了分析 1 拉矫机工作原理 1 1拉矫机工作过程 等待浇铸时 引锭杆被拉矫辊高压压住 开浇时 引锭杆的引锭头与铸坯结合 拉矫机驱动引锭杆往下 把铸坯拉出结晶器 当引锭杆的头部到达拉矫机的矫 直辊下面时 矫直辊高压压下 使引锭头与铸坯分离 然后拉矫辊 和矫直辊低压压下热坯 连续不断地把结 晶器 内的铸坯拉出来 拉矫机工作 中拉矫辊矫直辊压 力变化情况见示意图 1 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s No 1 1 2 0 1 5 头部 引 热 无 O 热 杆 拉矫税 矫直辊 拉矫辊 矫商 辊 a 等待状态 拉矫辊 b 引锭头拉着热坯进入拉矫辊 高压压 下弓 J 锭杆 拉矫辊低压压下 杆 低压 低压 拉矫辊 矫赢 辊 拉矫辊 矫直 辊 c 引锭头到入矫赢辊 d 脱弓 l 锭完成 拉矫机 矫商辊高疆压下 低压压下热坯 图1拉矫机工作过程示意图 从工作过程可知 凡是经过冷坯 引锭杆 的时候 压下辊为高压 凡是经过热坯的时候压下辊为低压 1 2 拉矫机液压 系统设计要求 由拉矫机工作过程可知 对液压系统设计要求 如下 1 压下辊应有足够的压下力 防止出现引锭杆脱 不开和压不住现象 为防止引锭杆下滑 在送引锭杆 到结晶器的过程中 引锭杆送好后并保持在拉矫机内 等待浇铸 以及脱坯时拉矫机都要使用高压压下 2 压力要可调 高低压可以任意切换以满足冷热 坯 的需要 另外需要生产多种断面钢种时还可调定多 种压力以适应不同断面的要求 3 热坯 压力要 适 中 压 力过小 会时产 生溜坯 现 象 压力太大会造成铸坯质量缺陷 5 1 4 为了防止事故 需要设置事故蓄能器提供事故 动力源使拉矫辊压住引锭杆或铸坯 并且有足够的保 压时间让人工来完成应急处置 2 拉矫机液压系统设计 目前拉矫机液压系统主要有 3 种回路 各种回路适 合不同的机械结构和工艺要求 2 1拉矫机液压 系统方案一 目 前方坯连铸拉矫机比较经典的结构是五辊式拉 矫机 每流的液压系统原理图见图2 减压阀1 和2 用 来设定冷坯 引锭杆 和热坯 的压力 通过电磁阀 3 的切 换来获得低压或高压 当电磁阀3 左位工作时 系统工 作压力为高压 当电磁阀3 右位工作时 系统工作压力 为低压 电磁阀4 1 和4 2 分别控制拉矫辊和矫直辊液 压缸 的压下 和抬起 此处蓄能器主要是起事故保压的 作用 系统的电磁铁得失电动作见表 1 拉矫辊液压缸 矫直辊液压缸 P T L 1 减压阀 2 一 减压阀 3 一 换向阀 4 一 换向阀 5 一 叠加式节流阀 6 一 蓄能器 图2 拉矫机液压系统方案一 表1系统得失电动作表 拉矫 辊液压缸 矫直辊液压缸 赫 l 一 抬起压冷坯压热坯抬起压冷坯压热坯 这种系统的特点是 1 拉矫辊和脱坯辊要么同时为高压 要么同时为 低压 没有分开控制 从前面拉矫机工作过程可知 拉 矫辊和矫直辊 脱坯辊 是互相独立的 不是同时使用 高压或低压 如铸坯即将与引锭头脱开时 矫直辊是高 压 而拉矫辊是低压 故设计时最好是拉矫辊和矫直辊 单独控制 2 通过减压 阀和换 向阀来实现高低压 的切换 性 能可靠成本低 但是无法精确在线调节压力 且无法 跟踪压力值 将压力与铸坯质量进行对比 另外当需 要生产多种断面时 不同的断面需要的压力值不一样 但此系统只能实现一种压力 2 2 拉矫机 液压系统方案二 液压系统原理图见 图3 该系统的工作过程如下 以拉矫辊为例 当压热坯时 首先通过比例减压阀 1 D R P S V 1 1 将压力设为热坯压力 D R S V1 1 1 b 得电 换向 1 9 h 孙 b 叭叭叭帆吼 液 压 气 动 与 密 J t n 2 01 5年 第1 1 期 阀5 D R S V1 1 2 得电形成差动 回路 棍 子快速下压 当压 引锭杆时 比例减压阀1 D R P S V 1 1 将压力设为冷坯压 力 D R S V1 l 1 a 得电 换 向阀 5 D R S V1 1 2 失 电 当系统 出现故障时 这时D R S V 1 1 3 和D R S V 1 1 4 失电 压下辊 位置处于锁定状况 拉矫辊的动作表见表 2 矫直辊类 同 拉坯辊液压缸 矫直辊液压缸 卜比例减压阀 2 一 换向阀3 一 双单向节流阀4 一 换向阀 5 一 换向阀6 一 蓄能器 7 一 压力继电器 图3拉矫机液压系统方案二 表2 系统得失电动作表 DRP S V1 1 DRS V1 1 1 DRS V1 1 3 DRS V1 1 4 DRS V1 1 2 动 作 凳 设 定 热 坯 压 力 b 该回路有3 个特点 1 使用了比例减压阀 由于生产过程中使用了 不同断面 而不同的钢种和不同的断面使用的压力值 是不同的 比例阀根据输人的电气信号 能连续地 按 比例地对油液的压力 流量等参量进行控制 2 使用了差动回路 坯子下压时可利用电磁阀5 实现快速下压 当压热坯 时要快速压下 否则热 坯经 过辊子后容易生产翘曲 根据差动连接的特殊性 使 用差动回路不仅提高压下速度 同时降低了铸坯下滑 20 率 3 使用 了座式锥 阀 当油缸快速下压形成差 动 回路时 由于锥阀4 1 和4 2 密封性好 无泄漏 保证差 动 回路 的速度 此处主要是利用 了锥 阀无泄漏的 优点 在调试过程 中应对不 同钢种 钢坯 截面和拉速需 要设定压力值 由D R P S V 1 l 设定 据V A I 资料 压热坯 压力与断面关系 断面 1 3 0 x 1 3 0 1 5 0 x 1 5 0 为 2 4 M P a 1 6 0 1 6 0 为 3 MP a 1 8 0 x 1 8 0 为 3 5 MP a 2 3拉矫机液压系统方案三 液压 系统原理 图见 图4 该系统 的工作过程 如下 以拉矫辊为例 比例减压阀可以在线调节压下辊压 力 电磁阀4 控制拉矫辊的抬起和压下 正常工作时 电磁铁S G 1 1 得电 单向阀5 打开 压力油经过减压阀3 换向阀4 液控单向阀5 调速阀6 驱动压下辊压下 抬 起过程类似 电磁换向阀1 用来控制液控单向阀5 正 常工作时单向阀都是打开的 事故状态时 电磁阀1 自 动失 电 液控单 向阀 5 锁住 压力油 P N由蓄能器供油 经过减压阀2 快速压下拉矫辊 拉矫辊回路的动作表 见表 3 矫直辊类 同 拉矫辊 矫 直辊 卜换 向阀2 一 三通减压 阀3 一比例减压阀4 一 换 向阀 5 一 液控阀 6 一 节流阀 图4拉矫机液压系统方案三 该回路主要有2 个特点 1 增加了一个事故快速压下功能 为了防止突 然停 电造成重大事故 该系统设计了应急压力通路 压 力油 P N由专门的蓄能器组来供油 表3 系统得失电动作表 动作 a 压坯 抬起 事故 2 比例阀有良好的动态响应 还可以与压力继电 器形成闭合回路 拉矫机在不同的模式下有不同的工 作压力 减压阀的实际输出压力可由压力传感器测得 该压力反馈给P L C 与设定值进行比较 经过修正后的 信号放大后再去控制比例减压阀 这样可以提高铸坯 质量和效率 3 结论 1 拉矫机压下辊的压力是保证铸坯质量的一个 重要因素 如何保证冷坯和热坯工作压力是设计拉矫 机液压系统最基本思想 2 用普通先导式减压阀和换向阀构成的高低压 力切换回路是最经济实惠的 比较适合传统的整体机 架式五辊拉矫机 但拉矫辊和矫直辊压力不能分开 调 且冷坯和热坯只能获得一种压力 不能用于生产多 I 接第 1 7 页 竺 垫 种钢种断面 3 用 比例减压 阀和差 动 回路构成 的压力 和速度 调节系统适合生产多种钢种断面 压力在线调节 自动 化程度高 提高铸坯质量和生产效率 4 用比例减压阀和事故回路构成的系统 专门增 加了事故情况下使拉矫辊压下的功能 安全系数更高 参考文献 1 刘光峰 纪殿亮 浅谈炼钢厂拉矫机液压装置密封改造 J 液压气动与密封 2 0 0 8 6 6 0 6 2 2 2 钱向红 拉矫机液压系统分析与比较 J 冶 金标准化与质量 2 0 0 2 4 0 3 1 3 2 3 3 3 王浦江 J 方坯连铸 M 2 版 北京 北京钢铁设计研究总院和 中国金属学会连铸分 1 9 9 8 4 罗晓林 连铸拉矫机液压系统分析及改进 J 流体传动与控 制 2 0 0 5 2 3 9 4 1 5 孙福来 邓志勇 天钢大圆坯连铸机热坯压力的调试 J 天津 冶金 2 0 1 1 4 1 9 2 1 6 6 黄火兵 夏伟 屈盛官 比例控制与插装阀技术的应用与发 展 J 机床与液压 2 0 0 7 3 5 4 2 2 9 2 3 1 7 田明发 车丽平 差动回路在连铸拉矫机液压系上的应用 J 天津冶金 2 0 0 8 5 1 3 4 1 3 5 0 7 8 5 0 O 01 2 0 0 01 3 0 0 0 1 0 0 1 8 0 O 71 1 7 6 6 0 0 0 2 0 0 0 02 9 0 0 0 1 6 0 1 77 3 1 4 0 o 0 2 6 0 0 05 1 0 0 0 2 1 0 1 73 从表中数据可知 修正后的公式进行计算 所得误 差较小 与实际的契合性更好一点 特别是低压部分误 差均小于0 0 5 可看作是与实际相同 根据计算分析数据可知 理论公式更适用于小孔 径的模型计算 l m m L 径的理论公式计算数据基本与 实验值相同 4 结束语 全文的主要研究内容和结论概括如下 1 利用学校内已有的较为完善的实验设备进行 气体泄漏实验研究 记录孔泄漏的