连铸坯大压下轧机液压控制设计

田秀平 张雪 韩清刚 秦艳梅 林立伟

（北京首钢国际工程技术有限公司 北京100043）

1 前言

本文论述了一种连铸坯大压下轧机液压控制回路，通过全液压压下控制回路，对油缸进行压力和位置的控制，达到主轧机对轧制力和压下量两种主要工艺参数进行控制的要求。其功能性是按自动化控制系统随着铸坯凝固末端位置跟踪信号所发出的控制指令，控制实现大压下功能；跟踪铸坯芯部凝固位置，控制辊缝实现轻压下［1］功能；跟踪铸坯凝固末端位置，在铸坯已经完全凝固的时候配合前后辅助夹持辊的低压夹紧动作，实现低压夹紧功能。

连铸坯凝固末端大压下技术是基于凝固末端轻压下技术发展而来，适用于大断面连铸坯的下一代连铸新技术。

采用凝固末端大压下技术［2］的目的：针对于轧制100mm以上特厚板常出现的问题－疏松缺陷，通常的解决方案是采用模铸钢锭、电渣重熔钢锭或超厚立式铸机生产铸坯，以大轧制压缩比（≥4～5）保证钢板芯部质量。而连铸坯凝固末端大压下技术是在板坯凝固末端位置，采用一对大直径辊实施大压下量（≥10mm），使铸坯中心产生金属流动变形，补缩（填充凝固收缩产生的缩孔、疏松），显著改善或消除铸坯中心的疏松缺陷，提高铸坯致密度，实现低轧制压缩比条件下厚板与大规格型材的稳定生产。

目前，连铸坯凝固末端大压下技术实践案例主要在日本和韩国。国内在唐钢中板厂也进行了大压下的工艺实践，其压下形式为扇形段压下。国内轧机形式大压下技术还处于研究阶段。北京科技大学针对连铸坯凝固末端大压下技术，做了前瞻性的研究，并且取得了多项关于工艺大压下技术工艺方面的专利。

京唐二期1＃板坯连铸机升级改造为具备大压下（最大压下量20mm，最大压下力1500t）功能的新型设备，并通过调节连铸机的冷却系统将铸坯的凝固末端，实施大压下技术。大压下段在16扇形段，最佳大压下工况为连铸坯在大压下辊的入口处固相率fs［3］在0.80－0.95之间。然而实现这个大压下技术，设备由2辊轧机、轧机前2对辅助夹送辊和轧机后2对辅助夹送辊组成。2辊轧机的液压控制至关重要。其中起关键作用的是上辊压下液压缸的控制。主要包括液压缸的压力和位置控制。目前国内尚无轧机形式的连铸坯大压下液压控制技术的技术标准。

2 液压控制回路

大压下系统是由机械及控制设备、流体系统、电气系统和自动化系统组成。流体系统主要是大压下装置AGC液压缸动作的控制，AGC液压缸控制上工作辊的升降。

2.1 液压原理

图1大压下轧机液压原理图：AGC液压缸的伺服控制［4］。其中，蓄能器截止块1、压力传感器2、蓄能器3、液控单向阀4、单向阀5、伺服阀6、液控单向阀7、压力表8、电磁卸荷阀9、压力传感器10、操作侧AGC液压缸11、压力传感器12、电磁换向阀13、蓄能器14、压力传感器15、传动侧AGC液压缸16、电磁卸荷阀17、液控单向阀18、伺服阀19、单向阀20、液控单向阀21、溢流阀22、减压阀23、电磁换向阀24。

图1大压下轧机液压原理图中主要元件功能有伺服阀6、伺服阀19通过压力传感器10、压力传感器12和压力传感器15以及液压缸上的位移传感器来实现操作侧AGC液压缸11和传动侧AGC液压缸16的压力和位置控制。

图1 大压下轧机液压原理图

2.2 控制说明

图1中，操作侧AGC液压缸11和传动侧AGC液压缸16单独控制，每个AGC液压缸设有1个位移传感器，每个AGC液压缸无杆腔管路上设有1个压力传感器，2个AGC液压缸有杆腔管路汇合后设有1个压力传感器。浇铸开始前，根据生产操作指令，AGC液压缸控制大压下上辊压下到设定开口位置；引锭杆头部经过后，AGC液压缸控制大压下上辊压下到设定工作位置，通过压力传感器控制AGC液压缸的工作压力，保证上辊压下力满足连铸大压下需要（最大压下力1500t）。

当压力传感器10和压力传感器15的压力超过设定值，2个AGC液压缸［5］的电磁卸荷阀9和电磁卸荷阀17同时失电泄压保护，抬起行程与压下行程相同时，电磁卸荷阀得电退出卸荷状态。

电磁换向阀24可控制液控单向阀4、液控单向阀7、液控单向阀18和液控单向阀21将伺服阀6和伺服阀19的进出油路锁死，实现AGC液压缸的锁定；AGC液压缸的位移传感器实现AGC液压缸的位置监测；当压力传感器10、压力传感器15和压力传感器12实现AGC液压缸无杆腔和有杆腔的压力监测。

当压力传感器10、压力传感器15检测到2个AGC液压缸任何1个液压缸无杆腔胶管破裂，电磁换向阀24断电，无杆腔液控单向阀关闭并切断压力油，同时电磁卸荷阀9和电磁卸荷阀17同时失电卸荷。与电磁换向阀24断电共同控制使2个AGC液压缸共同抬起。其它4组辅助夹持辊同时抬起。

当压力传感器12检测到2个AGC液压缸任何1个液压缸有杆腔胶管破裂，电磁换向阀13得电关闭切断压力油，电磁换向阀24断电，无杆腔液控单向阀关闭并切断压力油，同时电磁卸荷阀9和电磁卸荷阀17失电卸荷。其它4组辅助夹持辊同时抬起。

主供油路P上的蓄能器用于液压站动力源故障时，能将AGC液压缸和8个辅助夹持辊液压缸最大抬升20mm。有杆腔上的蓄能器提高伺服阀在进行压力和位置调整时的响应速度及吸收压力波动。

3 主要经济、社会效益及风险

从市场经济角度来看，大压下设备功能性强，可以显著改善或消除铸坯中心的疏松缺陷，提高铸坯致密度，实现低轧制压缩比条件下厚板与大规格型材的稳定生产。可适用新上项目或改造项目。具有很好的市场需求，能够带来市场效益。

连铸机铸坯凝固末端大压下工艺属于创新探索工艺，因此大压下自动化控制模型的总体要求必须安全、可靠，同时保证后续的可扩展、可修改性。

4 结论

本文详尽阐述大压下技术大压下轧机的液压控制回路。现已成功应用在首钢京唐二期炼钢连铸工程1＃板坯连铸机大压下工程项目中。2020年5月已成功完成第三阶段大压下试验，为以后应用在其他工程上奠定了坚实的基础。在国内应用空间大，市场需求潜力大。