宝钢连铸机结晶器振动步进液压缸修复和测试技术

・新技术新设备・收稿日期:2009-08-19;修订日期:2009-08-25作者简介:石云霄(1974-),男,上海宝钢设备检修有限公司宝钢机械厂连铸设备技术服务中心主任工程师。

宝钢连铸机结晶器振动步进液压缸修复和测试技术石云霄(上海宝钢设备检修有限公司,上海　201900)摘　要:宝钢炼钢厂2#连铸机投产后进行了一次技术改造,技术改造以结晶器液压振动技术取代了原来的机械振动技术。

本文分析了振动油缸的工作原理以及修复和测试技术,结合现场实际使用情况对油缸的修复质量进行了客观评价,开创了国内冶金行业自行修复和测试振动步进液压缸的先例。

关键词:连铸机;液压振动技术;步进液压缸中图分类号:TF777 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2009)05-0010-04Repa i r and testi n g technology of v i bra ti on stepp i n ghydrauli c cyli n der of sl ab CC a t BaosteelSH I Yun 2xiao(Shanghai Baosteel Equi pmentM aintenance Co .,L td .,Shanghai 201900,China )Abstract:Steel m aking plantNo 12continuous caster of Baosteel conducted a technol ogical transf or mati on after being put int o operati on .I n this innovati on,the mould hydraulic vibrati on technol ogy was substituted f or the original me 2chanical vibrati on one .The working p rinci p le and the repair and testing techniques of the vibrati on cylinder were analyzed .And,based on the actual use on site,an objective evaluati on of the repair quality f or the vibrati on step 2ping cylinder was given .A t the sa me ti m e,a precedent of self 2repair and testing of the vibrati on stepping cylinder was set in the do mestic metallurgical industry .Key words:slab continuous caster;hydraulic vibrati on technol ogy;stepp ing hydraulic cylinder1　前言宝钢分公司炼钢厂2号板坯连铸机于1989年12月热负荷试车成功,次年7月实现月产量达标,2005年6月对该机组进行了改造,并一次性试车成功,其主要设备结晶器的最高使用寿命已突破1000炉,创连铸投产以来最好水平。

改造后的机组采用了多项新技术,如结晶器电磁搅拌等、扇形段轻压下、小辊密排、液压振动技术等,其中液压振动技术为目前世界上最先进的步进液压缸位置闭环控制技术,使用效果较过去的机械振动结构有很大改善。

出于经济利益的考虑,日本方在改造前的技术谈判中未给宝钢提供其核心设备步进液压缸的关键技术资料,并建议对此类油缸的修复和测试由日方实施。

从2008年开始,中国钢铁行业面临前所未有的困难,为降本增效,宝钢决定自行实施此类高精度数字液压缸的修复测试攻关课题。

2　振动液压缸简介用于2号连铸机的结晶器振动油缸全称为AL MX -3003TC 型电液步进液压缸,是日本I SH I K AWAJ I M A-HAR I M A HE AVY I N DUSTR I ES CC.,LT D公司为宝钢生产的集精密机械、电气、液压于一体的高技术专用产品,目前在宝钢的连铸机上成功应用。

中间包钢水经由两位一体设备首先进入连铸机,两位一体是结晶器和支撑导向段组合件的简称,该组合件装在一个框架内。

为了使钢水快速连续凝固,钢水进入结晶器后,通过框架带动结晶器的振动使结晶后的钢坯顺利进入支撑导向段和扇形段,而振源是安装在框架上的振动油缸。

振动液压缸是一种电液步进缸,所谓电液步进缸就是通过步进电机接受数字控制电路发出的脉冲序列信号,进行信号的转换和功率放大,驱动液压缸,输出功率信号。

此类液压缸被广泛应用于工业系统,范围遍及各大钢铁厂的重型机械,该液压缸是一个独立反馈的机械设备,输入脉冲信号,接受脉冲信号的步进电机将转矩通过丝杆螺母机构传递给集成在活塞杆内部的伺服机构上,再通过液压力放大器的作用驱动油缸动作,执行机构的输出位移完全由输入脉冲数决定,其位置跟随功能则属于一种闭环控制,控制精度不仅取决于伺服机构的加工配合精度,还取决于丝杆螺母的加工配合精度和电气控制精度,只有上述精度均能得到保证,才能确保数字液压缸的运动精度。

3　振动数字液压缸的组成及工作原理311　振动数字液压缸的组成振动数字液压缸由液压缸本体、液压单元和控制器三大部分组成,液压缸本体和液压单元通过液压管路连接,步进液压缸与控制器通过两根电缆连接,其中一根为位移反馈控制电缆,另一根为步进电机的动力电缆,控制器由驱动单元和控制单元组成,研究对象包括液压油缸本体、内置式直接位移反馈随动伺服阀、精密丝杠和螺母、步进电机、齿轮变速、绝对值编码器等,内部结构见图1。

图1　内部结构图312　工作原理根据浇铸钢种的不同,由步进电机控制器驱动单元提供步进电机不同频率和振幅的脉冲信号(正弦脉冲),步进电机接收到信号后做相应的旋转运动,随后通过传动机构带动滚珠丝杆做相应的旋转运动,与滚珠丝杆相配合的丝母则产生轴向位移,丝母与阀套产生了相对位移(原来阀口堵死处于封闭状态),使得压力油从产生的阀口间隙进入油缸的工作腔,带动活塞及活塞杆做相应的往复运动,油缸的位移信息通过控制单元的编码器、传感器和解码器进行相应的处理。

4　修复技术振动数字液压缸内部结构比较复杂,涉及到的零部件比较多,根据油缸的工况和实际损坏情况,油缸的主要损坏部件是活塞杆,表面有明显的拉伤痕迹。

拉伤原因是进入的金属粉尘破坏了其表面和活塞杆密封,造成油缸漏油,影响了设备的正常使用。

本文主要介绍油缸活塞杆表面修复所采用的特殊工艺。

振动油缸位于连铸机框架快台内,工况非常恶劣,油缸要承受高温、潮湿、金属粉尘多、振动大等因素的影响。

由于油缸输入的是高频脉冲信号,油缸活塞杆的往复运动频率要远远超过常规工况的油缸,对活塞杆表面的修复要求比常规工况油缸要高出许多。

解体后发现,油缸活塞杆表面的磨损已经比较严重。

测量结果显示,单边磨损量在012mm 左右,如果采用常规的镀铬工艺,为恢复尺寸,最终单边镀铬量可能在0125mm左右,远远超过标准要求的0103～0105mm,如果上机使用,在寿命期内很可能发生镀层脱落的现象,为避免这种风险,有必要采用一种新工艺来取代常规镀铬工艺。

相关研究和试验表明,目前国内已经成功研制出一种用于活塞杆表面修复的陶瓷喷涂工艺,喷涂材料具有耐磨、耐腐蚀和结合力强的三大特点,完全符合振动油缸的工况要求。

首先用化学方法去除表面镀铬层和部分疲劳层,再用机械加工方法去除剩余疲劳层并保证喷涂前的表面粗糙度,随后选用与活塞杆本体材料相匹配的喷涂材料,再由专用设备对活塞杆表面进行陶瓷喷涂,最后对喷涂后的活塞杆表面进行磨削加工,确保活塞杆的修复尺寸精度和表面质量。

5　测试技术修复后的油缸需要通过电气液压综合性能测试来检验修复的各项指标是否符合使用要求。

在无国内外振动油缸测试技术参考文献的情况下,仅参考常规油缸和液压伺服阀的测试标准以及该油缸的实际使用工况综合考虑其测试方案,力求测试结果与使用工况相一致。

为了使试验条件与现场工况相一致,特制作了集液压缸加载装置、信号发生装置和检测装置于一体的综合试验台。

511　测试装置研制测试装置必须获取油缸的关键技术参数,相关参数见表1。

表1　振动液压缸技术性能指标和参数名称参数名称参数活塞直径/mmΦ300活塞杆直径/mmΦ260油缸行程/mm30液压介质脂肪酸脂888/68分辨率/mm/pulse0105定位精度/mm±011额定压力/M Pa2016常用1911最高试验压力/MPa3019,允许背压015理论流量(95mm/s)/L/m in向前供油:300;向前回油:0向后供油:300;向后回油:40013最大速度/mm/s95最大需要流量/L/m in31510最大允许内泄漏/L/m in1510环境温度/℃-5～80毛重/kg1080步进电机AD010-010TYCF2A控制器VS-10BH-D-M2R 编码传感器MRE-32SP101FKP10-G-S205驱动单元DU-9A 根据以上原始参数和实际工况需求,具体需要配备的试验和检测设备。

(1)常规液压泵系统P=2110M Pa,Q= 200L/m in;(2)高压液压泵系统P=3115MPa,Q= 30L/m in;(3)振动油缸与汽液弹簧加载油缸试验安装台架;(4)油缸驱动、控制和信号收集装置:DU-9A步进电机驱动器(驱动步进电机);VS-10BH-D-M2R编码器控制器(控制输入脉冲信号);用于发生正弦和非正弦信号的计算机硬件和软件(信号发生器);油缸输出位移检测用位移传感器及其调制解调器(检测输出位移信号);数字式示波器(观察输入输出波形)。

512　测试项目根据论证和评审,以下是振动油缸需要进行的主要测试内容。

(1)最低启动压力测试。

供油压力为110MPa,并给步进电机施加015Hz、±013mm 的正弦信号,持续10m in,观察油缸运动情况,位移波形不能有明显畸变;(2)内泄漏测试。

供油压力为2016MPa,持续时间10m in,观察流量计,回油流量≤15L/m in;(3)耐压测试。

在25175MPa压力下,缸体不得有明显变形和外渗漏;(4)分辨率测试。

供油压力为2016MPa,分别向上给步进油缸1～10个脉冲信号,确保位移输出的读数分别为0105～015mm;向下给步进油缸1～10个脉冲信号,确保位移输出的读数分别为-0105～-015mm;(5)运动定位精度测试。

供油压力为2016MPa,每次给1个脉冲,连续向上给10个脉冲,再连续向上给19次,累计向上200个脉冲,然后再向下给脉冲(逆向操作),最终回到原位置,活塞停止位置与初始位置误差≤±0101mm;(6)正弦运动测试。