唐鋼FTSC工藝薄板坯連鑄機擺動剪系統典型故障診斷及快速處理

佟明博 楊 杰

(河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司)

0 前言

唐鋼引進了一條以薄板坯連鑄連軋技術為基礎的短流程熱軋帶鋼生產線，將意大利達涅利公司的FTSC(Flexible Thin Slab Caster)工藝薄板坯連鑄機與美國布里克蒙公司的輥底式加熱爐、日本三菱公司的PC軋機、日本石川島播磨公司的高速飛剪和地下卷曲機等優勢技術組合在一起，形成獨特的唐鋼UTSP(Ultra Thin Strip Plant)超薄熱帶生產線。在薄板坯連鑄連軋生產線中，薄板坯連鑄機是呈上起下的關鍵環節，連鑄機工作狀態的好壞，直接影響整條生產線的產量及最終產品的質量。唐鋼FTSC薄板坯連鑄機剪機是啟停式擺動剪;主要功能包括板坯檢驗取樣、生產定尺剪切及碎斷剪切(頭坯剪切、尾坯剪切、事故應急剪切和板坯質量優化剪切)，所以擺動剪系統運行的穩定可靠是實現薄板坯連鑄機高效生產的關鍵環節之一，因此擺動剪系統出現故障后的快速診斷和處理顯得至關重要。

1 擺動剪裝置簡介

擺動剪是連鑄機的重要組成部分，主要完成鑄坯的定尺剪切和碎斷剪切，直接關系到生產的穩定和板坯的質量。該擺動剪是世界上先進的啟停式擺動剪，擺動剪主要由擺動剪框架、擺動剪擺臂、兩臺驅動擺動剪上剪刃的500 kW/400V主電機、主電機減速機、連接減速機與安全缸的偏心曲軸、連接上剪刃和偏心軸的安全缸、驅動擺臂的擺動缸、用來消除剪切時應力的平衡缸(安裝在擺動剪擺臂左右兩側)、及擺動剪區域管道(包括擺動剪入口輥擺動剪入口加送輥、擺動剪中間輥擺動剪出口加送輥、傾斜輥)組成(如圖1所示)。擺動剪剪切是依據二級剪切模型生成的剪切計劃，按照預先設定的剪切長度進行剪切。剪切時PLC通過伺服閥與擺動缸的位置反饋形成閉環控制，使擺動缸驅動擺臂實現擺動速度與板坯速度匹配;同時通過控制擺動剪主電機使偏心曲軸按照PLC控制程序轉動完成上下剪刃重合，實現對板坯的剪切。

圖1 擺動剪示意圖

2 擺動剪系統典型故障及分析

2.1 位置傳感器故障

擺動剪操作側與驅動側裝有驅動擺臂的液壓缸，其內部裝有MTS公司的 GHM0650MR102DEA型高靈敏位置傳感器及配套磁環，用于實際位置反饋控制。該傳感器處于高溫工作環境中，如果防護不佳、冷卻不好，就會造成傳感器配套磁環弱磁、消磁或傳感器控制電路板老化，造成位置傳感器產生絮亂信號導致擺動缸失控，造成擺動剪剪切異常停機。

2.2 電反饋伺服閥磨損

擺動剪采用的是MOOG公司生產的D662型電反饋伺服閥作為主控制閥，控制擺動缸驅動擺臂。這種閥是一種二級電反饋伺服閥，油品要求NAS6級。該閥采用新型的Servo Jet先導級，改善了整閥的動態特性。大流量閥內流道設計，大幅度增大了閥的額定流量。主閥芯位置采用位移傳感器進行電反饋，內置式電子放大器對閥芯位移進行閉環控制。伺服閥是射流管式伺服閥，噴嘴擋板供油路上的節流孔、噴嘴孔以及噴嘴和擋板之間的間隙等部位對顆粒污染物非常敏感，磨損之后閥產生零位泄漏，導致零位電流增大和擺動缸在零位時，擺動缸位置曲線抖動，嚴重時整條曲線都抖動，影響剪切的精度。正常伺服閥與磨損伺服閥對比如圖2所示。

圖2 擺動備機時正常和異常曲線對比

2.3 碎斷剪切頂剪故障

擺動剪的主要功能之一是板坯質量優化，包括頭坯碎斷和生產粘結坯、混鋼過渡坯、尾坯的碎斷切廢。擺動剪碎斷功能控制原理與擺動剪的定尺剪切和取樣剪切不同，碎斷剪切時通過偏心曲軸的連續旋轉實現連續快速的板坯碎斷，碎斷定尺為500 mm～600 mm，碎斷長度為3 m～5 m。碎斷剪切由于是高速完成，顧要求執行設備精度非常高，如執行設備老化或設備精度下降到達機械精度臨近值時，碎斷剪切時則可發生碎斷坯與擺動剪擺臂碰撞造成剪切時擺臂動作異常，板坯頂在剪刃上頂剪停機(如圖3所示)。

圖3 擺剪切頭坯頂剪圖

3 擺動剪系統故障的處理及調試

擺動剪系統故障的排除包括處理和調試兩個步驟，擺動剪系統故障的處理是指更換上述已損壞的伺服閥或位置傳感器等相關維修;擺動剪系統的故障調試是指，當擺動剪系統工作時出現由于上述情況導致“剪切突起停止或頂剪無法剪切”時，通過控制程序的參數調整及HMI(人機界面)的測試工具測試，使擺動剪系統達到工藝生產要求的過程。具體調試步驟如下：

1)當擺動剪系統故障已經排除，具備測試條件時，先將擺臂向結晶器方向擺到頭，使擺動缸全行程打開。然后對擺動缸位置傳感器進行清零標定，通過調節與位置傳感器配套的MK292卡的參數設定實現。

2)零位調整，首先機械人員標定好擺臂的機械零位，然后通過HMI測試工具，將擺臂向結晶器和加熱爐方向進行擺動測試，計算出擺臂零位位置與機械零位偏差，如偏差過大(大于+/_0.5 mm)，可調整程序中位置傳感器的偏移值，使工作側和操作側擺動液壓缸實際數值無限接近于機械零位。

3)安全缸同步測試，通過HMI測試工具，將安全缸完成下降和提升動作，觀察全行程中左右側液壓缸是否同步，如不同步需液壓人員調節安全缸閥臺的節流閥，實現左右側同步。調試結果應兩側如一，因為它的精度高低直接影響剪切時平衡缸的受力，影響生產剪切時的動作能否滿足工藝要求。

4)剪切測試，通過HMI的測試工具完成TEST剪切，觀察剪切時的實際動作分析FDA(數據快速分析系統，可生成連鑄機設備的歷史曲線)的歷史曲線，調整相關參數，正常后進行模擬澆鋼測試，主要是測試頭坯碎斷和不同拉速下擺動剪的運行狀況。然后根據實際情況，可再次優化PLC控制程序參數，使擺動剪滿足工藝生產要求，達到最佳狀態。

4 運用擺剪故障快速處理方法的效果

唐鋼FTSC生產線運行從2003年投產至今已接近十年，通過統計歷年的設備事故時間發展，設備事故時間占總事故時間的78.9%，其中有三分之一是與擺剪設備有關的，通過2011年6月份開始運用擺剪故障快速處理方法，事故時間較前年同期大幅下降(如圖4所示)。

圖4 運用擺剪故障快速處理方法對比效果圖

5 結語

通過投產近10年的生產維護，FTSC工藝薄板坯連鑄機擺動剪系統故障主要體現為機、電、液壓設備故障的相互交織，要實現準確判斷快速處理就必須通過實時監控擺剪重要設備的運行曲線(伺服閥的控制和反饋信號、位置傳感器的位移曲線、安全缸壓力曲線、擺剪主軸的位置曲線、主電機的速度曲線等)與設備標準運行曲線進行對比的方法，實時掌握現場的運行趨勢，再結合現場設備的現場實際運行環境和運行狀況，判斷出現場設備老化程度和運行的可靠程度，進行計劃性預防性維護，由原來的事故搶修逐漸轉換為周期性預防檢修。同時通過對現場設備的實時監控，使設備維修和搶修有的放矢，避免了原來設備故障總是千頭萬緒，頗費周折的處理，大大降低了減少生產事故時間和生產運行及設備維護成本，實現了經濟維護確保了鑄機的穩定高效生產。

［1］ 佟明博，楊杰.唐鋼薄板坯連鑄機液壓振動系統的故障診斷.連鑄，2008(4)：19-21.