国产50吨大型铝扁锭液压半连续铸造机设计.pdf

第 3 4卷 第 l 期 2 D ∞午2 月 有色 金属加工 N0NF E RR0US ME 丁 AL S PRoCE S Sl NG VOI ． 3 4 NO． 1 F ebr ur y 2 0 0 5 国产 5 0吨大型铝扁锭液压半连续铸造机设计 牛妍 贞， 华仁德 苏 州新长光热能科技有 限公 司 ． 江苏苏 州 2 1 5 0 0 8 摘 要 本文介绍 洛阳有色金属加 工设计 研究院与苏 州新长光热 能科 技有 限公司开发 、 设计 、 制造 的 5 0 t 铝 扁锭 液压半 连续铸 造机 的设备结 构 、 液 压控 制系统原理及 电气控制 系统 特点 。 关键词 半连续铸 造机 ； 铝扁 锭 ； 液压 系统 ； 结 晶器 ； 翻转架 中国分类号 T G 2 3 3． 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 “ ／ 1 - 6 7 9 5 2 0 0 5 0 1 0 0 4 0 0 2 半连续铸造 机是用于将有色金属 或合金熔体 通 过结晶器 、 引锭器铸 造成一定 尺寸 的扁锭 、 圆锭或 空 心铸锭 的专用生 产设 备 ， 为热轧 或挤压生 产 提供 坯 料 。按其传动方式半 连续铸造机可 分为机械传 动和 液压传动两大类。在轻金属 A l 、 Mg 及其合金 的铸 锭 生产中， 液压传动的半连续铸造机有较大优势。 铝及铝合金铸造用液压半 连续铸造机始于 2 0世 纪 5 0年代 ， 但 因受 当时液压元件 、 自动控制技术水平 及制造能力所限 ， 其优势 稳定性 、 可靠性 、 承载 能力 根本无法显现出来 ， 且弊病较多 如泄漏油严重、 平稳 性差等 ， 故未能得 到广泛应用。近 3 0年来 ， 由于 高 质量液压元件 、 低摩擦 液压缸 的问世 ， 以及 自动化控 制水平的提高 ， 为研制现代化 高质量液压半连续铸造 机提供 了技术保障。现代化 铝锭半连续铸 造机具有 铸造平台运行平稳 、 铸 造速度 范围大且精度 高、 负荷 能力大、 设备结 构简单 、 维护便捷 、 机械磨损小 、 使用 寿命长 等优 点 ， 尤 其适 用 于 大 吨位 、 高 质 量 的铸 锭 生 产 。 由洛阳有色金属加工设 计研究 院与苏州新长 光 热能科技有 限公 司共 同开发 、 设计 、 制造 的 5 0 t 液压 半连续铸造机 ， 于 2 0 0 4年 6月 2 6日在 河南 万基 铝业 有限公 司一次试车成 功并顺利投 入生产运行。这 台 铸造机是我 国自行设计制造 的大型铝扁锭液 压半 连 续铸造机 ， 它的成功投产标志着 国产大型液压半连续 铸造机完全可以替代进 口设备 ， 能够满足我 国铝加工 工业 飞速 发展 的需 要 。 1 主 要技术参数 铸锭断面尺寸 4 0 O～ 7 0 0 r l3 l T l 9 0 0～ 2 3 0 0 m m 铸锭最大长度 5 5 4 0 IT ff n 每次铸造锭数 大锭 2～3个、 小锭 4～5 个 每次最大铸造重量 5 0 t 铸造速度 1 0～2 0 0 m m ] m i n 平台满负荷时上升速度 0～ 6 0 0 m m ／ m i n 平台快速升降速度 0～2 0 0 0 m m ／ m i n 平台慢速升降速度 0～2 0 0 m m ] m i n 铸锭长度精度 - i- l ％ 铸造速度精度 0． 5 ％ 铸锭纵 向弯曲 全长 ≤2 m m 铸 造平 台尺 寸 3 2 0 0 mm4 0 0 0 I T ff n 冷却水供水量 6 3 0 m ／ h 2 主 要设备 2 ． 1 主 油 缸 主油缸是液压半连续铸造机 的最重要部件之一 ， 采用国产双作 用重型油 缸 ， 活塞直径为 3 2 0 IT ff n ， 活塞 杆直径为 2 2 0 IT ff n ， 行程为 6 0 0 0 IT ff n 。该油缸采用进 口 低摩擦系数 的密封件 ， 密 封可靠 ， 活塞轩 表面 具有 防 锈蚀性能。整个油缸支撑在井底底座上 ， 并安装在密 封性 良好 的钢 管护筒 中， 可 隔离地下水 及潮气 ； 油 缸 的顶部与铸造平 台的联接采用球面垫结构 ， 铸 造平台 及铸锭重量 由油 缸支 承， 而偏 心力 矩 由 4根 长导 轨 承受 。 2 ． 2 铸造平台及导轨 铸造平 台 3 2 0 0 m i l l 4 0 0 0 m m 是用钢板焊接而 成的刚性框架 ， 4个侧面安 装有 8个上 下左右都 能 自 位的导 向尼龙滑板 ， 它与 4根衬有不锈钢板 的导轨相 接触 ， 起导 向作用并承受平台传递 的偏心力矩 ， 其 中 1 根导轨的两个侧面卡在 防转 动装置 中 ， 可 防止平 台转 动 。 平 台与导轨之间的间隙 ， 是通过安装在 导向装置 上的偏心轴进行调整的 ， 单边 调整量为 0～6 IT ff n 。实 维普资讯 第 l 期 有色金属加 工 4 l 践证明， 这种结构 大大优 越于老式 的斜 铁调整 机构 ， 大大节省 了安装 调整工作 量。尼龙 滑板 与导轨上 的 不锈钢板之间 的润滑 以水 为润滑剂 ， 摩 擦 系数 很小。 加上油缸采用的是摩擦 系数极低 的密封件 ， 实现了铸 造时靠 自重下降 的铸 造方 法 ， 既节 省 了油泵 站动力 。 又减少了维修工作量。 2 ． 3 翻 转 架 翻转架是采用钢板焊接而成 的中空框架 ， 它是冷 却水箱和结晶器的安装支架 ， 同时也是冷却水供应 系 统的一个重要 环节。冷却水从其 两端 的不锈钢空 心 转轴中进入框架两侧 ， 并充满安装在翻转架上的水箱 中， 再 由水箱进 入结晶器 ， 从 而使结 晶器中的铝液得 到冷却， 通常称为 1 次冷却 ； 同时， 由结 晶器斜孑 L 中喷 射冷却水 至刚 冷凝 的铝锭 表面 上， 通 常 称 为 2次冷 却。翻转架由 2个液压缸驱动 ， 使其可以处 于水平位 置或垂直位置。 2 ． 4结 晶器 结晶器为宽度可调式结构 ， 它有 2个固定 的大面 和 2个可左右移动 分级调整 的小面组成。这样 ， 同 一 结 晶器 可生产宽度不 同的铸锭 ， 减少 了结晶器的规 格、 数量及生产成本。结 晶器 利用挤压铝合金型材加 工而成 ， 也可用铝板材或铸铝制造。 2 ． 5 冷却 水 箱 冷却水箱采用钢板焊接而成 。为防止锈蚀 ， 箱 内 壁衬有厚度为 2 m m的不锈钢板 。水箱安装在 翻转架 的 l 2个水箱支座上， 用 8个压板螺栓 固定。冷却水通 过 l 2个支座进入水箱。支座与水箱之间用 O型密封 圈 密封 。 2 ． 6 引锭 装 置 引锭装置 由托盘及 引锭 头组成。托盘放在铸 造 平台上 ， 引锭头安放 在托盘 内。引锭头 为可调式 ， 可 根据结晶器宽度进行调整。由老式的支架改为托盘 ， 不仅安装 调整方便 ， 而且流铝 时铝液流在 托盘 内， 清 洗十分方便。 2 ． 7 液 压 系统 为了满足工艺及操作要求 ， 液压 系统设有主油缸 快速升降 0～2 0 0 0 m m ／ m i n 回路 、 满载 时中速上升 0 ～ 6 0 0 m m ／ m i n 回路 、 慢速升降 0～2 0 0 m r n ／ m i n 回路 、 铸造速度控制 1 0～2 0 0 m r n ／ m i n 回路等。在铸造速度 控制液压 回路 中， 设有 比例阀和高精度 的油流量计构 成闭环控制 ， 铸造 速度 的控制误差 ≤ 0． 5 ％。在操 作台的触 摸屏 上 ， 可设定及显示铸 造速度 、 铸锭长度 及铸锭到达的位置 ， 并可发 出各种报警信号 。 在翻转架液 压 回路 中， 设 有分 流平衡 阀 ， 可使 2 个油缸保持 同步 ， 并设有单 向调速阀 、 液控单 向阀、 防 爆 阀等 ， 以确保 翻转架正常 、 安全工作 。 2 ． 8 供排水 系统 冷却水供水管路上装有进水 电动蝶 阀、 电磁流量 计 、 压力传感器 、 温度传感器等 ， 在操作 台上可 以显示 水的压力 、 温度 、 流量 ， 并可随时调节。旁路管路上设 有泄水电动蝶 阀， 以便铸造结束 时排放翻转架 中的余 水 。 在排水泵房 内设有 3台 I s清水泵 ， 其 中 1台为调 频变量泵。在一般情况下 ， 3台泵均不开动 ， 铸井 内蓄 有大 量 的废 水 ； 在 井 口下 一1 3 0 0 m m 处 设 有 溢 流 管 C 5 6 0 m m 。但当生产某些特殊合金 、 必须 抽 出铸井 中过多的水 时 ， 凋频变 量泵启 动， 并通 过高精 度 的静 压式水位仪控制使 水位 始终处 在第 l与第 2水位 之 间 ， 从而确保 铸锭不会浸泡于水 中。 2 ． 9电控 系统 电控系统可实现 翻转架、 主油缸 、 供排水系统 、 液 压系统 的 自动控制。该系统 以 S I E ME N S S 73 0 0可编 程控制器为核心 ， 包 括中央处理单元 、 数字量输入， 输 出模块 、 模拟量输入／ 输 出模块 、 记数模块及电源模块 ， 采用 S T E P - ／ 软件编程， 人机界面采用触摸屏 。 主要控制功能 动态显示铸造机各种主要工作机构的工况 ； 显示各 主要工艺参数的当前值 ； 显示各 主要工艺参数的设定值 ； 显示故障发生位置 ； 设定或实时修 改工艺参数 ； 各种手动／ 自动操作 ； 铸造速度 、 铸造长度的控制 ； 翻转 架 的控 制 、 进排 水 控制 、 油泵 站控 制 ； 设备故障报警 、 工艺参数 铸造温度 、 水压 、 水温 、 水量等 超限报警。 3 操作 3 ． 1 手 动 操 作 所有 电机 油泵电机 、 水泵电机 、 各种 电磁 阀、 进 水及回水 电动蝶 阀等均可单独手动 按钮 开／ 停或反 转。主油缸可以单独空载快 速升降、 慢速升降及 有负 荷快 速上升。结晶器 翻转架可 以处于水平位置 、 垂直 位置或任意位置并锁紧。 3 ． 2 自动 操 作 启动油泵及相关 电磁 阀， 主油缸驱动铸造平 台以 下转第 4 6页 维普资讯 4 6 有色 金属加工 第 3 4卷 器， 并参与机组速度、 张力 自动控制 ， 所以可任取两个旋 转编码器的信号来计算带材延伸率。带材从开卷机直 到离开入 口张力辊组的最后一个张力辊都受拉伸， 所以 应从开卷机的旋转编码器取带材延伸率零点信号。由 于带材在弯曲矫直辊组中弯曲延伸 ， 出口张力辊组的 l 号辊还要继续拉伸带材 ， 使其延伸率达到应有的数值 ， 所以应从出口张力辊组 的 l 号辊的旋转编码器取带材 延伸高点信号。用高点与零点脉 冲数和它们 的速比即 可算出带材拉弯矫直后的延伸率数值。 从前面介绍的带材延伸率计算可知 ， 带材延伸率 主要产生在弯 曲矫直变形 中， 而开卷与入 口张力辊组 对带材 的拉伸变形量是很小 的， 所以也可 以入 口张力 辊组的最后 一个张力 辊的旋 转 编码 器取带材 延伸率 零 点信 号 。 De s i g n i n g a n d Ca l c u l a t i o n o f T e n si o n L e v e l i n g Li n e L I U Qi s e n L u o y a n g E n g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r N o n f e r r o u s M e t a l s P r o c e s s i n g ， L u o y a n g ， H e n a n ， 4 7 1 0 3 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e pa p e r e x p o u n d s in d e t a i l t h e c a lc u l a t io n me t h o d o f ma i n p a r a me t e r s o f t h e t e n s i o n l e v e l i n g l i n e Ke y wo r d st e n s i o n l e v e l in g l in e；p a r a me t e r ；ca lc u l a t io n me t h od ；t e n s i o n；b e n d i n g r o l l ；t e n s i o n r o l l 上接 第 4 l页 2 0 0 0 ra m ／ ra i n的速度快 速上升 ； 当引锭头顶部到达距 结晶器底部 1 5 0 11 1 3 1 1 处时 ， 铸造平台 自动停止 ， 并发 出 声光报警 ； 3 S 后， 铸造平 台以 2 0 0 m m ／ m l n的速度慢速 上升， 当引锭 头顶部进 入结 晶器 5 0 m m处时 自动停 止 ； 当操作工人塞好 石棉绳准备铸 造时 ， 打 开冷却 水 进水电动蝶阀 ， 并调整好冷却水 的压力、 流量 ； 然后使 铝液进入结晶器 ， 关闭油泵 ， 接通相关 电磁 阀， 铸造平 台以预定的铸造速度平稳下 降 靠 自重 ， 操作 台上 自 动显示铸造速度 、 铸锭 长度及各种 工艺参数 ； 当即将 达到预定铸锭长度之前 ， 自动发 出报 警信号 ， 操作 工 人可以根据流槽内的铝液量提前堵塞流 口； 待达到预 定铸锭长度时 ， 铸造平台 自动停止 ， 并发 出声光报警 ； 5 m i n 后 ， 平 台自动启 动， 下降 2 0 0 n u n ， 使铸 锭完全脱 出结晶器 ， 并发 出声 光报警 ， 同时 自动关 闭进水 电动 蝶阀并打开 回水电动蝶阀 ， 排 出结晶器框架 中的多余 水 ， 然后按动按钮使结晶器翻转架处于垂直位置并锁 紧； 延时 5 S 后 ， 铸造平 台以 6 0 0 m m ] m i n的速度 自动上 升至吊锭位置停止 ， 发 出声 光报警 ， 等待 吊锭 。 当车间突然停 电时 ， 操 作工人可 以打开备用水 ， 并在操作 台附近打开手动液压球 阀 预先调整好控制 铸造速度的流量控制阀 ， 使铸造继续进行。 4 结束语 我们研制的第 l台 5 0 t 液压半连续铸造机于 2 0 0 4 年 6月 2 6日在河南万基铝业有限公司一次试车成功， 并顺利投入生产运行。第 2台 5 0 t 液压半连续铸造机 也于同年 l 1 月 2 6日一次试车成功、 投入生产。这标志 着大型铝扁锭液压半 连续铸造机 的国产化跨过了一个 新的里程碑 ， 完全依赖进 口的时代 已经过去。 De s i gn i n g o f 5 0 t H y d r a u l i c DC Ca s t e r f o r Ca s t i n g L a r g e Al u mi n u m I n g o t NI U Ya h z h e n，HUA Re n d e S u z h o u N e w C h a n g g u a n g T h e r ma l T e c h n o l o g y C o ． ．L i d ． ， S u z h o u ， J i a n g s u ， 2 1 5 0 0 8 ，C h i n a Ab S t ra c t T h e p a p e r i n t r od u c e s t h e e q u i p me n t s， h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m ， e l e c t r ic c o n t r o l s y s t e m a n d o p e r a t i n g mod e o f t h e 5 0 t h y d r a u l ic DC ca s t e r f o r ca s t i n g l a r g e a lu mi n u m i n g o t ，wh i c h i s d e v e l o p e d a n d p r o v i d ed b y L u o y a n g E n g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r No n f e r r o u s Me t a l s P r o c e s s i n g a n d S u z h o u N e w Ch a n g g u a n g T h e r ma l Tec h n o lo g y Co． ，L t d． K e y wo r d s DC ca s t e r ；a l u mi n u m in g o t ；h y d r a u li c co n t rol s y s t e m ；c r y s t a l li z e r ；t i in g m ec h a n is m 维普资讯