半连续铸造机液压控制技术

山流光

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

半连续铸造机液压控制技术

山流光

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

简单分析了半连续铸造机液压系统，特别对当前先进内导式液压铸造机的铸造速度液压控制技术进行了比较，并介绍了关于故障预防的油液清洁度保持方法。

半连续铸造；铸造机；液压；铝合金

0 前言

随着轻量化浪潮兴起，铝合金因其优势广泛应用于航空航天、交通和各民用工程中。半连续立式铸造是铸造铝合金大规格扁锭和大直径圆锭（棒）的主要铸造方式，液压铸造机是可靠性较好的一类铸造机，由主油缸支座、主油缸、铸造平台、倾翻式铸造盖板或者移动式铸造盖板（含移动小车）、冷却水系统、液压系统和电控系统等组成。近几年来，铝加工生产规模不断扩大，对铝合金铸锭的需求日益增多，国内新建了一大批先进液压铸造机，其液压系统因铸造机厂商设计理念不同而各有千秋。随着国家对特种合金产品以及能满足高铸造工艺要求的铸造机的需求的增长，如何逐步消化吸收进口铸造机液压系统，逐步完善铝加工的装备，摆脱进口依赖，显得极为重要且意义远大。为此，本文对当前先进铸造机液压系统铸造速度液压控制回路进行了较为全面的对比，并分析了其主要故障点。

1 半连续液压铸造机现状

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。现代化铝合金铸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、维护方便、机械磨损小、使用寿命长等优点，特别适用于大吨位、高质量的铸锭生产。液压传动铸造机按照引锭头由液压缸内部导向和外部导向分为外导式和内导式。液压内导式半连续铸造机的升降执行元件带扭矩限制器的内导柱塞缸，其升降过程中的防旋转导向及缸杆运行中的垂直度均由油缸内部结构实现，导向精度高，铸锭在全长范围内的弯曲可以控制在4mm以内。国内外制造商的先进铸造机新产品不断涌现，据了解，国内的铸造机制造商主要是仿制国外的液压系统，也有极少数自己消化吸收改进的。

2 半连续铸造对液压系统的要求

液压系统是铸造机系统中的一个子系统，它与电控系统、冷却水系统等相互匹配和联动进行铸造。铸造机液压系统一般由动力单元、内导液压缸升降速度控制回路、手动紧急下降控制回路、流槽及铸造平台举升系统控制回路以及辅助（如自过滤）回路等组成。依据铸造机工作要求，液压系统动作可分为三部分：

（1）非铸造时液压控制动作。主要分为铸造平台快速上升、慢速上升、快速下降等动作。

（2）流槽和倾翻盖板升降动作。铸造结束或中止，准备铸造或者调整时的铸造流槽升降动作。与铸造配套的倾翻盖板的升降动作。

（3）铸造时铸造平台下降的铸造速度液压控制动作。铸造平台下降是铸造速度控制的重点，铸造过程中铸造平台下降是依靠平台和铸锭自重来实现的。铸造可以大致划分三个阶段：第一是金属液位填充的起始阶段；第二是铸造开始调整阶段；第三是铸造稳定阶段。铸造的三个阶段的速度不相同，是根据合金铸锭的裂纹倾向来控制，如冷裂纹倾向性较大的合金及铸锭规格，应提高铸造速度；而热裂纹倾向较大的合金及铸锭规格，则应降低铸造速度。液压系统要保证的铸造速度可以达到最大，并保证其速度的调整具有范围宽、反应快速及速度稳定等特性，是铸造机液压系统最为核心的部分。

同时，铸造过程特别危险，安全很重要，故液压系统中应该设计有在铸造过程中如出现设备整机或局部故障时的紧急铸造回路。由于内导液压缸的工作特性，当铸造回路液压元件出现故障，油缸会继续按设定的速度受控下降，紧急铸造回路是用于在极端情况下，铸造回路控制阀件出现故障时使用，从而保证铸造时铸造平台下降不至于停止。

3 三种铸造速度液压控制回路比较分析

铸造机铸造速度控制是整个铸造机的关健点，依据设计分闭环控制和开环控制。铸造速度为开环电液控制系统时，控制的输出结果无法进行检测和反馈，铸造速度设置采用电位器调节，调速波动大。整个系统跟随性和稳定性比较差，一旦发生油路泄漏故障不易发现。铸造速度为闭环电液控制系统时，PLC作为控制核心，由控制液压系统驱动铸造机按规定的铸造工艺流程运行，各动作之间有可靠的联锁保护和严格的顺序控制。在铸造过程中，实现联锁保护功能。以下介绍三种闭环的铸造速度液压控制回路。

3.1 基于电液比例的铸造速度液压控制回路

如图1所示，该控制回路的液压泵采用变量柱塞泵，可以根据外负载的变化自动调整泵自身的输出流量，用于适应内导液压缸、分配流槽举升油缸以及铸造平台举升油缸在切换工作中产生的流量变化大的特点。铸造平台空载快速上升动力由低压大流量定量泵满足工作。其余工作的油泵配置采用一用一备形式，双泵可同时工作。进入正常铸造程序时，油泵不动作，速度控制回路前端配置有德国力士乐的比例阀，该类阀件具有温度补偿和压力补偿功能，配套比例放大板，将系统发出的信号通过放大处理后，实现对比例电磁铁的调节，完成流量增大、减小及稳定的控制。比例阀换向至铸造位，缸内油通过比例阀回油箱，平台慢速下降。而下降速度由铸造液面检测情况反馈给比例阀的开度决定，设置有简易流量计。但是比例阀在铸造时候，因为阀芯动作频繁，导致故障率较高，比例阀容易发生零位漂移，位移传感器需要定时校准，而且国外力士乐等厂家校准周期很长。

图1 基于电液比例的铸造速度液压控制回路

3.2 基于步进电机控制流量阀开度的铸造速度液压控制回路

如图2所示，该控制回路的系统动力为两个定量泵，双联动，即一个电机同时带动两个泵。铸造时，泵停止，铸造平台下降，铸造速度由PLC程序控制回路中步进电机打开阀门的开度大小来控制，设置有简易流量计。该回路可靠性高，故障率较低。

图2 基于步进电机控制流量阀开度的铸造速度液压控制回路

3.2 基于速度控制集成阀的铸造速度液压控制回路

如图3所示，该回路为闭环流量调节，其液压泵采用变量柱塞泵，采用的反馈器为德国VSE容积式齿轮流量计，速度集成阀及其控制系统将阀门、伺服电机、控制器合为一体，实现了阀门的动作速度和位置控制，解决阀门的精确定位、阀门柔性开关、极限位置判断、电机保护及模拟信号隔离等问题。速度控制集成阀以及德国流体容积式齿轮流量计组成的速度控制回路，制造精度高，而且不受压力变化的影响，其探测精度为2‰，可以保证铸造过程中速度的控制精度在1%以内，充分保证了铸造工艺的稳定性，使速度调整及时、稳定。

图3 基于速度控制集成阀的铸造速度液压控制回路

4 铸造机液压系统清洁度保持 —过滤系统

随着新型超高强高韧铝合金不断研发，对铸造机三大工艺参数精度控制和匹配技术频繁变化可靠性要求不断增加，再加上铝加工市场竞争日趋激烈，熔铸环节的降本增效，设备管理日益走向精细化。铸造机液压系统是铝加工熔铸环节的核心关键部分，做好其使用维护管理至关重要。而要减少故障，保持液压系统清洁尤为重要。

据资料统计，液压传动系统有60%～70%左右的事故是因液压油被污染所引起的。铸造机液压系统中比例阀、速度控制阀等液压件的精度高，安装配合的间隙越来越小，这对液压油的清洁度提出更高的要求。液压油在铸造机液压系统中不仅传递动力或进行控制，而且起着对铸造机液压系统各部分进行润滑及冷却的作用。因此，液压油将直接或间接关系到系统的可靠性、元件寿命等。正常情况下液压油中含有空气的比例为6%～8%，故需要定期排除铸造机液压系统中的空气。过滤系统可以是一个独立的工作系统，它的主要作用为：对铸造机使用前的工作油路进行循环过滤；对铸造机使用后的新添加液压油、拆装阀件后的油污染进行过滤；同时在主油路工作状态下也可以实施在线循环过滤，在过滤过程中有效阻隔了微颗粒气体的聚合或油体流动过程中的微颗粒杂质，使油品达到最佳净化标准。如图3中的铸造机液压系统采用的就是独立自循环净化过滤系统。

随着未来石油紧张，为了减少油耗，有大学和研究机构正在研究水传动，但是由于纯水存在粘度低、润滑性能差和易造成元件腐蚀等缺点，很多专家正在开发水液压阀芯的陶瓷化等新技术，未来将会应用到工程中去。

（编辑：余东梅）

中国铝合金板材预拉伸机知多少

截止2013年，中国拥有拉伸机的铝合金厚板生产企业8家，共有拉伸机12台，最大的为120MN。目前在建与拟建的预拉伸机如果在2018年全部建成的话，中国将拥有预拉伸机50台，占世界总数的62.5%，所生产的预拉伸板足可以满足全世界那时的需求还绰绰有余。2014年，中国在建的有预拉伸机的厚板项目有5个，共有拉伸机12台。截至2014年6月，中国拟建的有预拉伸机的板带项目至少在10个以上，估计拉伸机总数超过35台。

高品质再生铸造铝合金生产技术通过鉴定

由南通曼特威金属材料有限公司和南通大学共同研发的“高品质再生铸造铝合金生产技术”科技成果通过了专家鉴定。该成果核心技术具有自主知识产权，工艺技术和装备达到国际先进水平。

该项目在国内率先突破了废铝制备高品质再生铸造铝合金的关键技术，自主研发了废铝浮选预处理技术和装备，实现了清洗、浮选、烘干一体化操作，有效去除了废铝中的夹杂物，降低了含水率；独创低温快速熔炼技术，攻克了低温条件下熔炼时间长的难题，有效降低了铝合金中铁、气体和夹杂的含量；采用自主研发的多功能复合型熔剂，进一步降低了铁含量，提高了再生铝合金变质效果；研发的浸泡式快速冷却技术，缩短了冷却时间，有效减少了β相的析出，提高了再生铝合金的质量。鉴定委员会建议加快推广应用该技术，为我国再生铝产业技术进步和产业升级做出新的贡献。

西南铝获国军标质量管理体系认证

近日，中铝西南铝业（集团）有限责任公司通过了由北京天一正认证中心进行的国军标GJB9001B质量管理体系认证审核，正式获得国军标质量管理体系认证证书。国军标质量管理体系认证证书是企业进入军品市场的通行证，也是对企业资质的最好评价。

Hydraulic Control Technology of Semi-continuous Casting Machine

SHAN Liu-guang
(Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Chongqing 401326, China)

Hydraulic system of semi-continuous casting machine is analyzed simply in this paper. Hydraulic control technology for casting speed of advanced inner-guide hydraulic casting machine are compared. How to keep the oil cleanliness on malfunction prevention is introduced as well.

semi-continuous casting; casting machine; hydraulic; aluminum alloy

TG233+.6，TH137.52

A

1005-4898(2014)04-0045-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.11

山流光（1985-），男，云南楚雄人，大学本科，工学学士。

2014-06-10