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運動控制

直驅技術助力連續鑄造實現新突破

  2020年08月06日  

  鋼坯、方坯、板坯:在連續鑄造過程中主要通過鑄造模具給鋼水定型。鑄造模具類似于一種水冷銅模,通過針對性的散熱使鋼水表面先形成一層如同生雞蛋一樣易碎的外表皮。為了使新成型的鑄坯殼在此過程中不會粘附到模壁上,鑄造模具需要沿著鑄造平面振動。這一功能主要由振動機構來實現。

  為確保這些振動機構的正常工作,SMS Concast攜手科爾摩根經過層層攻關,最終設計了一種基于直驅技術的電動解決方案,即CONDRIVE技術。該技術以繞組優化的KBM直驅電機為核心,一舉顛覆了連續鑄造過程中的成型工藝。

  自SMS Concast成立以來,這家總部位于蘇黎世的公司一直與連續鑄造有著不解之緣。1954年,鋼鐵行業的先驅與連鑄之父Irving Rossi創立了Concast公司。其目前所屬的母公司SMS Group實現了約30億歐元的全球年營業額。

絕無粘連

  借助CONDRIVE技術,SMS Concast為市場注入了新的活力,消除了鑄造模具振動低效、難調節的痼疾??茽柲Ω鵎BM電機套件的直驅技術則是該方案的核心。在早期的聯合工程階段,雙方在技術上進行廣泛的論證,最終采取了一種機電驅動方案。這種驅動方案可創建高度靈活的振動曲線,來單獨在線調節頻率,同時通過機械系統改變振幅。

  通過對連續鑄造過程的進一步了解,這項專利工藝的重要性日益突出。該工藝分批將鋼水送入鋼坯連鑄系統的回轉臺中,并在隔絕空氣的情況下從回轉臺注入澆注臺。澆注臺再將鋼水分配到各個鑄坯流道中,并在更換回轉臺時充當臨時緩沖區。鋼水通過澆注臺分配到一到八個鑄坯流道中,并通過控制裝置流入鑄造模具。該區域對于連續鑄造的品質,尤其是運行安全性至關重要。

振幅可調

  在連續鑄造過程中,鑄模振動的理想頻率及振幅取決于鋼的質量、成分組成、生產速度甚至鑄模成型的樣式,負滑脫時間通常限定在0.08到0.18秒之間的時間窗口之內。如果我們無法把握這一時間窗口,我們就無法繼續鑄造。這會導致整個機械結構無法發揮作用,因為銅和鋼之間尚存在著巨大的摩擦特性。

  因而SMS選擇科爾摩根直驅技術,將機械過程轉換成軟件化的運動控制過程,可以有效地實施新的運動曲線,靈活、獨立調節運動來適應不同的鑄造條件。此外,還具有振動頻率、振幅和波形任意可調的獨特優勢。顯著降低維護成本,使得CONDRIVE技術加分不少。

KBM電機直驅技術:尺寸更緊湊

  為了滿足該應用對KBM套件的特殊需求,科爾摩根專門調整了電機扭矩。在118mm的安裝尺寸之內,驅動器可提供660 Nm的扭矩和1000 Nm的峰值扭矩,可使3.5噸至7噸的振動塊精確振動。在控制方面,SMS Concast依然選擇了科爾摩根,即特別設計的S700伺服驅動器。

  直驅電機產生振動的獨特之處在于,振動并不是由旋轉偏心軸的旋轉連續運動產生的,而是由電機的周期性換向運動產生的。因而會產生如何有效轉移熱量損失及潤滑相關的問題。

  最終,科爾摩根為KBM直驅電機配備水冷系統,以此來有效釋放熱損失。為了長期有效潤滑無齒輪直驅電機的少數幾個軸承,定子和轉子被完全密封在油浴之中,最終也起到安全保護封裝單元免受金屬粉塵侵害的作用。

現代化改造的潛力

  根據對瑞士Steel AG一臺連鑄機的觀察,“此項工作非常有價值,”SMS公司的技術研發人員Dino Kabosch為全新的振動過程感到無比欣慰,“長達兩年的研發最終大功告成——CONDRIVE運轉良好,近乎完美。我們試圖雞蛋里挑骨頭,但是一無所獲。這感覺太棒了!”

  目前,CONDRIVE正在發展為深受市場歡迎的產品系列,由于其簡單的集成和高可用性,非常適合于現有連鑄機的現代化改造。

  來自西班牙、印度和中國的訂單,印證了以科爾摩根直驅技術為核心的執行器解決方案的市場熱度。

  借助CONDRIVE技術,SMS Concast研發了一套通過封裝科爾摩根KBM直驅電機而幾乎消除維護需求的系統。該創新成果為鑄模振動提供了一種精確的控制手段。與其他振動驅動系統(包括液壓增壓缸)相比,CONDRIVE技術將極簡設計理念與振動曲線的在線設置和監控完美結合在一起。

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