撼神（Haenchen）液壓缸在鋼鐵工業中的應用

1 前言
要求一個液壓缸在這樣的使用工況下，能幾乎不出現可怕的故障：裝入約1400度鋼液、重至13噸的結晶器，能精確地以高至7Hz頻率66m幅度，按可控的運動規律振動。撼神(Haenchen)液壓滿足了這個要求。在異乎尋常的工作日，SMS Demag公司的度諧振結晶器的極端試驗，就像恐怖電影腳本那樣在眼前進行：這種振蕩式驅動中最重要的器件是液壓缸，它以其精確性和可靠性，決定了產品的質量和裝置的安全可靠。因為只有用液壓傳動才能對結晶的運動過程加予精確的控制。此外，直接的安裝，可實現特別的剛性傳動。據此特性，現今就用液壓系統替代先前的帶偏心輪的電傳動，當時結晶器只可能按預先給定的行程值以正弦曲線形式運動.

2 承受橫向力的難關
受委托德國多特蒙德的Eugen Boss公司，進行了液壓系統的集成。Bosch工業代理商(Bosch公司)開發了全部的驅動裝置：各種控制閥，控制組合塊和工作缸，即整個液壓控制回路所需要的器件，在精確性和質量上達到上述先決條件，并滿足三班倒運行的要求。·個特殊的任務是尋找液壓缸，能同時承受橫向力是對液壓缸技術上的挑戰。此外，還應達到合理的功率價格比。經過長時間的找尋與比較，帶浮動環形間隙密封的撼神(Haenchen)液壓缸，被選定為諧振結晶器的驅動缸。

3 帶浮動環形間隙密封的PZR液壓缸
“原本我們考慮采用以靜壓軸承支撐活塞桿的液壓缸”，Bosch公司液壓部責任工程師UlrichPrzybyla這樣說。采用環形間隙密封的決定性論據，是其能對側向力進行補償。撼神(Haenchen)的產品允許承受側向力。此外，與采用活塞桿用靜壓支承的液壓缸相比，它具有明顯的價廉物美的優勢。

4諧振結晶器
為減小側向力，結晶器與液壓缸用彎曲桿幾乎是剛性連接在一起，在這種情況下，由于液壓缸是安裝在一個固定框架里，所以，諧振結晶器中側向力是不能完全排除的。由于熱膨脹和加工公差，產生了半徑方向的偏差，從而在液壓缸中產生側向力。水冷卻呂是由板簧承載的，結晶器這個彈簧一質量一系統，則通過液壓傳動在其固有頻率區起振，這就使其驅動功率降低。這個支架的特殊優點在于：按這個設計原理，可以省去通常的升降臺，對于具有運動質量的升降臺，將使驅動功率降低到原值的1／3。

通過諧振和降低質量，與傳統的升降臺相比，即使也降低到1／3，還可使所需的驅動功率降低。在電網失電結晶器產生瞬變振蕩時，即在結晶器停車狀態，也可以避免鋼水的擊穿流出。這樣一種擊穿流出在連鑄中屬最壞的情況，因為在這個工序結晶器面上僅僅是一層很蒲的硬皮，而其內部是充滿鋼液，從外表層的裂縫中噴流出鋼液是無法控制的，這可能釀成重大的經濟損失。
不僅是這一典型的事故情況表明由鋼水‘澆鑄’成板坯和棒坯時，精確控制結晶器運動的重要性；為了達到高的表面質量，應該在盡可能長的時間間隔中在結晶器冷壁面與薄的鋼錠表層之間存在明顯的速度差。通過結晶器相對于連鑄坯的運動，保護渣將進入結晶器與凝固的連鑄坯薄外殼之間的間隙中。保護渣溶化，明顯地降低了連鑄坯與結晶器之間的摩擦。在結晶器靜止狀態，剛剛凝固的連鑄外殼和結晶器壁面之間的摩擦力，大到可將薄的連鑄坯外殼撕裂，鋼滾可以從坯心流出。這個過程人們稱之為擊穿流出。由于保護渣多數是含氯的，因而液壓缸周圍的大氣就是含有弱酸的、潮濕的熱空氣。

為了改善連鑄坯的表面質量，結晶器應這樣進行控制，即先是快速向下，然后是慢速向上的運動規律。這樣就是鋸齒形移位的正弦曲線，即非正弦的振動。結晶器相對于連鑄坯向上方向運動的時間，在連鑄專業術語上稱為“負脫錠時間”。在上述和非正弦運動情況下，此時間較長，鋼錠表面質量可以獲得明顯的改善。

像帶偏心的電傳動那樣所能實現的正弦振動，是不能滿足這個要求的。因而以前優化的特征，就是與接近鋸齒形振動相適應。此外，與偏心傳動相比，液壓驅動還有一個重要和優點：驅動時行程的大小可任意改變，以便與驅動條件相適應。

5 功率的確定

驅動的設計依賴于考慮了驅動系統在所給定的外部負載，如結晶器的重量、彈簧力和摩控力條件下的固有動力特性的模擬程序。近似的穩態液壓缸設計，是根據受力平衡得出液壓缸的尺寸。根據運動條件，可確定各種控制閥的型式與規格。經過計算機的模擬，可將所選用的元件在極端的使用條件下進行檢驗，并與所給定的情況相配。
在所選擇的使用情況，即大約2．5t的振動結晶器質量懸掛在彈簧剛度為4．4kN／mm 的板簧組合上，在速度為2．5m／min時，與行程為55m 相關聯，產生例如4Hz的振動。如果降低行程，也可以得到較高的頻率，此時，功率保持不變。

6 液壓控制要求的結構

在這種情況下，Boss構思了液壓控制的優化方案：Bosch公司的伺服比例閥(高頻響比例閥)，中位零開口，6通徑撼神(Haenchen)公司的PzR液壓缸和一個專門開發的控制塊；集成于液壓缸的位移傳感器，以及閉環系統的處理器與控制塊相連。