熱鋼端面在線自動打碼系統開發難點與建議①

閆樹軍 何邦貴 孟 煒 雷福祥 周會杰

(1:塔里木大學機械電氣化工程學院 新疆阿拉爾843300；2:昆明理工大學機電工程學院 云南昆明650093)

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熱鋼端面在線自動打碼系統開發難點與建議①

閆樹軍②何邦貴2孟 煒1雷福祥1周會杰1

(1:塔里木大學機械電氣化工程學院 新疆阿拉爾843300；2:昆明理工大學機電工程學院 云南昆明650093)

企業要想在激烈的競爭中脫穎而出，技術設備的創新是唯一的出路。通過對鋼鐵市場需求以及中小鋼企現狀分析，結合現有熱鋼打碼技術的優勢及不足，目前中小鋼企在熱鋼端面在線自動打碼系統開發上的關鍵難點，提出了開發新系統的一些步驟，給中小鋼鐵企業創新開發新系統提供參考。

熱鋼坯端面 自動打碼 建議

1 熱鋼端面打碼介紹

目前鋼鐵企業主要是應用連鑄生產技術進行型鋼的生產，工藝如圖1所示。鋼液從煉鋼爐流出來，開始進行爐外精煉，然后從盛鋼桶流入中間包，經過軋鋼機得到熱鋼坯，送軋后得到不同形狀的鋼坯，經熱鋼打碼機標識后進行冷卻處理，最后庫存。整個流程中，鋼坯有可能出現純凈度不高(雜物含量過高、形態分布不均等)、表面缺陷(裂紋、夾渣、皮下氣泡等)、內部缺陷(裂紋、偏折等)、形狀缺陷(方坯脫方、板坯鼓肚等)等質量問題[1]，為了能快速清楚地對鋼坯問題進行排查，就必須將生產型鋼所有的信息(諸如鋼廠、鋼號、熔煉爐號以及生產日期等)標識在鋼身上，這樣做主要是為了保證型鋼質量，在出現問題后能通過這些信息對問題進行及時徹查，避免不合格的產品流入市場，給企業造成影響。

標識的位置可在鋼坯端面，也可在鋼身，考慮到倉儲和物流的方便，產品標識的位置選擇在端面具有足夠的優勢：倉儲和物流中由于鋼坯是堆放在一起的，鋼身上的標識不易檢測，標識在端面，可以非常容易檢測到。但端面標識對于打碼裝置的要求會更高，若是在鋼身標識，在生產線上可以通過滾壓式非常方便的打上印跡；而端面標識，存在三個問題，一是端面面積較小，打碼頭對正要求較高；二是軋制后的鋼坯運動軌跡雜亂，不易于操控；三是多流鋼坯同時運動，時間不一，端面不對齊，給打碼統一帶來困難。

圖1 型鋼生產工藝流程圖

2 人工打碼方式存在的問題

目前國外的鋼鐵企業一般都是采用自動打碼的方式，但由于國外現有熱鋼端面打碼機價格昂貴，維護費用高，不利于在國內普及，同時現有的打碼裝置只是針對單流鋼坯進行標識，無法滿足企業多元的要求。國內鋼企以及科研院所對于熱鋼端面在線打碼系統的開發也有一定的研究，然而還是存在打碼穩定性差，打碼質量不過關，主要對象也是單流鋼坯，不利于推廣使用的特點。所以國內鋼鐵企業，特別是中小企業大多采用的還是人工打碼的方式，這種打碼方式造成工作效率低，工人勞動強度大等缺點，更為嚴重的是錯碼事故較多，造成混鋼。

鋼鐵企業型鋼生產線上目前熱鋼在線打碼主要是靠人工來完成，當紅熱鋼坯連鑄之后經軋制由運輸輥道運送到打碼位置時，在操作間的工人通過輥道控制裝置使其停止運動，打碼工人(至少兩人)拿工具過來完成打碼，其中一人拿碼頭對準熱鋼坯打碼位置，另一人用大錘在其上敲擊，完成打碼工作；操作間開動輥道，打完碼的鋼坯經輥道運動到指定位置進行冷卻。

這種采用人工打碼方式存在的主要問題有：

1)工人勞動強度大；

2)由于現場作業環境比較惡劣，很容易引發安全事故，如生產大端面方圓鋼時，高溫輻射比較大，夏天工人易出現中暑現象；舞動大錘打印過程中，容易出現大錘(或錘頭)飛出傷人；

3)打碼質量不好，錯打、漏打、打碼不清等情況較多；錯打：主要是印盒裝錯或者是在需要更換印盒的時候沒有及時更換造成；漏打：主要是生產節奏較快(尤其是成排鋸切的時候)時出現漏打現象；打不清：主要是人工打碼過程中，由于錘頭打在印盒上的落點不準確，導致印盒受力不均出現的；據統計，中型鋼鐵企業每年由于打印錯誤產生的廢品給企業造成很大的損失；

4)打碼速度慢，直接影響軋機效率，經濟效益不高；對于中型鋼鐵企業，若使用自動打碼裝置，每年以降低打印影響軋制的節奏，提高軋機作業有效時間，計算直接經濟效益將超過300萬元；

5)打碼的打印大錘、字頭、印盒等備件消耗過高。

如能實現熱鋼端面在線自動打碼，對改善以上問題將會有極大地促進作用，一是達到方圓鋼在線自動打??；二是使方圓鋼打印字符清楚、明了，減少了由廢品造成的損失，提高了方圓鋼質量，且為物流暢通創造良好的條件；三是方圓鋼在線自動打碼機運行安全、穩定、可靠，工人勞動強度將明顯減小。

3 熱鋼端面在線自動打碼系統開發難點分析

熱鋼端面在線打碼指的是紅熱鋼坯在連鑄之后經軋機軋制在運輸輥道上進行端面標記，該標識碼是型鋼在倉儲、流通、使用時的身份碼，是追溯產品質量的主要依據[2]。

熱軋型鋼端面打碼受制于鋼企生產現場的復雜情況，經過調查研究發現存在較大的技術難點，主要體現在：①熱軋型鋼采用在線連續生產方式，經過多臺鋸切機鋸切后成為初級產品，型鋼在傳輸輥道上做縱向運行，其運動軌跡具有隨機性；②型鋼的規格型號多變，諸如150～260mm2、120～400mm、60×75mm2四連體方鋼、75×75mm2三連體方鋼等；③熱鋼打碼需要在高溫條件下進行，以降低打碼的阻力，一般在600～800℃之間，并且需要在較快的時間內(10s內)完成一次打碼動作。

1)按照鋼材業內標準以及企業方便查找及流通的需求[4]，鋼坯上必須打印的主要參數有：

(1)采用特制的鋼碼號在鋼料的端面打上具有”凹”形的字體，在鋼坯端面留下永久性的痕跡；

(2)打印字符數量：1～20個(阿拉伯數字加大小寫英文字符)，打印行數：1～2行，排間距及每排打印字符數量根據用戶要求設定；

(3)打印深度：1～3mm；

(4)可在20～1000℃溫度變化范圍內工作，一般打印溫度控制在600～800℃；

(5)打印速度：8～15s(盡量控制在10s以內)。

2)某鋼鐵企業軌梁廠型鋼生產線上熱鋼坯在經過軋制后要快速運動到打碼位置，而且經過軋制的熱鋼坯在輥道上的位置并不統一，這個不統一包括熱鋼坯自身相對于輥道的位置和熱鋼坯端面之間的相對位置，這就給打碼動作帶來一定的難度。所以在熱鋼坯到達打碼位置之前，必須有一定的信息反饋，這就要求有適合的配套檢測系統，最終的打碼動作要由氣缸沖擊來完成，以保證打碼速度，兩者之間的聯系必須由計算機技術實現，最終的熱鋼打碼裝置必將是一個典型的機電一體化產品，應該包含有機械系統、傳感檢測系統、計算機控制系統、氣動執行機構和能源系統。

3)整個系統需要達到的技術性能指標有：

(1)方圓鋼端面實現在線自動打碼(采用人機結合打碼方式，以自動打碼為主，人工打碼為輔)；

(2)打碼字符清楚、明了，且鋼坯暴露在廠房外，標記也不會因為生銹而丟失或不容易識別，清晰度達到100%，為物流暢通創造好的條件；

(3)打碼系統應具有鋼坯生產情況追蹤和智能存儲功能，以便對產品進行跟蹤管理，出現質量問題時，能按照鋼坯上的編號迅速查找出生產該鋼坯的爐次或環節，及時更正以減少損失，在出現故障時進行報警或提示，達到安全生產。

4 結論與建議

人工打碼存在工作效率低，工人勞動強度大等問題，改革勢在必行，但在研究開發新的打碼系統時一定要結合目標鋼鐵企業熱鋼打碼生產線現有外部條件對在線自動打碼系統的開發與研究的約束問題進行分析，根據國內鋼坯生產企業的需求和生產現狀，并吸取國外廠家的開發經驗，著手開發研制一套成本較低，工作效率、定位精度和穩定性較高的熱鋼坯打碼機。

自動打碼裝置能完成打碼工作最終將受到企業生產現場環境影響，因此需要考慮約束條件并給出相應的解決措施。目前看來，最主要的外部約束條件就是自動打碼裝置的安裝與現有方圓鋼運輸輥道之間的結合問題，某鋼企煉鋼爐中鋼液經連鑄軋制后由運輸輥道往目的地輸送，并進行切割，每一根傳動輥的運動都由電機帶動。所以設計時應考慮避免打碼裝置與輥道之間的碰撞，在對輥道做最少的處理前提下來完成兩者之間的結合。

5 結束語

總之，開發一套經濟、實用的熱鋼端面打碼系統，一定離不開最新設計理論的支持；要對國內外現有熱鋼打碼技術進行詳細分析，取其精華；并結合國內中小鋼企現有設備及現場條件，利用已有資源進行合理創新與開發?；镜牟襟E可以按照以下幾步來進行：

1)尋找合理的熱鋼端面在線自動打碼系統創新設計的理論支持

通過對現有設計方法的研究和比較，結合熱鋼端面打碼設備的特點，找到適合解決企業創新實際問題的方法，并建立創新解決的標準模型；

2)熱鋼端面在線自動打碼需求分析

結合國內外現有打碼裝置的特點及發展情況，并通過對企業打碼現場的調研，型鋼生產線上現有的人工打碼方式已經成為制約企業競爭的瓶頸，熱鋼端面在線自動打碼系統的研究迫在眉睫；結合企業鋼鐵生產線的具體技術要求，結合現有的外部條件，建立模型進行創新研究；

3)對創新設計方案進行深入研究，找到影響打碼效率的關鍵所在，得到不同的創新設計方案，并對其進行比較和優選，得到最優的打碼結構；

4)熱鋼端面在線自動打碼系統的構成分析

打碼結構選定之后，對整個熱鋼端面打碼系統進行分析和研究，找到系統的不同組成部分，建立打碼系統的初步模型，并進行模擬，使其性能達到最優；

5)制造和實驗熱鋼在線自動打碼系統的實踐階段，試制并在制造裝配過程中不斷優化，最終達到提高生產效率，增加企業收益的目的。

[1]陳星.2011年上半年我國鋼鐵產品進出口分析[J].冶金管理,2011,(8):32-35.

[2]朱立光,王碩明等.現代連鑄工藝與實踐.石家莊:河北科學技術出版社,2000.

[3]羅玉元.鋼鐵產品標識設備的現狀及技術分析[J].冶金設備,2001,12:47-50.

[4]呂福在.鋼鐵產品標識技術的現狀及其發展.第三屆先進軋鋼精整、包裝及鋼材加工輸送技術學術研討會，2010:1-10.

Some Difficulties and Suggestions of Hot Steel End On-Line Automatic Coding System Development

Yan Shujun1He Banggui2Meng wei1Lei fuxiang1Zhou Huijie1

(1:College of Mechanical and Electrical Engineeing of Tarim University, Alar 650039; 2:College of Mechanical and Electrical Engineeing of Kunming University of Science and Technology, Kunming 650039)

The innovation of the technology and equipment is the only road with enterprise want to in the fierce competition. The article analysis of the steel market demand and the current situation of small and medium-sized steel mills, combined with the existing advantages and disadvantages of hot billet code technology, given the technical difficulties for the present small and medium-sized steel enterprises in the development of automatic marking system of hot billet end online presence, and puts forward some steps in the development of a new system, to provide references for the innovation and development of new system of small and medium-sized iron and steel enterprises.

Hot billet end Automatic code Suggestion

云南省自然科學基金項目(2008CD188)

閆樹軍，男，1980年出生，塔里木大學機電學院機械工程系，講師，碩士，主要從事機械創新方面的研究1

TG333.2

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.020

2013-11-19)