虛擬制造技術在攀鋼六機六流大方坯連鑄機維修應用的探討及前景

劉偉忠

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

虛擬制造技術在攀鋼六機六流大方坯連鑄機維修應用的探討及前景

劉偉忠

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

虛擬制造技術是從飛機和汽車制造工業發展起來的一門前沿技術,以節約成本,提升效率,提高裝備精度為目標。現簡述它的內容以及在大型冶金設備方坯連鑄機維修應用的探討及前景。

虛擬制造;方坯連鑄機;維修應用;前景

1 虛擬制造技術

1.1 背景

虛擬制造技術產生的主要背景是波音777飛機和現代汽車的設計制造,它們的共同特點是不產實際的物理樣機,利用仿真和現代計算機技術,在虛擬的環境里生產產品,具有周期短、成本低、效率高等特點。如Ford和克萊斯勒公司新型汽車的開發周期由36個月縮短至24個月,日本日產汽車公司的新車型開發——數字樣車:概念設計、工業設計、覆蓋件設計、整車分析、電子樣機、物理樣樣,一直貫穿汽車生產的全過程。

1.2 虛擬制造的特征

(1)利用仿真與虛擬現實技術。

(2)在高性能計算機及高速網絡的支持下,采用群組協同工作。

(3)通過模型來模擬和預估產品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題,在計算機上實現產品制造的本質過程。

(4)包括產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗,并進行過程管理與控制。

(5)使產品制造走出僅僅依賴經驗的狹小天地,發展到全方位預報階段。

(6)產品是數字樣機,基本上不消耗資源和能量,開發的產品(部件)存放在計算機里,易于重用,快速改型設計。

(7)“制造”環境是計算機,數字模型,進行產品設計、制造、測試,設計人員或用戶可“進入”虛擬的制造環境,體驗其設計、加工、裝配和操作。

(8)便于異地合作,分布在不同地點、不同部門的不同專業人員,在同一個產品模型上協同工作。

(9)不依賴于物理樣機的反復修改,減少物理樣機生產、測試,一次成功開發的產品(部件)存放在計算機里,根據用戶需求或市場變化快速改型設計,快速投入批量生產,從而大幅度壓縮新產品的開發時間,降低成本。

(10)支持分布式異構環境間的合作,可使分布在不同地點、不同部門的不同專業人員在同一個產品模型上同時工作,相互交流,信息共享,減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差。

1.3 虛擬制造與實際制造的區別(如圖1)

1.4 虛擬制造的定義

虛擬制造(指廣義的大制造,包括產品的設計與生產)是指利用計算機模型和仿真來實現產品的設計和生產的技術,它以信息技術、仿真技術、虛擬現實技術為支持,在產品設計或制造系統的物理實現之前,就能預測或感受到未來產品的形態、行為和性能或者制造系統的狀態,從而可以作出前瞻性的決策與優化實施方案。

圖1 虛擬制造與實際制造的區別

2 攀鋼六機六流大方坯連鑄機主機維修主要工藝流程

攀鋼六機六流大方坯連鑄機投產于2003年9月,為R12M全弧形連鑄機,設計產量為120萬噸/年,其中重軌坯占40%(現在實際達到80%以上),以輕壓下、電磁攪拌、液位控制和能實現正弦非正弦振動裝置的技術為標志,是國內裝備水平最好的大方坯連鑄機之一。

2.1 基本工藝參數

鋼水由3座煉鋼轉爐提供(共為3臺鑄機提供鋼水),轉爐的爐容量設計為120t/爐,平均出鋼量為131.5t/爐,出鋼周期為35min～40min,配備有精煉設備LF和RH處理設備。

2.2 鑄機主要參數

流數:六機六流 鑄機半徑:12 000mm矯直方式:連續矯直 鑄流中心距:

1 500mm

鑄機拉速:0～2m/min 冶金長度:24.3m

澆注模式:保護澆注,帶Cr137放射源的塞棒液位控制系統和結晶器電磁攪拌

結晶器:全弧形,長850mm,能實現正弦和非正弦的液壓振動裝置

輕壓下技術:在拉矯機液壓缸設自動控制。

2.3 主機設備組成

單流鑄機主體設備組成:帶Co60放射源塞棒系統的液位控制,以一臺結晶器,一臺液壓振動裝置,一臺足輥架,扇形段1#、2#、3#各一臺,拉矯機1#至7#共七臺,二冷區共分為5區,單流輥子系列(外弧)為39個。

2.4 維修工藝流程

由于連鑄機設備維修設計為在線快速更換和離線檢修,其單體設備均在線外組裝而成,線外備品的組裝質量直接影響在線流道質量,為此,線外組裝的結晶器、扇形段、足輥和拉矯機等備品的質量也為連鑄機流道質量的范疇。其本質是兩次裝配完成,一次是離線檢修的零部件裝配,裝配不合格要解體重裝,另一次是在線更換的成臺部件裝配,年平均裝配量約150臺。成臺周轉件不合格要重新更換,費時,費人工,還對生產造成較大影響。

2.4.1 質量檢測

流道質量的檢測根據其范疇分為兩部分:線上檢測和線外檢測。

在線檢測分為:(1)結晶器與足輥;(2)扇形1#段與2#扇形段;(3)扇形2#段與3#扇形段;(4)扇形3#段與拉矯機。圖2、圖3為典型的檢測方式。

線外備品組裝主要有結晶器,扇形段,拉矯機,足輥,各自有獨特的檢測方式。

圖2 結晶器與足輥對中示意圖

圖3 扇形1#段和扇形2#段在線弧度檢測示意圖

2.4.2 質量標準

流道質量標準是整個流道質量控制的核心,從控制范圍和在生產實踐使用過程中遇到有分歧的問題進行闡述。

2.4.3 質量參數

以設備特性為主的流道質量參數名稱見表1。

2.4.4 維修周期

從單流的設備組成可以看出,線外組裝件應該納入流道質量控制,須有使用周期,成臺設備定期下線進行全方位的維護檢修,以保證流道質量處于長期受控,形成良性循環更換。每一臺設備的使用周期可以先初定一個周期,在實踐中進行修正。

2.4.5 數據

包括記錄,分析,修正和評價。

3 應用探討及前景

3.1 應用實踐流程

此維修工藝可以形成如下集成圖示如圖4。

表1 以設備特性為主的流道質量參數名稱

圖4 維修工藝流程圖

完成此流程后再回到準備。

3.2 應用特點

(1)根據集成圖建立計算機模型。全過程的模型,包括場地、人員、工器具、成套連鑄機,細到每一個環節和每一個零件的裝配尺寸與精度要求如圖5。

(2)此方法可以實現連鑄機周轉件的兩次裝配全虛擬,其關鍵在線狀態跟蹤,線外和線上裝配均可以得到全面的發揮,應用和跟蹤。

(3)采用人機結合的方法可以完全實現虛擬。

(4)能夠很好地提高效率,節省人力物力,預防備品備件質量問題引起的批量裝配不良后果,即減少返修率,是科技降成本的一種好方法。

(5)第一次投入成本比較高,并需要復合型的技術人才,尤其是模型建立,需要在實踐過程中不斷的修正和摸索。

圖5 虛擬制造在設備維修中的應用圖示

4 前景

由于該技術的基礎是計算機科學,涉及的學科較多,發源于飛機和汽車制造這樣的尖端技術、資金和人才密集型機械制造業,也開始在廣泛地應用于這些機械制造業,但對于設備維修行業的應用還有一個過程,尤其是冶金行業,可以預見,其應用結果的經濟效益是明顯的,對行業的進步具有革命性的提升。

[1] 連鑄新技術800問:煉鋼編委會.煉鋼-連鑄新

技術800問[M].北京:冶金工業出版社,2003.

In Pangang's Six Machine Flow Bloom Continuous Caster Maintenance Application and Prospects are Discussed

LIU Wei-zhong
(Vanadium Recovery and Steelmaking Plant of Panzhihua Iron and steel Co.,Panzhihua 617062,Sicuan,China)

Virtual manufacturing technology from the aircraft and automotive industry developed a cutting-edge technology,to save costs,improve efficiency,improve the gear accuracy for target. This paper briefly introduces its content and billet caster in large metallurgical equipment maintenance applications and prospects are discussed.

virtual manufacturing;billet caster;maintenance application;prospect

TP391

:A

1001-5108(2015)03-0083-04

劉偉忠,高級工程師,主要從事煉鋼設備管理與維修等方面的工作。