棒線材無頭焊接軋制系統(tǒng)

洪榮勇

（福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 福建三明365000）

1 前言

棒線材生產(chǎn)工藝雖然已有上百年的歷史，但是其在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中仍占據(jù)著相當(dāng)重要的位置。隨著棒線材生產(chǎn)技術(shù)不斷地發(fā)展，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)日趨完善。雖然軋制設(shè)備持續(xù)更新?lián)Q代且已經(jīng)廣泛地使用短應(yīng)力軋機(jī)［1］，但是軋制工藝大多數(shù)還是采用單坯機(jī)理進(jìn)行軋制［2］。這就會(huì)導(dǎo)致軋制過程中出現(xiàn)：一是軋線堆鋼現(xiàn)象，其需要一定時(shí)間進(jìn)行堆鋼清理，從而影響產(chǎn)能；二是由于軋制是一個(gè)間斷的坯料進(jìn)給過程，從而會(huì)對(duì)軋機(jī)造成重復(fù)的頭尾沖擊，降低了消耗件（軋輥，輥環(huán)，導(dǎo)向裝置，剪刃）的使用壽命以及增大了機(jī)械設(shè)備（齒輪、軸承、聯(lián)軸器）承受的應(yīng)力，使得非計(jì)劃維護(hù)所需的軋制停機(jī)時(shí)間明顯增加；三是因?yàn)檐堉频氖情g斷坯料，需要去除坯料頭尾，因此降低了材料收得率。基于這些情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究，開發(fā)出了無頭焊接軋制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)工藝的更新?lián)Q代，從而提高了產(chǎn)線產(chǎn)能與管理效率［3，4］。

無頭焊接軋制（EndlessWelding Rolling，簡(jiǎn)稱EWR）是在加熱爐出口和第一架軋機(jī)之間將兩根坯料頭尾進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)無間斷地連續(xù)軋制。這個(gè)系統(tǒng)可以在完全自動(dòng)化模式下運(yùn)行，與上、下游設(shè)備同步，減少人為干預(yù)，因此能夠使產(chǎn)能最大化，具有高度可重復(fù)性，極大地提高了整個(gè)工藝的效率［5］，同時(shí)生產(chǎn)方面節(jié)能減排效果顯著［6］，有巨大的推廣前景［7］。因此，本文針對(duì)EWR的工作時(shí)序、主要機(jī)械設(shè)備、坯料外形要求及其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了重點(diǎn)概述。

2 EWR機(jī)械設(shè)備單元

2.1 工作時(shí)序

EWR主要的機(jī)械設(shè)備布置于加熱爐出爐爐門至1＃軋機(jī)機(jī)列之間，EWR的區(qū)域布置如圖1所示。由圖1可知，EWR機(jī)械設(shè)備主要包括：高壓除磷機(jī)、對(duì)焊機(jī)本體、升降輥道、去毛刺機(jī)，全長(zhǎng)共38.29m。根據(jù)不同工廠的生產(chǎn)需求，EWR機(jī)械設(shè)備的布置可進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整規(guī)劃。

圖1 無頭焊接軋制系統(tǒng)布置圖

EWR工作周期如圖2所示。焊接時(shí)，焊機(jī)啟動(dòng)后加速直至達(dá)到進(jìn)入軋機(jī)第一根坯料的速度；當(dāng)?shù)谝桓髁系奈膊颗c下一根坯料的頭部靠近時(shí)，夾具夾緊坯料；焊接開始和完成的整個(gè)周期內(nèi)，都需將兩根坯料壓緊；夾具打開，焊機(jī)減速；焊機(jī)回到初始位置等待下一個(gè)焊接周期；單獨(dú)的去毛刺站可去除焊接區(qū)域的所有毛刺，而不影響整個(gè)焊接系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

圖2 坯料焊接工作時(shí)序圖

2.2 機(jī)械設(shè)備

而減小軋件頭尾部之間的溫度差。

2.2.1 爐子出口輥道

爐子出口輥道為帶保溫罩的輥道，如圖3所示，位于加熱爐出口區(qū)。輥道臺(tái)架為焊接鋼結(jié)構(gòu)，輥道安裝在滾柱軸承上，內(nèi)部采用水冷方式進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。保溫罩通過液壓驅(qū)動(dòng)開啟與閉合，從

圖3 加熱爐出口輥道結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 除鱗機(jī)

除磷機(jī)主要作用于紅鋼表面，去除其四周的氧化鐵皮，軋制時(shí)防止氧化鐵皮被帶入造成成品表面形成凹凸痕跡。高壓除鱗系統(tǒng)采用泵內(nèi)卸荷方式，在不除磷可做到完全卸荷，節(jié)約電能。

2.2.3 升降輥道

升降輥道如圖4所示，布置于沿焊機(jī)操作區(qū)域，用于焊接過程中方坯支撐及運(yùn)輸。輥道臺(tái)架為焊接鋼結(jié)構(gòu)，支撐擺動(dòng)輥；每一個(gè)輥?zhàn)泳鶠閱我唤Y(jié)構(gòu)，鉸鏈連接在框架上，支撐輥?zhàn)幼陨砥胶狻］佔(zhàn)影惭b在滾柱軸承上進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，通過焊機(jī)架上的凸輪進(jìn)行下壓，一旦從機(jī)架松開，靠反平衡作用即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上升。

圖4 自動(dòng)升降輥道結(jié)構(gòu)圖

2.2.4 方坯焊機(jī)系統(tǒng)

方坯焊機(jī)系統(tǒng)如圖5所示，位于加熱爐和第一架軋機(jī)之間，用于方坯焊接，主要由方坯焊機(jī)、軌道、焊機(jī)保護(hù)罩、焊機(jī)小車走道、焊機(jī)機(jī)架、水冷系統(tǒng)、收集框、去毛刺系統(tǒng)組成。

圖5 方坯焊機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

方坯焊機(jī)用于焊接熱態(tài)坯料及擠壓控制，焊接過程中的參數(shù)由電氣控制。控制元件安裝在地面柜上，與焊機(jī)分離。車架為鋼結(jié)構(gòu)，用于在焊接過程中支撐和橫移夾緊裝置、擠壓裝置和導(dǎo)衛(wèi)；同時(shí)裝有減速箱和電動(dòng)馬達(dá)。機(jī)架在軌道上與坯料移動(dòng)速度相同，移動(dòng)速度由第一架軋機(jī)確定；異形鋼軌組成的凸輪安裝在機(jī)架上，焊接中壓下擺動(dòng)輥；移動(dòng)通過齒條和齒輪系統(tǒng)完成。擠壓裝置的固定裝置由夾鉗裝置、導(dǎo)衛(wèi)、擠壓缸及閥組成；擠壓功能由焊接系統(tǒng)控制，配有兩個(gè)伺服閥。

控制系統(tǒng)配有：全過程自動(dòng)控制（驅(qū)動(dòng)，焊接和處理），與現(xiàn)有控制系統(tǒng)相兼容，可人工控制；監(jiān)視器和控制元件，能夠顯示、存儲(chǔ)和測(cè)繪焊接過程。

焊機(jī)機(jī)架用于在不需要焊接或檢修時(shí)，將坯料焊機(jī)移到離線位置。焊機(jī)結(jié)構(gòu)架通過液壓缸在基礎(chǔ)軌道上實(shí)現(xiàn)橫移動(dòng)作。

去毛刺系統(tǒng)位于焊機(jī)出口處，用于清除焊接區(qū)域表面毛刺。

2.2.5 緊急收集臺(tái)架

緊急收集臺(tái)架位于輪式焊機(jī)旁，用于在緊急情況下，將方坯從升降輥道上推出。坯料通過由液壓缸驅(qū)動(dòng)的升降臂從輥道上實(shí)現(xiàn)移除，升降臂安裝在基礎(chǔ)架軌道支撐的小車上，小車橫移運(yùn)動(dòng)由鏈子和帶傳動(dòng)軸的齒輪馬達(dá)傳動(dòng)。坯料在軌道上成排收集，軌道安裝在基礎(chǔ)架上，通過天車進(jìn)行吊運(yùn)。

2.2.6 夾送輥

夾送輥如圖6所示，位于軋機(jī)處，主體為焊接機(jī)加工鋼。水冷懸臂上裝有輥?zhàn)樱ú捎眉懈捎蜐?rùn)滑系統(tǒng)），上輥的開啟與閉合由液壓驅(qū)動(dòng)，下輥由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元安裝在滾柱軸承上的齒輪箱內(nèi)，齒輪用熱處理的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。

圖6 夾送輥結(jié)構(gòu)圖

3 坯料外形尺寸要求

坯料良好的外形尺寸是確保焊接成功的前提條件之一，也是保證焊接區(qū)域質(zhì)量符合要求的重要條件之一。坯料的外形尺寸要求如表1所示。

表1 坯料外形尺寸要求表

4 經(jīng)濟(jì)效益

無頭焊接軋制系統(tǒng)將坯料進(jìn)行頭尾對(duì)接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無間斷地生產(chǎn)。這就使得無頭焊接軋制工藝具有提高市場(chǎng)占有率［8］、降低生產(chǎn)成本、便于工廠管理等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)2020年度某120萬噸棒材生產(chǎn)線測(cè)算所得的無頭焊接軋制工藝經(jīng)濟(jì)效益如表2所示。

由表2可知，通過安裝使用EWR進(jìn)行棒材產(chǎn)品生產(chǎn)，可以節(jié)省生產(chǎn)成本1019.15萬元，產(chǎn)量增加帶來收益2229.05萬元，年盈利額達(dá)到2500.45萬元。由此可知，通過使用該系統(tǒng)可以大幅度的降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 無頭焊接軋制工藝經(jīng)濟(jì)效益總結(jié)表

（續(xù)表）

5 結(jié)論

無頭焊接軋制系統(tǒng)布置于加熱爐出口至1＃軋機(jī)之間，前后通過輥道即可分別與加熱爐和軋機(jī)對(duì)接起來，簡(jiǎn)單便捷，因此可使得多數(shù)傳統(tǒng)棒線材的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)得以更新?lián)Q代。在符合坯料外形尺寸要求和全自動(dòng)化情況下進(jìn)行生產(chǎn)操作，通過結(jié)合無頭焊接軋制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，能夠使傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的產(chǎn)能得到顯著提高，有利于提升工廠的自動(dòng)化水平，可進(jìn)一步改善企業(yè)的管理現(xiàn)狀，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。