熱鋼端面在線自動打碼系統(tǒng)開發(fā)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)

?

熱鋼端面在線自動打碼系統(tǒng)開發(fā)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(yè)要想在激烈的競爭中脫穎而出，技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新是唯一的出路。通過對鋼鐵市場需求以及中小鋼企現(xiàn)狀分析，結(jié)合現(xiàn)有熱鋼打碼技術(shù)的優(yōu)勢及不足，目前中小鋼企在熱鋼端面在線自動打碼系統(tǒng)開發(fā)上的關(guān)鍵難點，提出了開發(fā)新系統(tǒng)的一些步驟，給中小鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新開發(fā)新系統(tǒng)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(yè)主要是應(yīng)用連鑄生產(chǎn)技術(shù)進行型鋼的生產(chǎn)，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(jīng)過軋鋼機得到熱鋼坯，送軋后得到不同形狀的鋼坯，經(jīng)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(xiàn)純凈度不高(雜物含量過高、形態(tài)分布不均等)、表面缺陷(裂紋、夾渣、皮下氣泡等)、內(nèi)部缺陷(裂紋、偏折等)、形狀缺陷(方坯脫方、板坯鼓肚等)等質(zhì)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(chǎn)型鋼所有的信息(諸如鋼廠、鋼號、熔煉爐號以及生產(chǎn)日期等)標識在鋼身上，這樣做主要是為了保證型鋼質(zhì)量，在出現(xiàn)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(chǎn)品流入市場，給企業(yè)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(chǎn)品標識的位置選擇在端面具有足夠的優(yōu)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(chǎn)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(tǒng)一帶來困難。

圖1 型鋼生產(chǎn)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(yè)一般都是采用自動打碼的方式，但由于國外現(xiàn)有熱鋼端面打碼機價格昂貴，維護費用高，不利于在國內(nèi)普及，同時現(xiàn)有的打碼裝置只是針對單流鋼坯進行標識，無法滿足企業(yè)多元的要求。國內(nèi)鋼企以及科研院所對于熱鋼端面在線打碼系統(tǒng)的開發(fā)也有一定的研究，然而還是存在打碼穩(wěn)定性差，打碼質(zhì)量不過關(guān)，主要對象也是單流鋼坯，不利于推廣使用的特點。所以國內(nèi)鋼鐵企業(yè)，特別是中小企業(yè)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(yè)型鋼生產(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)場作業(yè)環(huán)境比較惡劣，很容易引發(fā)安全事故，如生產(chǎn)大端面方圓鋼時，高溫輻射比較大，夏天工人易出現(xiàn)中暑現(xiàn)象；舞動大錘打印過程中，容易出現(xiàn)大錘(或錘頭)飛出傷人；

3)打碼質(zhì)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(chǎn)節(jié)奏較快(尤其是成排鋸切的時候)時出現(xiàn)漏打現(xiàn)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(xiàn)的；據(jù)統(tǒng)計，中型鋼鐵企業(yè)每年由于打印錯誤產(chǎn)生的廢品給企業(yè)造成很大的損失；

4)打碼速度慢，直接影響軋機效率，經(jīng)濟效益不高；對于中型鋼鐵企業(yè)，若使用自動打碼裝置，每年以降低打印影響軋制的節(jié)奏，提高軋機作業(yè)有效時間，計算直接經(jīng)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(xiàn)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?。欢鞘狗綀A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(zhì)量，且為物流暢通創(chuàng)造良好的條件；三是方圓鋼在線自動打碼機運行安全、穩(wěn)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(tǒng)開發(fā)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(jīng)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(chǎn)品質(zhì)量的主要依據(jù)[2]。

熱軋型鋼端面打碼受制于鋼企生產(chǎn)現(xiàn)場的復雜情況，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)存在較大的技術(shù)難點，主要體現(xiàn)在：①熱軋型鋼采用在線連續(xù)生產(chǎn)方式，經(jīng)過多臺鋸切機鋸切后成為初級產(chǎn)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(guī)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(nèi)(10s內(nèi))完成一次打碼動作。

1)按照鋼材業(yè)內(nèi)標準以及企業(yè)方便查找及流通的需求[4]，鋼坯上必須打印的主要參數(shù)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(shù)量：1～20個(阿拉伯數(shù)字加大小寫英文字符)，打印行數(shù)：1～2行，排間距及每排打印字符數(shù)量根據(jù)用戶要求設(shè)定；

(3)打印深度：1～3mm；

(4)可在20～1000℃溫度變化范圍內(nèi)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(nèi))。

2)某鋼鐵企業(yè)軌梁廠型鋼生產(chǎn)線上熱鋼坯在經(jīng)過軋制后要快速運動到打碼位置，而且經(jīng)過軋制的熱鋼坯在輥道上的位置并不統(tǒng)一，這個不統(tǒng)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(tǒng)，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(lián)系必須由計算機技術(shù)實現(xiàn)，最終的熱鋼打碼裝置必將是一個典型的機電一體化產(chǎn)品，應(yīng)該包含有機械系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、氣動執(zhí)行機構(gòu)和能源系統(tǒng)。

3)整個系統(tǒng)需要達到的技術(shù)性能指標有：

(1)方圓鋼端面實現(xiàn)在線自動打碼(采用人機結(jié)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(chuàng)造好的條件；

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

4 結(jié)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(fā)新的打碼系統(tǒng)時一定要結(jié)合目標鋼鐵企業(yè)熱鋼打碼生產(chǎn)線現(xiàn)有外部條件對在線自動打碼系統(tǒng)的開發(fā)與研究的約束問題進行分析，根據(jù)國內(nèi)鋼坯生產(chǎn)企業(yè)的需求和生產(chǎn)現(xiàn)狀，并吸取國外廠家的開發(fā)經(jīng)驗，著手開發(fā)研制一套成本較低，工作效率、定位精度和穩(wěn)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(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境影響，因此需要考慮約束條件并給出相應(yīng)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(xiàn)有方圓鋼運輸輥道之間的結(jié)合問題，某鋼企煉鋼爐中鋼液經(jīng)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(shè)計時應(yīng)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(jié)合。

5 結(jié)束語

總之，開發(fā)一套經(jīng)濟、實用的熱鋼端面打碼系統(tǒng)，一定離不開最新設(shè)計理論的支持；要對國內(nèi)外現(xiàn)有熱鋼打碼技術(shù)進行詳細分析，取其精華；并結(jié)合國內(nèi)中小鋼企現(xiàn)有設(shè)備及現(xiàn)場條件，利用已有資源進行合理創(chuàng)新與開發(fā)。基本的步驟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(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計的理論支持

通過對現(xiàn)有設(shè)計方法的研究和比較，結(jié)合熱鋼端面打碼設(shè)備的特點，找到適合解決企業(yè)創(chuàng)新實際問題的方法，并建立創(chuàng)新解決的標準模型；

2)熱鋼端面在線自動打碼需求分析

結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有打碼裝置的特點及發(fā)展情況，并通過對企業(yè)打碼現(xiàn)場的調(diào)研，型鋼生產(chǎn)線上現(xiàn)有的人工打碼方式已經(jīng)成為制約企業(yè)競爭的瓶頸，熱鋼端面在線自動打碼系統(tǒng)的研究迫在眉睫；結(jié)合企業(yè)鋼鐵生產(chǎn)線的具體技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)有的外部條件，建立模型進行創(chuàng)新研究；

3)對創(chuàng)新設(shè)計方案進行深入研究，找到影響打碼效率的關(guān)鍵所在，得到不同的創(chuàng)新設(shè)計方案，并對其進行比較和優(yōu)選，得到最優(yōu)的打碼結(jié)構(gòu)；

4)熱鋼端面在線自動打碼系統(tǒng)的構(gòu)成分析

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

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

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

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

[3]羅玉元.鋼鐵產(chǎn)品標識設(shè)備的現(xiàn)狀及技術(shù)分析[J].冶金設(shè)備,2001,12:47-50.

[4]呂福在.鋼鐵產(chǎn)品標識技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展.第三屆先進軋鋼精整、包裝及鋼材加工輸送技術(shù)學術(shù)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(chuàng)新方面的研究1

TG333.2

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.020

2013-11-19)