喂線機(jī)用斷線機(jī)構(gòu)的研究

石志君

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

喂線也稱喂絲，是20世紀(jì)7O年代末在鋼包噴粉技術(shù)之后發(fā)展起來的一種鋼包精煉技術(shù)。該技術(shù)首先需要將C、Si、Ca、Al等化學(xué)元素制成以合金粉末或添加劑形式，然后利用薄鋼帶將合金粉末或添加劑經(jīng)包覆、軋制形成包芯線，再通過喂線機(jī)射入鋼液內(nèi)部，使包芯線與鋼液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)鋼液的脫氧、脫硫、非金屬夾雜物變性處理及合金化等精煉處理，提高鋼水純凈度，優(yōu)化產(chǎn)品使用性能。喂線作為精煉的最后一道工序?qū)︿撍馁|(zhì)量和后序的連鑄都起著至關(guān)重要的作用，所以喂線機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行是保證精煉連鑄生產(chǎn)順行的關(guān)鍵。

1 喂線機(jī)增加斷線機(jī)構(gòu)的必要性

在生產(chǎn)實(shí)踐中，喂線過程大致可分為喂線、反應(yīng)、退線三個(gè)階段。對(duì)于鋼液的精煉而言，喂線高度、喂線速度、喂線角度等都會(huì)影響反應(yīng)過程的效果，從而直接影響鋼液的最終成份。但退線階段是由于包芯線只能在鋼液以下部分發(fā)生熔斷，位于鋼液以上至鋼包頂端的那段包芯線，必須要退回機(jī)體，才能保證該段包芯線不會(huì)影響后續(xù)生產(chǎn)過程。

由于退線時(shí)，包芯線熔斷處必定會(huì)粘有鋼液及鋼液上層漂浮的鋼渣，當(dāng)包芯線退回至導(dǎo)向管時(shí)，少量尚未完全凝固的鋼液及高溫的鋼渣都會(huì)對(duì)導(dǎo)向管造成損壞，加速導(dǎo)向管的磨損。同時(shí)，退線過程會(huì)將原先位于機(jī)體內(nèi)的包芯線退出機(jī)體，造成不必要的安全隱患，而且退線長(zhǎng)度過大，還會(huì)影響下次喂線過程的順利進(jìn)行。如果在進(jìn)線過程結(jié)束即將包芯線截?cái)?，就可以從根本上解決上述問題的發(fā)生。因此，從優(yōu)化工藝過程，確保安全，提高生產(chǎn)效率的角度考慮，需在喂線機(jī)中加入斷線機(jī)構(gòu)。

2 斷線方式的優(yōu)劣比較

常用的切斷方式大致可分為剪切、鋸切、火焰切割三大類。由于包芯線內(nèi)合金粉末的活性較大，受熱易發(fā)生反應(yīng)，且包覆的薄鋼帶破損后，會(huì)造成合金粉末的泄漏等原因，故包芯線的斷線不宜采用火焰切割。

在鋸切和剪切之后，合金芯線的斷面形狀會(huì)有所不同，如圖1所示。由圖可知，鋸切斷線后包芯線的切口平直，在斷線后若切口向下或有輕微振動(dòng)都會(huì)造成合金粉末的泄漏。而剪切斷線利用上下剪刃的相對(duì)運(yùn)動(dòng)斷線，產(chǎn)生剪切力將包芯線剪斷。剪斷過程伴隨著包芯線橫截面形狀的改變，外層薄鋼帶的變形正好起到了封口的作用，保證了包芯線內(nèi)部的合金粉末不會(huì)輕易漏出。因此，相較鋸切而言，剪切方式更適合應(yīng)用于包芯線的斷線機(jī)構(gòu)。

圖1 鋸切與剪切后的斷面形狀

3 不同剪切機(jī)構(gòu)的比較

剪切機(jī)構(gòu)可根據(jù)所用刀片形狀、配置情況以及剪切方式等特點(diǎn)分類。由生產(chǎn)實(shí)際需要可知，應(yīng)用到喂線機(jī)中的剪切機(jī)構(gòu)，必須在能夠?qū)崿F(xiàn)合金芯線徑向剪切的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。結(jié)合喂線機(jī)的工作特點(diǎn)，根據(jù)圖2剪切機(jī)構(gòu)工作時(shí)剪刃與芯線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，剪切刃的水平分速度Vt與合金芯線的進(jìn)線速度V1的關(guān)系，可將喂線機(jī)用剪切機(jī)構(gòu)分為兩類:普通剪切機(jī)構(gòu)、飛剪機(jī)構(gòu)。

普通剪切機(jī)構(gòu)在剪切過程中，剪切刃只需完成剪切方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即剪切刃的豎直分速度V0＞0，剪切刃的水平分速度Vt=0。因?yàn)榧羟腥械乃椒炙俣萔t=0，所以當(dāng)合金芯線的進(jìn)線速度V1≠0時(shí)，則剪切時(shí)剪切刃將阻礙芯線的運(yùn)動(dòng)，從而使芯線彎曲變形，甚至引起芯線纏刀等生產(chǎn)事故。由此可知，當(dāng)采用普通剪切機(jī)構(gòu)斷線時(shí)，必須使V1=0，即停車后才能進(jìn)行合金芯線的剪切作業(yè)。

飛剪機(jī)構(gòu)在剪切過程中，剪切刃在剪切過程中會(huì)跟隨被剪切件一起運(yùn)動(dòng)，即同時(shí)完成剪切和移動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作。即剪切刃的豎直分速度V0＞0，剪切刃的水平分速度Vt＞0。因?yàn)楫?dāng)剪切刃的水平分速度Vt＜合金芯線的進(jìn)線速度V1時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)芯線變形、纏刀等生產(chǎn)事故，所以剪切刃的水平分速度Vt與合金芯線的進(jìn)線速度V1需滿足Vt=(1～1.03)V1的設(shè)計(jì)要求，從而可以實(shí)現(xiàn)不停車斷線。

圖2 剪切機(jī)構(gòu)工作時(shí)剪刃與芯線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

若采用普通剪切機(jī)構(gòu)，因?yàn)椴恍枰峁┧椒较虻姆炙俣龋錂C(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化。但由此帶來的問題是，必須停車后才能進(jìn)行剪切操作。由于停車后，芯線將失去在導(dǎo)向管中前進(jìn)的動(dòng)力，故該剪切機(jī)構(gòu)必須安裝在芯線前進(jìn)沒有阻力的位置。根據(jù)喂線機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，普通剪切機(jī)構(gòu)必將安裝在靠近鋼包的位置。

若采用飛剪機(jī)構(gòu)，因?yàn)楸仨毐ＷC剪切刃的水平分速度Vt等于或略大于合金芯線的運(yùn)動(dòng)速度V1，所以飛剪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸及制造成本會(huì)明顯上升。但由于其剪切后，芯線仍具有一定的運(yùn)動(dòng)速度，所以其安裝位置可靈活選擇或集成至喂線機(jī)內(nèi)部。避免了剪切機(jī)構(gòu)距離鋼包較近，易發(fā)生損壞的風(fēng)險(xiǎn)，且可采用液壓、氣壓傳動(dòng)方式工作。

4 結(jié)語

(1)從提高喂線過程的安全性、經(jīng)濟(jì)性及生產(chǎn)效率方面考慮，確實(shí)需要在喂線機(jī)中增加斷線機(jī)構(gòu)。

(2)從降低采購成本、簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)等方面考慮，喂線機(jī)中的斷線機(jī)構(gòu)可采用普通剪切機(jī)構(gòu)。

(3)從提高機(jī)構(gòu)使用壽命、簡(jiǎn)化安裝方式等方面考慮，喂線機(jī)用斷線機(jī)構(gòu)可采用飛剪機(jī)構(gòu)。