萊鋼寬厚板拋丸機(jī)設(shè)備改造研究與應(yīng)用

史 強

（山東鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104）

0 前言

我國自20 世紀(jì)60 年代開始從國外引進(jìn)拋丸機(jī)設(shè)備，經(jīng)歷了仿制、自主開發(fā)的漫長過程，至今已基本具備了各類型拋噴丸清理設(shè)備的能力，成套成線設(shè)備主要用于鋼材預(yù)處理線[1-3]。隨著拋丸技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，用戶對拋丸設(shè)備也提出了更高的要求，為了滿足使用要求，這就需要對一些現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行不斷的改善，對新型拋丸清理設(shè)備進(jìn)行研究開發(fā)，由此也推動了國內(nèi)外的拋丸技術(shù)不斷提升[4]。

寬厚板熱處理產(chǎn)品在進(jìn)入熱處理爐前如果無法有效去除其表面的氧化鐵皮，進(jìn)入熱處理爐后將會形成爐底輥結(jié)瘤。熱處理爐輥印是長期困擾輥底式熱處理爐的嚴(yán)重質(zhì)量問題。在建造船舶，鉆井平臺等海洋工程項目中，對鋼材表面質(zhì)量更是具有很高的要求，這也對鋼板表面處理工作提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)[5-7]。

山鋼萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部熱處理生產(chǎn)線的拋丸機(jī)由DISA 公司設(shè)計、于2008 年安裝投入使用，屬于通過式連續(xù)拋丸機(jī)，主要由拋頭、預(yù)刮板、大輥刷、螺旋輸送器、氣控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。上下部共有10 個拋頭。現(xiàn)階段該產(chǎn)線一臺拋丸機(jī)需要滿足3 座熱處理爐原料供應(yīng)，平均每個班開啟設(shè)備6 h，每月處理鋼板2.6 萬噸。

該設(shè)備在使用過程中存在對鋼板的板型要求較高，設(shè)備經(jīng)常報警無法拋丸；拋頭電機(jī)為工頻電機(jī)，拋頭故障率高；鋼板拋丸后，鋼板上表面殘余丸料多，導(dǎo)致鋼板表面壓痕缺陷等問題。

該文針對拋丸機(jī)存在的問題，對拋丸機(jī)進(jìn)行設(shè)備改造，保證了拋丸機(jī)穩(wěn)定運行。

1 設(shè)備運行狀況

1.1 程序?qū)Σ黄蕉纫蟾撸绊懮a(chǎn)

拋丸機(jī)為保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對鋼板的不平度要求較高，當(dāng)鋼板不平度超過15 mm/m 時，拋丸機(jī)將自動報警，無法生產(chǎn)。嚴(yán)重制約了現(xiàn)場生產(chǎn)。

1.2 拋丸機(jī)拋頭故障多，維護(hù)成本高

拋丸機(jī)在開啟運行時，拋頭有負(fù)載和空載2 個狀態(tài)。在拋鋼時，丸料輸送口氣動閥打開，丸料輸送至拋頭內(nèi)部由葉片將丸料拋射輸出，此時拋頭處于負(fù)載狀態(tài)。拋鋼完成丸料輸送口關(guān)閉，拋頭內(nèi)部無丸料，此時拋頭空載運行。拋頭電機(jī)無論在負(fù)載狀態(tài)還是空載狀態(tài)都以工頻運行，設(shè)備長期高負(fù)載運行導(dǎo)致故障率較高。

1.3 拋丸后殘余丸料多，影響鋼板質(zhì)量

由于部分鋼板不平度較差，鋼板拋丸后會有部分丸料留在鋼板表面，當(dāng)鋼板進(jìn)行下線堆垛時，殘余在鋼板表面的丸料會壓入鋼板，形成表面缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.4 拋丸機(jī)拋頭電機(jī)無法線上潤滑

拋丸機(jī)拋頭作為拋丸作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是使用頻率最高的部位之一，無論拋丸作業(yè)還是空載運行，拋頭電機(jī)始終處于高速運行狀態(tài)。由于原備件電機(jī)沒有設(shè)計加油孔，無法進(jìn)行線上潤滑，電機(jī)高溫和現(xiàn)場灰塵等因素導(dǎo)致拋頭使用一定時間后，拋頭電機(jī)軸承因潤滑不足而損壞。由于該拋丸機(jī)的拋頭葉輪直接套在電機(jī)軸頭上，電機(jī)損壞即需要整體更換拋頭，增加維修成本。

1.5 葉片質(zhì)量不均造成拋頭震動

葉片屬于易損件，需要儲備大量備件，備件受材料及生產(chǎn)批次影響，一片葉片質(zhì)量在2 000 g～2 300 g，質(zhì)量存在不均勻的情況。拋丸機(jī)拋頭內(nèi)葉輪上有8 片葉片，在一臺37 kW電機(jī)帶動下高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速達(dá)2 950 r/min，如果葉片質(zhì)量不均則會導(dǎo)致拋頭葉輪在高速轉(zhuǎn)動下產(chǎn)生巨大離心力，會導(dǎo)致拋丸機(jī)拋頭劇烈震動，極大地降低拋頭使用壽命增加維修成本，同時易使拋頭壓板螺栓斷裂造成安全隱患。

2 設(shè)備改造方案

2.1 開發(fā)拋丸機(jī)單面拋丸技術(shù)

對于板形不好的鋼板，修改拋丸機(jī)控制程序，加大拋丸機(jī)對鋼板不平度的報警值，同時自動調(diào)整拋丸機(jī)內(nèi)部大輥刷和預(yù)刮板的位置，確保設(shè)備安全。同時開發(fā)下表面單面拋丸技術(shù)，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。1）增大拋丸機(jī)板型不平度最大允許值。將拋丸機(jī)入口厚度檢測光柵的不平度最大允許值由15 mm/m 改為40 mm/m。經(jīng)修改后，絕大部分鋼板能順利通過拋丸機(jī)而不報警，有效解決了板型不好拋丸機(jī)就報警的問題。2）實現(xiàn)上/下拋頭分開控制。通過研究外方的拋丸機(jī)程序和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)過不斷研究和優(yōu)化，通過修改外方程序，控制5 個上拋頭的氣動閥，使其關(guān)閉不出丸料， 5 個下拋頭正常拋鋼，實現(xiàn)拋丸機(jī)的單面拋丸技術(shù)。對于板形不好的鋼板，通過程序修改，只用下拋頭拋鋼板下表面。既能保證爐底輥，又能有效減少鋼板上表面殘余丸料，減少職工勞動量。3）實現(xiàn)預(yù)刮板、大輥刷的自動控制。拋丸機(jī)單面拋丸時，采用預(yù)刮板提升至高位，以保護(hù)預(yù)刮板裝置；輥刷清掃裝置下降，大輥刷的壓下量由正常時的15 mm 改為40 mm，使刷毛能更多的接觸鋼板，有效清除了鋼板表面殘余丸料。將丸料流量控制系統(tǒng)的單缸控制上下2 個拋頭的控制模式優(yōu)化，實現(xiàn)單缸控制下拋頭的控制模式。通過增加轉(zhuǎn)換按鈕，實現(xiàn)拋丸機(jī)正常運行下的拋丸模式轉(zhuǎn)換，即通過一個旋轉(zhuǎn)按鈕的控制，實現(xiàn)鋼板雙面拋丸與單面拋丸的模式轉(zhuǎn)換，快速實現(xiàn)拋丸機(jī)拋丸模式的轉(zhuǎn)換。

2.2 拋頭電機(jī)變頻改造

由于該生產(chǎn)線拋丸機(jī)平均每天都保持運行狀態(tài)達(dá)18 h以上，拋頭始終工頻運行造成的能源損耗較大，同時拋頭始終在高負(fù)載條件下運行，導(dǎo)致設(shè)備故障率較高?，F(xiàn)經(jīng)過充分論證后拋頭進(jìn)行了變頻改造，在拋丸機(jī)內(nèi)部無鋼板通過，丸料輸送口關(guān)閉后拋頭電機(jī)進(jìn)入低頻空載運行模式降低功耗。

2.3 增加拋丸機(jī)后吹掃系統(tǒng)

為了防止板型不好導(dǎo)致殘余丸料較多，清理丸料會造成停機(jī)時間過長，且職工勞動強度大，不利于生產(chǎn)。研究拋丸機(jī)后清理系統(tǒng)的運行，減少殘余丸料。

利用現(xiàn)場壓縮空氣氣源，在拋丸機(jī)出口增加壓縮空氣吹掃裝置，使用為防止壓縮空氣壓力小，使用管徑為φ100的氣管。壓縮空氣系統(tǒng)布置圖如圖1 所示。

在氣管上每間隔200 mm 安裝壓縮空氣噴嘴。噴嘴與鋼板表面角度以300°為宜。噴嘴距離鋼板高度設(shè)置為200 mm。現(xiàn)場壓縮空氣壓力為6 kg。采用的壓縮空氣管徑和噴嘴數(shù)量的設(shè)置能夠保證壓縮空氣足夠大，以保證能夠有效地將丸料從鋼板上表面清除。另外，在該吹掃系統(tǒng)后，增加一側(cè)面吹掃裝置。該裝置也通過氣動閥控制，可以通過壓縮空氣從鋼板側(cè)面的吹掃，將前期未吹掃干凈的丸料進(jìn)行二次吹掃。

為了實現(xiàn)清掃裝置的自動控制，在管路上分別安裝手閥和氣動閥。通過拋丸機(jī)PLC 控制氣動閥的開、關(guān)。在拋丸機(jī)出口現(xiàn)成有一鋼板檢測光柵，當(dāng)鋼板頭部被該光柵檢測到后，PLC 控制氣動閥開始吹掃，當(dāng)檢測到鋼板尾部離開光柵后，清掃系統(tǒng)停止吹掃，從而實現(xiàn)清掃系統(tǒng)的自動控制。

圖1 壓縮空氣管路平面布置示意圖

2.4 拋頭電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)改造

為了解決原拋頭電機(jī)無法線上潤滑的缺陷，在備件采購時更換為具有線上潤滑功能的相同功率電機(jī)，定期加油潤滑保證電機(jī)正常運行，逐步替代現(xiàn)有拋頭電機(jī)。對現(xiàn)有原型號備件電機(jī)進(jìn)行改造，在外部增加電機(jī)軸承加油孔，同時提高密封精度和裝配精度避免現(xiàn)場灰塵進(jìn)入損壞電機(jī)軸承。定期更換拋頭電機(jī)避免電機(jī)損壞造成故障停機(jī)。

2.5 拋頭動平衡系統(tǒng)研究

對批量采購的備件葉片進(jìn)行稱重分組，每組8 片，每片葉片質(zhì)量差控制在5 g 以內(nèi)，每半月檢查葉片磨損量，保證每片葉片質(zhì)量的均衡，如果有葉片超過磨損程度，則進(jìn)行整組更換，保證葉片質(zhì)量均勻，確保運行狀態(tài)下的動平衡。

3 結(jié)語

針對拋丸機(jī)在使用過程中出現(xiàn)的設(shè)備問題，進(jìn)行了拋丸機(jī)單面拋技術(shù)開發(fā)，拋頭電機(jī)變頻化改造以及拋丸機(jī)后吹掃系統(tǒng)改造等措施。通過以上改造，解決了拋丸機(jī)設(shè)備報警多影響生產(chǎn)，拋頭電機(jī)故障多以及拋丸后鋼板表面殘余丸料多影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等問題。保證設(shè)備穩(wěn)定運行，提高了生產(chǎn)效率。