李大千,張 勇,常海鋒
(河南豫光金鉛股份有限公司,河南 濟源 459000)
河南豫光金鉛股份有限公司精煉廠年產(chǎn)精鉛300 kt/a,有3臺直線鑄錠機,自安裝以來,使用年限均超過15 a,機械設(shè)備磨損較嚴(yán)重。高溫鉛液在移動的模具中會振動加劇、幅度加大,使凝固的鉛液表面出現(xiàn)飛邊毛刺、孔洞等缺陷,進而影響其售價及市場。外觀質(zhì)量不合格的鉛錠需人工重新修整,或返回到熔鉛鍋中重新熔鑄,直接或間接產(chǎn)生人力、物力成本。
精鉛直線鑄錠機熔鑄現(xiàn)場,并排分布2口成品熔鉛鍋,一口熔鉛鍋鉛內(nèi)陰極板熔化,另一口熔鉛鍋內(nèi)鉛溶液攪拌、澆注,兩口鍋交替使用;熔鉛鍋底部采用天然氣加熱烘烤,待電解工序吊出的鉛陰極板表面電解液晾干后,將其投入到熔鉛鍋中進行高溫熔融,經(jīng)攪拌及表面撈渣程序后,將鉛泵固定架安放在鉛鍋上,開啟變頻鉛泵往澆注計量槽內(nèi)注入鉛液,液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)計量槽鉛液注入及鉛液回流。計量槽翻轉(zhuǎn)將其鉛溶液注入下部運轉(zhuǎn)的直線鑄錠機鉛模內(nèi),凝固后的鉛錠經(jīng)打碼器標(biāo)注生產(chǎn)批號,當(dāng)鉛模運動到鑄錠機頭部時,振打器會在鉛模邊沿一側(cè)進行振打,使鉛錠進行脫模。然后經(jīng)推錠、碼垛、包裝,鉛錠轉(zhuǎn)入待售區(qū)。
鉛陰極板經(jīng)熔鑄、攪拌、撈渣、澆注、打碼等工序加工的成品鉛錠,總是存在部分不符合外觀質(zhì)量要求的鉛錠,造成鉛錠外觀質(zhì)量不合格的根本原因之一就是鑄錠機的振動。
將鏈模鑄錠系統(tǒng)(精鉛直線鑄錠機)簡化,如圖1所示,為一個模擬彈簧滑塊系統(tǒng),把鏈模簡化為剛度系數(shù)為K的彈簧,整個鏈模鑄錠則簡化為質(zhì)量為m的滑塊,其以v的速度向右運行,鏈模鑄錠與軌道的摩擦阻力為F。其中電動機通過減速器和主動鏈輪作用于鏈模鑄錠上的力矩,可簡化為作用于彈簧頂點A上的牽引力P,并且使彈簧的頂點A以v0速度向右運行[1]。
圖1 鏈模鑄錠動力學(xué)模型
根據(jù)電動機性能,在額定功率內(nèi)運行的電動機,其轉(zhuǎn)速必定在額定轉(zhuǎn)速n范圍內(nèi)運行,其轉(zhuǎn)速變化較小,那么可以認(rèn)為A點鏈速v0也為一恒定值,其值計算如下:
式中:v0為A點鏈模鑄錠運行速度/m·s-1;n為電動機的額定轉(zhuǎn)速/r·min-1;D為主動鏈輪直徑/m;k為減速器的傳動比。
根據(jù)鏈模鑄錠機動力學(xué)模型,當(dāng)摩擦阻力F保持相對均勻不變時,此時兩端的牽引力P=F,質(zhì)點B的合力為0,鏈模鑄錠也同樣以速度v=v0作勻速運動,此時鑄模運行平穩(wěn),不會產(chǎn)生振動。但鏈帶在運行時由于滾輪在軌道的不同位置,其摩擦力可能會發(fā)生變化,造成摩擦阻力F相應(yīng)發(fā)生變化,從而作用在質(zhì)點B的合力發(fā)生變化,此時質(zhì)點B的速度也必將產(chǎn)生變化,造成鑄模的振動。
鏈模與軌道的接觸主要表現(xiàn)在鏈模兩側(cè)鏈條上滾輪與軌道的摩擦,產(chǎn)生振動的鑄錠機有一個共同點,即鏈模兩側(cè)鏈條上的滾輪長期磨損或部分滾輪表面鉛皮等浮著;滾動摩擦系數(shù)受軌道粗糙度影響較小,滑動摩擦受軌道材料、粗糙度等影響較大,其臨界靜摩擦系數(shù)比動摩擦系數(shù)大得多,鏈模的滾動摩擦是避免和減少鑄錠機振動的主要措施。要保證滾動摩擦,必須讓鏈模兩側(cè)鏈條上的所有滾輪都滾動起來[2]。
當(dāng)鑄錠機上鏈板過松,鉛錠脫模時,在重力的作用下,會猛地下沉又瞬間停止,拽動大鏈輪突然加速,瞬間又恢復(fù)原速,使得機組運動的平穩(wěn)性大大降低,鉛液在模具中前后振動,造成部分鉛錠表面外觀質(zhì)量不合格。
當(dāng)鉛模運動到鑄錠機頭部時,振打器會在鉛模邊沿一側(cè)進行振打,使鉛錠進行脫模。振打瞬間的沖擊力作用于整個鑄錠機,使鑄錠機模具中的鉛液表面發(fā)生振動,造成鉛錠表面外觀質(zhì)量不合格。
在鉛錠脫模之前,鑄錠機頭部設(shè)置有打字裝置,對每塊鉛錠表面打上生產(chǎn)編號,打字器每次依靠自由落體下降,重重的打擊在鉛錠上,沖擊力較大,也會造成直線鑄錠機模具內(nèi)鉛液表面的振動。
鑄錠機軌道在最初安裝時,已基本保持一條直線,但隨著設(shè)備的長期運行,軌道某些部分會發(fā)生一定程度的形變,鏈條經(jīng)過這些地方時會引起鏈輪起伏,鏈條帶動鏈輪運動時,在局部位置就會出現(xiàn)單邊鏈輪阻力增大、單邊鏈輪騰空現(xiàn)象,這是鑄錠機在直線運行時,因軌道部分區(qū)域形變出現(xiàn)振動的主要原因。
鉛液從澆鑄計量斗口流向鉛錠模具時,鉛液沖擊力較大,在鉛液逐漸凝固后,模具上沿殘留鉛液,最終形成飛邊毛刺。
鑄錠機的工作環(huán)境始終存在著鉛煙塵、潤滑油脂、水蒸汽等,再加上工作年限的不斷增加,傳動齒輪部件之間易受到灰塵的浮著,在外界環(huán)境的作用下會生成一些沉淀物,對傳動齒輪表面有一定的腐蝕性,造成傳動齒輪嚙合間隙過大,引起振動;不斷堆積的這些浮著物厚度增加,或使傳動齒輪部件之間的摩擦阻力不斷增大,傳動過程中的磨損,影響設(shè)備平穩(wěn)的運行,進而產(chǎn)生振動。
除上述主要原因外,還有一些原因也能造成鑄錠機的振動,如澆鑄小車回程產(chǎn)生沖擊力引起的機組振動、主傳動減速機內(nèi)部架構(gòu)磨損,轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)、地面固定松動等。
分析鑄錠機各運動部件振動的原因,采取有針對性的改進措施,消減直線鑄錠機振動對成品鉛錠外觀質(zhì)量的影響。
1.點檢員對鑄錠機連帶走輪重點巡查,對磨損的滾輪進行更換,按周期對滾輪進行潤滑,保持所有滾輪轉(zhuǎn)動靈活。
2.根據(jù)生產(chǎn)實際安排,對鑄錠機的軌道重新進行了直線度和平行度的找正,機架由于長期使用的關(guān)系,已發(fā)生形變,尤其是軌道接頭處,將誤差控制在2 mm以內(nèi)。
3.根據(jù)實際生產(chǎn)安排,定期對傳動輪進行檢修,將鏈輪拆下清洗,及時更換磨損部件,并充分潤滑。使傳動鏈平穩(wěn)運行。
4.對澆鑄口進行改造,可以考慮焊接一個彎頭,呈“T”字形或“L”形,減少鉛液流向模具的沖擊力,進而減少飛邊毛刺的產(chǎn)生。
5.嚴(yán)格落實點檢制度,每天對鑄錠機各個部位進行巡檢,發(fā)現(xiàn)異常及時處理,將問題解決在萌芽時期。
6.按周期清理模具內(nèi)腔,保證脫模效果,減少振打脫模。
通過以上分析及對應(yīng)處理,成品工段直線鑄錠機的振動程度及振動頻率明顯減少,鉛錠外觀中飛邊毛刺、空洞等現(xiàn)象不同程度地降低,鉛錠外觀質(zhì)量也進一步得到提升[3]。
以上從運動角度全面分析設(shè)備振動對精鉛外觀質(zhì)量的影響,生產(chǎn)中,造成鉛錠外觀質(zhì)量的原因往往是幾個因素的疊加,判斷分析時需要定性分析,逐一排除判定,有針對性地進行整改,盡量提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量。