李繼紅
(蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)
在目前的不銹鋼中厚板切割工藝中,主要有火焰切割、激光切割和等離子切割3 種形式。等離子切割相較于火焰切割,具有斷面光潔、熱變形小、范圍更廣和效率更高等優(yōu)點;相較于激光切割,斷面質(zhì)量幾近相同,無實質(zhì)性差距,但設(shè)備投資及維護(hù)成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光切割。因此,在不銹鋼中厚板切割行業(yè),等離子切割得到了越來越多的應(yīng)用。
不銹鋼中厚板切割工藝系統(tǒng)主要由切割系統(tǒng)、物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及輔助設(shè)施等組成。切割系統(tǒng)核心為等離子切割機(jī);物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)包括原料、成品、端頭和邊條轉(zhuǎn)運及堆垛設(shè)備設(shè)施等,其核心為真空垛板機(jī)和天車;輔助設(shè)施包括供電、供氣、供水及防塵設(shè)施等。
另外,為減少本系統(tǒng)及相鄰工位工作人員作業(yè)過程中職業(yè)病危害因素接觸機(jī)會,在等離子切割區(qū)域邊設(shè)置防塵墻,可有效預(yù)防等離子切割過程中產(chǎn)生的煙塵及弧光輻射。為提高原料利用率,在原料堆垛區(qū)域設(shè)置鋼板限位樁,可使原料處于較為規(guī)整的初始位,減少切割過程中廢料產(chǎn)生量。
常規(guī)情況下,中厚板寬度B=1500~3300mm、長度L=2000~14000mm,為適應(yīng)此類規(guī)格中厚板切割,并充分利用切割及物料倒運的有效作業(yè)時間,設(shè)計配置2 個工位,保證切割與倒運物料同時進(jìn)行,進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
某不銹鋼加工車間中厚板切割工藝系統(tǒng)布置如圖1 所示。
圖1 不銹鋼中厚板切割工藝系統(tǒng)圖
OmniMat TP 型全自動數(shù)控火焰等離子切割機(jī)采用PLC 進(jìn)行控制,可對鋼板進(jìn)行自動掃描,同時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及自動調(diào)整。切割時采用等離子火焰干式切割,產(chǎn)生的煙塵通過隨機(jī)配備的阻燃型濾筒沉流式除塵器進(jìn)行凈化處理,達(dá)到粉塵顆粒排放限值(≤10mg/m3)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放。結(jié)合上述工藝,設(shè)計選用OmniMat TP 5500×38000 型等離子切割機(jī),其工作臺長度為34000mm,可同時布置2 塊鋼板,1塊進(jìn)行切割掃描作業(yè),另1 塊進(jìn)行上下料作業(yè)。OmniMat TP 5500×38000 型等離子切割機(jī)主要工藝參數(shù)見表1。
表1 OmniMat TP 型等離子切割機(jī)主要參數(shù)表
真空垛板機(jī)常與等離子切割機(jī)配合使用,首先將垛板臺上的原料吊運至等離子切割機(jī)切割工位,待切割完畢后,再將成品從切割工位吊運至堆垛臺。LZJ 型真空垛板機(jī)吸吊起重量大、吊運可靠,除傳統(tǒng)吊運中厚板大塊原料及成品外,還可利用隨機(jī)配備的3T 電動單梁起重機(jī),將切割后的廢端頭及邊條清理吊運。LZJ 型真空垛板機(jī)主要工藝參數(shù)見表2。
表2 LZJ 型真空垛板機(jī)主要參數(shù)表
切割過程中產(chǎn)生的邊條在等離子切割機(jī)工作臺兩側(cè)暫存,每塊鋼板切割完畢后,將邊條切割為6m 左右長邊條,每3 塊鋼板產(chǎn)生的邊條用垛板機(jī)1次吊運至廢鋼斗。每塊鋼板切割產(chǎn)生的端頭每次用垛板機(jī)吊運至廢鋼斗內(nèi)。等離子切割完成的鋼板,迅速倒運至成品存放區(qū)進(jìn)行下道工序。
在中厚板切割過程中,垛板機(jī)摘掛鉤及起吊等耗時與鋼板規(guī)格無關(guān),等離子切割機(jī)行走、切割、掃描等與鋼板規(guī)格有關(guān),以常用最大中厚板規(guī)格12000×1800×30mm(長×寬×厚)為例,其單重為5.15t/塊。切割工藝過程各工序耗時見表3。
表3 等離子切割各工序耗時表
根據(jù)表3,鋼板切割時間為24min(步驟1~11),鋼板廢料清理及上原料板時間為20min(步驟12~16)。另外,每切割3 塊鋼板,用天車清理1 次廢邊條至廢鋼斗,時間為14min(步驟17)。以第一塊鋼板切割至清理一次廢邊條為1 個循環(huán),經(jīng)時間平衡,可切割6 塊鋼板。垛板機(jī)廢料清理及上原料板耗時小于等離子切割耗時,垛板機(jī)及天車聯(lián)合清理廢料耗時大于等離子切割耗時。2工位工作時,前5塊鋼板按照切割耗時進(jìn)行核算,后1 塊鋼板按照聯(lián)合清理廢料耗時進(jìn)行核算。
單次循環(huán)耗時如式(1)所示:
式中,T——單個循環(huán)完成時間,min/次;
t1——1工位切割時間,36min/次;
t2——2工位切割時間,36min/次;
t3——垛板機(jī)及天車清理廢料時間,34min/次。
經(jīng)計算,單個循環(huán)完成時間T=214min/次。
本切割工藝系統(tǒng)在上述規(guī)格中厚板作業(yè)時,年產(chǎn)能如式(2)所示:
式中,Q——年產(chǎn)能,t/a;
C——不均衡系數(shù),0.9;
n1——年工作天數(shù),330d/a;
n2——天工作班次,3 班/d;
n3——每班循環(huán)次數(shù),班/次;
q——單塊鋼板重量,5.15t/塊。
每班循環(huán)次數(shù)n3=8×60/214=2.24,取2 次/班。經(jīng)計算,年產(chǎn)能為5.51×104t/a。
定尺切割作為中厚板加工中重要的一環(huán),對鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品提質(zhì)及優(yōu)化具有重大的意義。本文主要論述了切割工藝系統(tǒng)的設(shè)備選型及時間和空間的平衡規(guī)劃等。合理的工藝系統(tǒng)配置可降低建設(shè)單位設(shè)備及廠房投資,提高生產(chǎn)效率,進(jìn)一步提高產(chǎn)品競爭力和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。