李繼紅

（蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

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(diǎn)；相較于激光切割，斷面質(zhì)量幾近相同，無實(shí)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。

2 工藝布局及設(shè)備選型

2.1 工藝系統(tǒng)布局

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(yùn)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(yùn)系統(tǒng)包括原料、成品、端頭和邊條轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)的有效作業(yè)時間，設(shè)計配置2 個工位，保證切割與倒運(yùn)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

2.2 等離子切割機(jī)設(shè)備選型

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

2.3 真空垛板機(jī)設(shè)備選型

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(yùn)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(yùn)至堆垛臺。LZJ 型真空垛板機(jī)吸吊起重量大、吊運(yùn)可靠，除傳統(tǒng)吊運(yùn)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(yùn)。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

3 切割產(chǎn)能核算

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(yùn)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(yùn)至廢鋼斗內(nèi)。等離子切割完成的鋼板，迅速倒運(yùn)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。

4 結(jié)論

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。