萊鋼寬厚板拋丸機設備改造研究與應用

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60 年代開始從國外引進拋丸機設備，經歷了仿制、自主開發的漫長過程，至今已基本具備了各類型拋噴丸清理設備的能力，成套成線設備主要用于鋼材預處理線[1-3]。隨著拋丸技術的應用越來越廣泛，用戶對拋丸設備也提出了更高的要求，為了滿足使用要求，這就需要對一些現有設備進行不斷的改善，對新型拋丸清理設備進行研究開發，由此也推動了國內外的拋丸技術不斷提升[4]。

寬厚板熱處理產品在進入熱處理爐前如果無法有效去除其表面的氧化鐵皮，進入熱處理爐后將會形成爐底輥結瘤。熱處理爐輥印是長期困擾輥底式熱處理爐的嚴重質量問題。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大的挑戰[5-7]。

山鋼萊蕪分公司寬厚板事業部熱處理生產線的拋丸機由DISA 公司設計、于2008 年安裝投入使用，屬于通過式連續拋丸機，主要由拋頭、預刮板、大輥刷、螺旋輸送器、氣控系統和電控系統等部分構成。上下部共有10 個拋頭?，F階段該產線一臺拋丸機需要滿足3 座熱處理爐原料供應，平均每個班開啟設備6 h，每月處理鋼板2.6 萬噸。

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

該文針對拋丸機存在的問題，對拋丸機進行設備改造，保證了拋丸機穩定運行。

1 設備運行狀況

1.1 程序對不平度要求高，影響生產

拋丸機為保護內部結構，對鋼板的不平度要求較高，當鋼板不平度超過15 mm/m 時，拋丸機將自動報警，無法生產。嚴重制約了現場生產。

1.2 拋丸機拋頭故障多，維護成本高

拋丸機在開啟運行時，拋頭有負載和空載2 個狀態。在拋鋼時，丸料輸送口氣動閥打開，丸料輸送至拋頭內部由葉片將丸料拋射輸出，此時拋頭處于負載狀態。拋鋼完成丸料輸送口關閉，拋頭內部無丸料，此時拋頭空載運行。拋頭電機無論在負載狀態還是空載狀態都以工頻運行，設備長期高負載運行導致故障率較高。

1.3 拋丸后殘余丸料多，影響鋼板質量

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，當鋼板進行下線堆垛時，殘余在鋼板表面的丸料會壓入鋼板，形成表面缺陷，嚴重影響產品質量。

1.4 拋丸機拋頭電機無法線上潤滑

拋丸機拋頭作為拋丸作業的執行機構，是使用頻率最高的部位之一，無論拋丸作業還是空載運行，拋頭電機始終處于高速運行狀態。由于原備件電機沒有設計加油孔，無法進行線上潤滑，電機高溫和現場灰塵等因素導致拋頭使用一定時間后，拋頭電機軸承因潤滑不足而損壞。由于該拋丸機的拋頭葉輪直接套在電機軸頭上，電機損壞即需要整體更換拋頭，增加維修成本。

1.5 葉片質量不均造成拋頭震動

葉片屬于易損件，需要儲備大量備件，備件受材料及生產批次影響，一片葉片質量在2 000 g～2 300 g，質量存在不均勻的情況。拋丸機拋頭內葉輪上有8 片葉片，在一臺37 kW電機帶動下高速旋轉，轉速達2 950 r/min，如果葉片質量不均則會導致拋頭葉輪在高速轉動下產生巨大離心力，會導致拋丸機拋頭劇烈震動，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 設備改造方案

2.1 開發拋丸機單面拋丸技術

對于板形不好的鋼板，修改拋丸機控制程序，加大拋丸機對鋼板不平度的報警值，同時自動調整拋丸機內部大輥刷和預刮板的位置，確保設備安全。同時開發下表面單面拋丸技術，確保生產順利進行。1）增大拋丸機板型不平度最大允許值。將拋丸機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。經修改后，絕大部分鋼板能順利通過拋丸機而不報警，有效解決了板型不好拋丸機就報警的問題。2）實現上/下拋頭分開控制。通過研究外方的拋丸機程序和設備結構特點，經過不斷研究和優化，通過修改外方程序，控制5 個上拋頭的氣動閥，使其關閉不出丸料， 5 個下拋頭正常拋鋼，實現拋丸機的單面拋丸技術。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）實現預刮板、大輥刷的自動控制。拋丸機單面拋丸時，采用預刮板提升至高位，以保護預刮板裝置；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的單缸控制上下2 個拋頭的控制模式優化，實現單缸控制下拋頭的控制模式。通過增加轉換按鈕，實現拋丸機正常運行下的拋丸模式轉換，即通過一個旋轉按鈕的控制，實現鋼板雙面拋丸與單面拋丸的模式轉換，快速實現拋丸機拋丸模式的轉換。

2.2 拋頭電機變頻改造

由于該生產線拋丸機平均每天都保持運行狀態達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載條件下運行，導致設備故障率較高?，F經過充分論證后拋頭進行了變頻改造，在拋丸機內部無鋼板通過，丸料輸送口關閉后拋頭電機進入低頻空載運行模式降低功耗。

2.3 增加拋丸機后吹掃系統

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

利用現場壓縮空氣氣源，在拋丸機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置為200 mm。現場壓縮空氣壓力為6 kg。采用的壓縮空氣管徑和噴嘴數量的設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，在該吹掃系統后，增加一側面吹掃裝置。該裝置也通過氣動閥控制，可以通過壓縮空氣從鋼板側面的吹掃，將前期未吹掃干凈的丸料進行二次吹掃。

為了實現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PLC 控制氣動閥的開、關。在拋丸機出口現成有一鋼板檢測光柵，當鋼板頭部被該光柵檢測到后，PLC 控制氣動閥開始吹掃，當檢測到鋼板尾部離開光柵后，清掃系統停止吹掃，從而實現清掃系統的自動控制。

圖1 壓縮空氣管路平面布置示意圖

2.4 拋頭電機軸承結構改造

為了解決原拋頭電機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，定期加油潤滑保證電機正常運行，逐步替代現有拋頭電機。對現有原型號備件電機進行改造，在外部增加電機軸承加油孔，同時提高密封精度和裝配精度避免現場灰塵進入損壞電機軸承。定期更換拋頭電機避免電機損壞造成故障停機。

2.5 拋頭動平衡系統研究

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

3 結語

針對拋丸機在使用過程中出現的設備問題，進行了拋丸機單面拋技術開發，拋頭電機變頻化改造以及拋丸機后吹掃系統改造等措施。通過以上改造，解決了拋丸機設備報警多影響生產，拋頭電機故障多以及拋丸后鋼板表面殘余丸料多影響生產效率和產品質量等問題。保證設備穩定運行，提高了生產效率。