不銹鋼中厚板切割系統設計

李繼紅

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司，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點；相較于激光切割，斷面質量幾近相同，無實質性差距，但設備投資及維護成本卻遠遠低于激光切割。因此，在不銹鋼中厚板切割行業，等離子切割得到了越來越多的應用。

2 工藝布局及設備選型

2.1 工藝系統布局

不銹鋼中厚板切割工藝系統主要由切割系統、物料轉運系統及輔助設施等組成。切割系統核心為等離子切割機；物料轉運系統包括原料、成品、端頭和邊條轉運及堆垛設備設施等，其核心為真空垛板機和天車；輔助設施包括供電、供氣、供水及防塵設施等。

另外，為減少本系統及相鄰工位工作人員作業過程中職業病危害因素接觸機會，在等離子切割區域邊設置防塵墻，可有效預防等離子切割過程中產生的煙塵及弧光輻射。為提高原料利用率，在原料堆垛區域設置鋼板限位樁，可使原料處于較為規整的初始位，減少切割過程中廢料產生量。

常規情況下，中厚板寬度B=1500～3300mm、長度L=2000～14000mm，為適應此類規格中厚板切割，并充分利用切割及物料倒運的有效作業時間，設計配置2 個工位，保證切割與倒運物料同時進行，進一步提高生產效率。

某不銹鋼加工車間中厚板切割工藝系統布置如圖1 所示。

圖1 不銹鋼中厚板切割工藝系統圖

2.2 等離子切割機設備選型

OmniMat TP 型全自動數控火焰等離子切割機采用PLC 進行控制，可對鋼板進行自動掃描，同時進行數據處理及自動調整。切割時采用等離子火焰干式切割，產生的煙塵通過隨機配備的阻燃型濾筒沉流式除塵器進行凈化處理，達到粉塵顆粒排放限值（≤10mg/m3）的標準進行排放。結合上述工藝，設計選用OmniMat TP 5500×38000 型等離子切割機，其工作臺長度為34000mm，可同時布置2 塊鋼板，1塊進行切割掃描作業，另1 塊進行上下料作業。OmniMat TP 5500×38000 型等離子切割機主要工藝參數見表1。

表1 OmniMat TP 型等離子切割機主要參數表

2.3 真空垛板機設備選型

真空垛板機常與等離子切割機配合使用，首先將垛板臺上的原料吊運至等離子切割機切割工位，待切割完畢后，再將成品從切割工位吊運至堆垛臺。LZJ 型真空垛板機吸吊起重量大、吊運可靠，除傳統吊運中厚板大塊原料及成品外，還可利用隨機配備的3T 電動單梁起重機，將切割后的廢端頭及邊條清理吊運。LZJ 型真空垛板機主要工藝參數見表2。

表2 LZJ 型真空垛板機主要參數表

3 切割產能核算

切割過程中產生的邊條在等離子切割機工作臺兩側暫存，每塊鋼板切割完畢后，將邊條切割為6m 左右長邊條，每3 塊鋼板產生的邊條用垛板機1次吊運至廢鋼斗。每塊鋼板切割產生的端頭每次用垛板機吊運至廢鋼斗內。等離子切割完成的鋼板，迅速倒運至成品存放區進行下道工序。

在中厚板切割過程中，垛板機摘掛鉤及起吊等耗時與鋼板規格無關，等離子切割機行走、切割、掃描等與鋼板規格有關，以常用最大中厚板規格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，經時間平衡，可切割6 塊鋼板。垛板機廢料清理及上原料板耗時小于等離子切割耗時，垛板機及天車聯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行核算，后1 塊鋼板按照聯合清理廢料耗時進行核算。

單次循環耗時如式（1）所示：

式中，T——單個循環完成時間，min/次；

t1——1工位切割時間，36min/次；

t2——2工位切割時間，36min/次；

t3——垛板機及天車清理廢料時間，34min/次。

經計算，單個循環完成時間T=214min/次。

本切割工藝系統在上述規格中厚板作業時，年產能如式（2）所示：

式中，Q——年產能，t/a；

C——不均衡系數，0.9；

n1——年工作天數，330d/a；

n2——天工作班次，3 班/d；

n3——每班循環次數，班/次；

q——單塊鋼板重量，5.15t/塊。

每班循環次數n3=8×60/214=2.24，取2 次/班。經計算，年產能為5.51×104t/a。

4 結論

定尺切割作為中厚板加工中重要的一環，對鋼鐵企業產品提質及優化具有重大的意義。本文主要論述了切割工藝系統的設備選型及時間和空間的平衡規劃等。合理的工藝系統配置可降低建設單位設備及廠房投資，提高生產效率，進一步提高產品競爭力和企業經濟效益。