基于國產化技術的連鑄打號機機械系統升級改造及應用

任 遠

(馬鋼股份公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243002)

連鑄分廠原板坯連鑄機采用的打號機機械系統在投用初始，使用效果優良，為連鑄機的持續生產提供強有力的保障。但隨著工業技術的發展和生產高效化的需求，其存在的問題慢慢顯現出來，已經嚴重影響了連鑄機的高效生產以及連鑄機的產品質量。

連鑄分廠板坯連鑄機原有打號機機械系統存在以下問題：打號機容易堵絲；打號機去鱗不干凈；打號不清晰且打號機零點位置容易丟失等故障。原打號機機械系統故障率高、維護困難且壽命短。因此板坯連鑄打號機機械系統的高效化工作是保障鋼廠生產效率和產品質量的重中之重。而擁有一套設備穩定性高、維修便利的打號機機械系統是實現連鑄機的高效生產以及連鑄機產品質量的前提和強有力的保障。

1 原打號機的原理及存在的問題

1.1 原打號機機械系統組成以及工作原理

原打號機機械系統由龍門架、橫移小車、機身框體、噴涂機構(見圖2)、送絲裝置、十字平臺、位置檢測單元、去鱗裝置(見圖3)等組成。(見圖1)

圖1 打號機機身示意圖

圖2 噴涂機構

圖3 去鱗裝置

系統接收鑄坯到位檢測信號后，橫移裝置啟動帶動機身橫移，當光電開關檢測到板坯后，縱向移動裝置開始工作，帶動打號機的機身向前移動，當打號機機身靠近板坯檢測裝置時停止移動。接著，將已經設定好的噴印字符信號發送到PLC系統，PLC系統對該字符串信號進行處理后會傳給噴涂裝置的伺服系統。噴涂裝置伺服系統控制噴涂機構在板坯上噴出字符；待所有字符噴涂完畢后，縱向移動裝置帶動打號機機身往后退，同時橫移裝置回到原始位置準備噴下一塊鑄坯。

1.2 存在的問題

首先，原打號機的去鱗裝置為旋轉式去鱗，在去鱗裝置長時間高速旋轉的情況下容易造成鱗片缺失導致切面的氧化鐵皮去除不干凈。打號機將字符串打在氧化鐵皮上，在運輸過程中氧化鐵皮脫落導致下一道工序在軋制板坯過程中無法追蹤該批次板坯的具體鋼種信息。其次打號機的噴頭裝置在X軸、Y軸、Z軸運動過程中由于潤滑不良以及現場灰塵污染大等原因造成打號機的機械裝置在三個方向上的運動精度不高，容易造成打號機零位丟失，影響后面的鑄坯打號。最后，原打號機的機械裝置位于連鑄生產工藝的最后一步，同時機械裝置的運動速度緩慢無法滿足現場打號需求。

2 改造方案

針對現場原打號機三軸機械系統的問題，新打號機采用工業機器人系統代替原先的三軸機械系統。同時將新機械手安裝位置在連鑄板坯橫移輥道的后方。

2.1 工作原理

金屬絲噴號的工作原理是：在噴涂系統中，兩根熔絲被均勻地送進到噴槍的導電嘴中，導電嘴與電弧電源的正負極相接，相交熔絲瞬間起弧熔融；高壓氣體通過氣體裝置通入噴槍，形成動力源，將熔融的熔絲液體吹出；同時機器人按照設定的軌跡運動，融化的金屬絲液體跟隨機器人按照設定的軌跡，均勻的噴射到板坯上，形成需要的字符，最后完成噴號。

2.2 打號機機械系統改造

2.2.1 設備系統構成

新機械手金屬絲噴號系統采用全新結構的噴涂系統，專門針對連鑄的高作業率和惡劣環境條件而設計，噴印速度快。且整個系統具有極高的設備穩定性。機械手金屬絲噴號系統包括噴涂系統、工業機器人系統、氣控系統、電控系統。機器人控制系統與噴涂機構為核心工作模塊，系統布置見圖4所示。

圖4 新機械手金屬絲噴號系統布置

2.2.2 設備優勢

機械手本體為最常用的機器人IRB XX00，該機械手是一款非常高效的通用機器人，為縮短節拍時間進行了優化，其纖巧的機身在高密度的工作單元內游刃有余。該機械手使生產單元布置更緊湊，主要特點有：一、周期至短：該機械手本體在ABB機器人同類家族中的加速度能夠達到最大。運行過程中機器人在避讓障礙物以及按照設定路徑運行時，可以始終保持最高加速度，從而實現連鑄機的高效生產。二、范圍大：該機械手本體的工作范圍廣，能夠實現工作距離、時間周期以及輔助設施等等很多方面的綜合優化。三、機身纖巧：該機械手本體的占地面積很小，機械手肘部纖細、上下臂緊湊、能夠有效的提高產量和生產效率。四、定位準確：該機械手采用高性能的工件定位器、運動追蹤、電機和齒輪組范圍。

2.3 打號機安裝位置改造

原打號機位于整個連鑄輥道的最末端。因為板坯連鑄采用的是雙流鑄坯，從而導致一個打號機需要打兩個流的板坯號，原打號機系統在使用初期由于產量不高，工藝不完善等原因導致拉速不快，原打號機能很好地勝任一機打雙流的工作強度。隨著設備技術的發展和煉鋼工藝高效化的需求，拉速逐漸提高，原打號機已經滿足不了一機打雙流。現改造方案將機械手金屬絲噴號系統安裝在連鑄板坯橫移輥道的后方。在此位置安裝兩臺機械手，分別對兩個流的鑄坯單獨打號，能夠從根本上解決原打號機一機打雙流因為拉速過快導致時間不夠的問題。見圖5所示。

3 改造后效果分析

新機械手金屬絲噴號系統的除磷裝置采用左右往返運動進行除磷。此種去鱗方式相比于旋轉式去鱗更加安全和可靠耐用，解決了原打號機去鱗不干凈以及需要經常更換去鱗裝置的問題。同時新機械手采用高性能的工件定位器、運動追蹤器，能夠精確定位鑄坯切面位置以及零點位置而且精度高，不會因為機械手的運動造成零位丟失。將原來存在的問題完美解決。改造后的打號機系統自投入正常使用以來，未發生打號機堵絲、打號機去鱗不干凈、打號不清晰且打號機零點位置容易丟失等現象。設備運行高效，工作狀態穩定，從根本上解決了原先打號機系統的設備故障頻發、維修保養困難等一系列問題。

圖5 新機械手打號機安裝位置

4 結語

通過此次打號機機械系統的升級改造，完美解決了原先的打號機機械系統運行中出現的各種問題，大大提高了設備運行的穩定性，降低了備件儲備以及設備維護難度。實現了連鑄機的高效生產，同時保證了連鑄機的產品質量。通過此次打號機機械系統改造，充分證明了中國某公司開發的國產化打號機機械手升級改造方案能夠完全滿足連鑄機打號系統嚴格的在線使用要求。