閆樹軍 何邦貴 孟 煒 雷福祥 周會(huì)杰

(1:塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 新疆阿拉爾843300；2:昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 云南昆明650093)

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熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)開發(fā)難點(diǎn)與建議①

閆樹軍②何邦貴2孟 煒1雷福祥1周會(huì)杰1

(1:塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 新疆阿拉爾843300；2:昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 云南昆明650093)

企業(yè)要想在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新是唯一的出路。通過對(duì)鋼鐵市場(chǎng)需求以及中小鋼企現(xiàn)狀分析，結(jié)合現(xiàn)有熱鋼打碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及不足，目前中小鋼企在熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)開發(fā)上的關(guān)鍵難點(diǎn)，提出了開發(fā)新系統(tǒng)的一些步驟，給中小鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新開發(fā)新系統(tǒng)提供參考。

熱鋼坯端面 自動(dòng)打碼 建議

1 熱鋼端面打碼介紹

目前鋼鐵企業(yè)主要是應(yīng)用連鑄生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行型鋼的生產(chǎn)，工藝如圖1所示。鋼液從煉鋼爐流出來，開始進(jìn)行爐外精煉，然后從盛鋼桶流入中間包，經(jīng)過軋鋼機(jī)得到熱鋼坯，送軋后得到不同形狀的鋼坯，經(jīng)熱鋼打碼機(jī)標(biāo)識(shí)后進(jìn)行冷卻處理，最后庫存。整個(gè)流程中，鋼坯有可能出現(xiàn)純凈度不高(雜物含量過高、形態(tài)分布不均等)、表面缺陷(裂紋、夾渣、皮下氣泡等)、內(nèi)部缺陷(裂紋、偏折等)、形狀缺陷(方坯脫方、板坯鼓肚等)等質(zhì)量問題[1]，為了能快速清楚地對(duì)鋼坯問題進(jìn)行排查，就必須將生產(chǎn)型鋼所有的信息(諸如鋼廠、鋼號(hào)、熔煉爐號(hào)以及生產(chǎn)日期等)標(biāo)識(shí)在鋼身上，這樣做主要是為了保證型鋼質(zhì)量，在出現(xiàn)問題后能通過這些信息對(duì)問題進(jìn)行及時(shí)徹查，避免不合格的產(chǎn)品流入市場(chǎng)，給企業(yè)造成影響。

標(biāo)識(shí)的位置可在鋼坯端面，也可在鋼身，考慮到倉儲(chǔ)和物流的方便，產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的位置選擇在端面具有足夠的優(yōu)勢(shì)：倉儲(chǔ)和物流中由于鋼坯是堆放在一起的，鋼身上的標(biāo)識(shí)不易檢測(cè)，標(biāo)識(shí)在端面，可以非常容易檢測(cè)到。但端面標(biāo)識(shí)對(duì)于打碼裝置的要求會(huì)更高，若是在鋼身標(biāo)識(shí)，在生產(chǎn)線上可以通過滾壓式非常方便的打上印跡；而端面標(biāo)識(shí)，存在三個(gè)問題，一是端面面積較小，打碼頭對(duì)正要求較高；二是軋制后的鋼坯運(yùn)動(dòng)軌跡雜亂，不易于操控；三是多流鋼坯同時(shí)運(yùn)動(dòng)，時(shí)間不一，端面不對(duì)齊，給打碼統(tǒng)一帶來困難。

圖1 型鋼生產(chǎn)工藝流程圖

2 人工打碼方式存在的問題

目前國(guó)外的鋼鐵企業(yè)一般都是采用自動(dòng)打碼的方式，但由于國(guó)外現(xiàn)有熱鋼端面打碼機(jī)價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，不利于在國(guó)內(nèi)普及，同時(shí)現(xiàn)有的打碼裝置只是針對(duì)單流鋼坯進(jìn)行標(biāo)識(shí)，無法滿足企業(yè)多元的要求。國(guó)內(nèi)鋼企以及科研院所對(duì)于熱鋼端面在線打碼系統(tǒng)的開發(fā)也有一定的研究，然而還是存在打碼穩(wěn)定性差，打碼質(zhì)量不過關(guān)，主要對(duì)象也是單流鋼坯，不利于推廣使用的特點(diǎn)。所以國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)，特別是中小企業(yè)大多采用的還是人工打碼的方式，這種打碼方式造成工作效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，更為嚴(yán)重的是錯(cuò)碼事故較多，造成混鋼。

鋼鐵企業(yè)型鋼生產(chǎn)線上目前熱鋼在線打碼主要是靠人工來完成，當(dāng)紅熱鋼坯連鑄之后經(jīng)軋制由運(yùn)輸輥道運(yùn)送到打碼位置時(shí)，在操作間的工人通過輥道控制裝置使其停止運(yùn)動(dòng)，打碼工人(至少兩人)拿工具過來完成打碼，其中一人拿碼頭對(duì)準(zhǔn)熱鋼坯打碼位置，另一人用大錘在其上敲擊，完成打碼工作；操作間開動(dòng)輥道，打完碼的鋼坯經(jīng)輥道運(yùn)動(dòng)到指定位置進(jìn)行冷卻。

這種采用人工打碼方式存在的主要問題有：

1)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；

2)由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境比較惡劣，很容易引發(fā)安全事故，如生產(chǎn)大端面方圓鋼時(shí)，高溫輻射比較大，夏天工人易出現(xiàn)中暑現(xiàn)象；舞動(dòng)大錘打印過程中，容易出現(xiàn)大錘(或錘頭)飛出傷人；

3)打碼質(zhì)量不好，錯(cuò)打、漏打、打碼不清等情況較多；錯(cuò)打：主要是印盒裝錯(cuò)或者是在需要更換印盒的時(shí)候沒有及時(shí)更換造成；漏打：主要是生產(chǎn)節(jié)奏較快(尤其是成排鋸切的時(shí)候)時(shí)出現(xiàn)漏打現(xiàn)象；打不清：主要是人工打碼過程中，由于錘頭打在印盒上的落點(diǎn)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致印盒受力不均出現(xiàn)的；據(jù)統(tǒng)計(jì)，中型鋼鐵企業(yè)每年由于打印錯(cuò)誤產(chǎn)生的廢品給企業(yè)造成很大的損失；

4)打碼速度慢，直接影響軋機(jī)效率，經(jīng)濟(jì)效益不高；對(duì)于中型鋼鐵企業(yè)，若使用自動(dòng)打碼裝置，每年以降低打印影響軋制的節(jié)奏，提高軋機(jī)作業(yè)有效時(shí)間，計(jì)算直接經(jīng)濟(jì)效益將超過300萬元；

5)打碼的打印大錘、字頭、印盒等備件消耗過高。

如能實(shí)現(xiàn)熱鋼端面在線自動(dòng)打碼，對(duì)改善以上問題將會(huì)有極大地促進(jìn)作用，一是達(dá)到方圓鋼在線自動(dòng)打?。欢鞘狗綀A鋼打印字符清楚、明了，減少了由廢品造成的損失，提高了方圓鋼質(zhì)量，且為物流暢通創(chuàng)造良好的條件；三是方圓鋼在線自動(dòng)打碼機(jī)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，工人勞動(dòng)強(qiáng)度將明顯減小。

3 熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)開發(fā)難點(diǎn)分析

熱鋼端面在線打碼指的是紅熱鋼坯在連鑄之后經(jīng)軋機(jī)軋制在運(yùn)輸輥道上進(jìn)行端面標(biāo)記，該標(biāo)識(shí)碼是型鋼在倉儲(chǔ)、流通、使用時(shí)的身份碼，是追溯產(chǎn)品質(zhì)量的主要依據(jù)[2]。

熱軋型鋼端面打碼受制于鋼企生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜情況，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)存在較大的技術(shù)難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：①熱軋型鋼采用在線連續(xù)生產(chǎn)方式，經(jīng)過多臺(tái)鋸切機(jī)鋸切后成為初級(jí)產(chǎn)品，型鋼在傳輸輥道上做縱向運(yùn)行，其運(yùn)動(dòng)軌跡具有隨機(jī)性；②型鋼的規(guī)格型號(hào)多變，諸如150～260mm2、120～400mm、60×75mm2四連體方鋼、75×75mm2三連體方鋼等；③熱鋼打碼需要在高溫條件下進(jìn)行，以降低打碼的阻力，一般在600～800℃之間，并且需要在較快的時(shí)間內(nèi)(10s內(nèi))完成一次打碼動(dòng)作。

1)按照鋼材業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)方便查找及流通的需求[4]，鋼坯上必須打印的主要參數(shù)有：

(1)采用特制的鋼碼號(hào)在鋼料的端面打上具有”凹”形的字體，在鋼坯端面留下永久性的痕跡；

(2)打印字符數(shù)量：1～20個(gè)(阿拉伯?dāng)?shù)字加大小寫英文字符)，打印行數(shù)：1～2行，排間距及每排打印字符數(shù)量根據(jù)用戶要求設(shè)定；

(3)打印深度：1～3mm；

(4)可在20～1000℃溫度變化范圍內(nèi)工作，一般打印溫度控制在600～800℃；

(5)打印速度：8～15s(盡量控制在10s以內(nèi))。

2)某鋼鐵企業(yè)軌梁廠型鋼生產(chǎn)線上熱鋼坯在經(jīng)過軋制后要快速運(yùn)動(dòng)到打碼位置，而且經(jīng)過軋制的熱鋼坯在輥道上的位置并不統(tǒng)一，這個(gè)不統(tǒng)一包括熱鋼坯自身相對(duì)于輥道的位置和熱鋼坯端面之間的相對(duì)位置，這就給打碼動(dòng)作帶來一定的難度。所以在熱鋼坯到達(dá)打碼位置之前，必須有一定的信息反饋，這就要求有適合的配套檢測(cè)系統(tǒng)，最終的打碼動(dòng)作要由氣缸沖擊來完成，以保證打碼速度，兩者之間的聯(lián)系必須由計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，最終的熱鋼打碼裝置必將是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，應(yīng)該包含有機(jī)械系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和能源系統(tǒng)。

3)整個(gè)系統(tǒng)需要達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)有：

(1)方圓鋼端面實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)打碼(采用人機(jī)結(jié)合打碼方式，以自動(dòng)打碼為主，人工打碼為輔)；

(2)打碼字符清楚、明了，且鋼坯暴露在廠房外，標(biāo)記也不會(huì)因?yàn)樯P而丟失或不容易識(shí)別，清晰度達(dá)到100%，為物流暢通創(chuàng)造好的條件；

(3)打碼系統(tǒng)應(yīng)具有鋼坯生產(chǎn)情況追蹤和智能存儲(chǔ)功能，以便對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤管理，出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，能按照鋼坯上的編號(hào)迅速查找出生產(chǎn)該鋼坯的爐次或環(huán)節(jié)，及時(shí)更正以減少損失，在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警或提示，達(dá)到安全生產(chǎn)。

4 結(jié)論與建議

人工打碼存在工作效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，改革勢(shì)在必行，但在研究開發(fā)新的打碼系統(tǒng)時(shí)一定要結(jié)合目標(biāo)鋼鐵企業(yè)熱鋼打碼生產(chǎn)線現(xiàn)有外部條件對(duì)在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)的開發(fā)與研究的約束問題進(jìn)行分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)鋼坯生產(chǎn)企業(yè)的需求和生產(chǎn)現(xiàn)狀，并吸取國(guó)外廠家的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，著手開發(fā)研制一套成本較低，工作效率、定位精度和穩(wěn)定性較高的熱鋼坯打碼機(jī)。

自動(dòng)打碼裝置能完成打碼工作最終將受到企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，因此需要考慮約束條件并給出相應(yīng)的解決措施。目前看來，最主要的外部約束條件就是自動(dòng)打碼裝置的安裝與現(xiàn)有方圓鋼運(yùn)輸輥道之間的結(jié)合問題，某鋼企煉鋼爐中鋼液經(jīng)連鑄軋制后由運(yùn)輸輥道往目的地輸送，并進(jìn)行切割，每一根傳動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)都由電機(jī)帶動(dòng)。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮避免打碼裝置與輥道之間的碰撞，在對(duì)輥道做最少的處理前提下來完成兩者之間的結(jié)合。

5 結(jié)束語

總之，開發(fā)一套經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的熱鋼端面打碼系統(tǒng)，一定離不開最新設(shè)計(jì)理論的支持；要對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有熱鋼打碼技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，取其精華；并結(jié)合國(guó)內(nèi)中小鋼企現(xiàn)有設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)條件，利用已有資源進(jìn)行合理創(chuàng)新與開發(fā)?；镜牟襟E可以按照以下幾步來進(jìn)行：

1)尋找合理的熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論支持

通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的研究和比較，結(jié)合熱鋼端面打碼設(shè)備的特點(diǎn)，找到適合解決企業(yè)創(chuàng)新實(shí)際問題的方法，并建立創(chuàng)新解決的標(biāo)準(zhǔn)模型；

2)熱鋼端面在線自動(dòng)打碼需求分析

結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有打碼裝置的特點(diǎn)及發(fā)展情況，并通過對(duì)企業(yè)打碼現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，型鋼生產(chǎn)線上現(xiàn)有的人工打碼方式已經(jīng)成為制約企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的瓶頸，熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)的研究迫在眉睫；結(jié)合企業(yè)鋼鐵生產(chǎn)線的具體技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)有的外部條件，建立模型進(jìn)行創(chuàng)新研究；

3)對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入研究，找到影響打碼效率的關(guān)鍵所在，得到不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行比較和優(yōu)選，得到最優(yōu)的打碼結(jié)構(gòu)；

4)熱鋼端面在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)的構(gòu)成分析

打碼結(jié)構(gòu)選定之后，對(duì)整個(gè)熱鋼端面打碼系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，找到系統(tǒng)的不同組成部分，建立打碼系統(tǒng)的初步模型，并進(jìn)行模擬，使其性能達(dá)到最優(yōu)；

5)制造和實(shí)驗(yàn)熱鋼在線自動(dòng)打碼系統(tǒng)的實(shí)踐階段，試制并在制造裝配過程中不斷優(yōu)化，最終達(dá)到提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)收益的目的。

[1]陳星.2011年上半年我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)出口分析[J].冶金管理,2011,(8):32-35.

[2]朱立光,王碩明等.現(xiàn)代連鑄工藝與實(shí)踐.石家莊:河北科學(xué)技術(shù)出版社,2000.

[3]羅玉元.鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)識(shí)設(shè)備的現(xiàn)狀及技術(shù)分析[J].冶金設(shè)備,2001,12:47-50.

[4]呂福在.鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)識(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展.第三屆先進(jìn)軋鋼精整、包裝及鋼材加工輸送技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)，2010:1-10.

Some Difficulties and Suggestions of Hot Steel End On-Line Automatic Coding System Development

Yan Shujun1He Banggui2Meng wei1Lei fuxiang1Zhou Huijie1

(1:College of Mechanical and Electrical Engineeing of Tarim University, Alar 650039; 2:College of Mechanical and Electrical Engineeing of Kunming University of Science and Technology, Kunming 650039)

The innovation of the technology and equipment is the only road with enterprise want to in the fierce competition. The article analysis of the steel market demand and the current situation of small and medium-sized steel mills, combined with the existing advantages and disadvantages of hot billet code technology, given the technical difficulties for the present small and medium-sized steel enterprises in the development of automatic marking system of hot billet end online presence, and puts forward some steps in the development of a new system, to provide references for the innovation and development of new system of small and medium-sized iron and steel enterprises.

Hot billet end Automatic code Suggestion

云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2008CD188)

閆樹軍，男，1980年出生，塔里木大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械工程系，講師，碩士，主要從事機(jī)械創(chuàng)新方面的研究1

TG333.2

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.020

2013-11-19)