自动火焰切割机在厚板生产领域的应用

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随着国民经济的发展和企业经济实力的提高，越来越多的厚板厂采用自动火焰切割机进行厚板的头尾、定尺和试样的切割。
    1．火焰切割厚板的优点
    在厚板生产领域，由于受到投资和技术等多方面的约束，到目前为止，一般大于50mm厚度(或者屈服强度高)的毛边钢板仍不能采用机械剪切的方式进行切边、切头尾以及定尺、试样等剪切。因此，厚板生产中，对于生产线上无法用机械设备进行剪切的钢板，以及在钢板机械剪切生产线能力不足等情况下，生产企业往往需要采用其他切割方式进行成品切割，如采用火焰切割、等离子切割、激光切割等。其中，火焰切割方式由于具有切割效率高、切割成本低、投资少、维护简便等优点，使得这种切割方式在中厚板生产领域中得到比较广泛的应用。
   
                目前中厚板生产中几种切割方式的比较
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    切割方式       切割     切割钢   投资   切割   切割   环境
                   质量     板厚度   规模   效率   成本   污染
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    机械切割        好      ≤50mm   最大   最高     高   很低
    激光切割        好      ≤20mm     大   较高     高     低
    等离子切割    较好     ≤200mm   较大   较高   较高     大
    自动火焰切割  较低  基本无限制     低     高     低   一般
    人工火焰切割    低  基本无限制   最低     低   最低   较大
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    在国外，由于受到人工成本、劳动安全和环保要求等条件的制约，中厚板生产企业早已广泛采用了自动火焰切割机进行成品的切割，如德国的Dillingen厂、日本的川崎制铁水岛厚板厂以及韩国的浦项厚板厂等。在国内，特别是上世纪建设的中厚板厂一般采用的是人工火焰切割和半自动火焰切割方式。虽然上述两种切割方式设备简单、投资少，但存在切割效率低、劳动强度大、人工成本高、工作环境恶劣、劳动安全没有保障等缺点。
    进入二十一世纪，随着我国经济的发展和企业经济实力的提高，对劳动安全以及环境保护意识也随之增强，因此自动火焰切割机在国内厚板生产领域开始得到了重视和应用。
    2．自动火焰切割厚板的工艺要求
    在厚板生产厂，若对成品前的厚板进行自动火焰切割，则有其特定的生产工艺要求，这与造船业和机械制造等行业的自动火焰切割机有很大的不同。其切割生产工艺要求主要是：
    1）所有钢板切割工作一般均在主车间厂房内进行；
    2）切割前，钢板将由厂房吊车吊至特定的火焰切割台架上，要求自动火焰切割机能够自动定位和切割；
    3）由于切割前的厚板头尾和边部形状不规则，因而切割前必须要首先自动测得钢板的外部轮廓形状，才能根据成品钢板尺寸要求进行套裁；
    4）自动火焰切割机要根据钢板的不规则外形进行自动定位切割，包括头尾切割和边部切割；
    5）要在一块母板上根据工艺要求进行多块子板的自动套裁，或在钢板的规定位置上进行钢板试样的切割；
    6）为提高切割效率，要求自动火焰切割机多把割炬同时进行切割作业，而不会产生相互之间的干扰；
    7）自动火焰切割机要能够同时进行单工位或多工位的切割作业；
    8）由于厚板上料时往往具有一定的温度，因此自动火焰切割机对被切割的钢板温度要进行实时检测，并且要对产品钢板的尺寸进行温度补偿，以保证热态钢板切割后的冷态尺寸精度；
    9）由于厚板切割后废边重量大、宽度小，厂房吊车无法对其进行安全吊运，因此要求自动火焰切割机要具备同时横向分断废边的功能；
    10）厚板厂的年火焰切割钢板量非常大，所产生的废料量和熔渣量也很多，这就要求火焰切割场地的废料和熔渣易于清理，火焰切割台架要结实、简便、耐用；
    11）自动火焰切割机要能够根据上一级工厂计算机系统的要求，对已切割后的钢板进行自动标记；
    12）自动火焰切割机的中心计算机需要具备和厚板厂计算机系统进行数据通讯的功能。
    3．宝钢宽厚板厂厚板自动火焰切割机
    2002年，宝山钢铁股份有限公司(以下简称宝钢)为建设一座现代化的宽厚板厂，决定采用离线自动火焰切割机进行厚板的成品切割。
    现代切割以门式数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常快，可是当时国内切割行业主要是面向造船业和机械制造行业用户，而对于钢铁厚板生产厂的工作环境、特定工艺需求等知之甚少，其生产的自动火焰切割机的设备结构和电气控制功能都无法满足厚板生产的工艺要求。
    经过长时间的技术交流和接下来大量的技术研究工作，最终促成了国内厚板生产企业中第一个厚板自动火焰切割机的建设和应用。
    为满足宝钢宽厚板厂厚板生产工艺特定的厚板切割需求，厚板自动火焰切割机采用了以下的技术解决方案：
    1）采用计算机数字程序控制的全自动化切割方式(简称CNC切割)，从而实现了切割作业全过程的自动化控制；
    2）采用安装在切割小车上的激光扫描传感器对上料后的钢板进行全板面轮廓扫描，计算机系统对扫描采集的数据进行处理后拟合出被切割厚板的轮廓；
    3）火焰切割机组的计算机控制系统能根据切割工艺要求，合理的对切割钢板进行套料。即根据生产任务以及扫描得出的被切割钢板尺寸，在钢板上自动套排要切割的各种成品钢板尺寸以及试样板尺寸。同时，优化选定切割路径，减小切割热变形，提高切割精度；
    4）火焰切割机采用单梁箱形龙门式结构，其上布置有10把割炬和7个升降机头(布置如附图所示)。其中横梁前面设置6个升降机头，后面设置1个升降机头，前6个升降机头上装有10把割炬，其中4个升降机头各装有2把割炬，同时用于纵向切割、横向切割及废边切断。后1个升降机头则安装有一个测温仪、一个冲打标记装置及一个扫描头。
    5）采用与主割炬在同一升降机头的废边切割割炬，利用主割炬的余热，同时实现自动废边横向切断，废边横向切断时不影响主割炬纵向切边操作；
    6）每个割炬上设有电容式调高仪，自动检测割嘴与钢板间距离和控制割炬升降，保证割嘴与钢板之间的安全距离；
    7）每个割炬采用独立的横向驱动机构，因此每个割炬均具有“自动泊位”功能，能根据切割尺寸和钢板套料结果自动到达切割位置；
    8）每个割炬既能随切割小车进行纵向切割，也能在小车横梁上横向移动，可以满足厚板的头尾、定尺、侧边、剖分以及试样切割、废边切割等工作；
    9）每个割炬都配备有自动点火装置，具备割炬自动点火功能；
    10）切割机的驱动采用全数字式交流伺服驱动器和交流伺服电机，保证了切割小车和每个割炬的精确定位；
    11）切割机能够根据升降机头上所安装的测温仪实时对被切割钢板的温度进行检测，并根据温度补偿模型计算出温度补偿量，实时控制切割机割炬的运动轨迹，实现切割时钢板尺寸的温度补偿值；
    12）为适合大厚度钢板的切割和较高的环境温度，满足火焰切割工艺要求，在切割气路系统中采用了电气比例电磁阀自动无级调整切割气体(切割氧、预热氧和燃气)的流量和压力；
    13）切割小车的重要部位设有防护措施和隔热冷却装置；
    14）自动火焰切割机的计算机系统能够与宝钢厚板厂的L3计算机系统进行通信。根据L3计算机系统的指令，激活切割小车的钢板轮廓扫描功能，根据测温结果补偿运动轨迹，控制切割小车的各种运行参数，完成钢板的实际数据上报、存储等功能。
    4．厚板自动火焰切割机运行效果
    宝钢厚板自动火焰切割机2005年4月正式投入使用，经过一段时间的调试和改进，其应用情况表明，该火焰切割机组满足了厚板生产工艺的基本要求，操作维修简便、使用可靠，达到了前期设计效果。但在实际使用过程中也发现了如下问题：
    —    切割时易产生大量熔渣，熔渣清理劳动强度大且不易清除；
    —    火焰切割常产生钢板切割面的割伤，同时由于钢板割伤后要进行二次切割，易造成钢板的改尺处理，延长了钢板生产周期并增加了生产成本，造成产能和能源的浪费；
    —    自动火焰切割机的切割台架采用格栅型式，其在生产过程中易被切割破坏，且易降低切割小车的稳定性；
    —    对于板形不佳的特厚板(特别是侧面双鼓形)，其折叠部分不易一次切割完成。
    在宝钢宽厚板项目投产后，随着国内经济形势的好转，新的宽厚板项目如雨后春笋般不断涌现，更多的自动火焰切割机得以在不同的中板厂和宽厚板厂投入使用。各个项目在吸取宝钢自动火焰切割机使用经验的基础之上，对自动火焰切割机进行了革新和完善，特别是舞阳钢铁公司新建的4100mm宽厚板工程中，不仅改善了自动火焰切割机的性能，采用了喷粉画线的辅助装置，而且还开发了适用于自动火焰切割机切割时使用的新型火焰切割台架，解决了火焰切割台架易被切损的难题，使得自动火焰切割机的使用效率大大提高。
    5．结语
    考虑到国内最近几年厚板厂的建设形势，可以预测未来厚板市场的竞争会日趋激烈，这样就会对自动火焰切割机提出更高的技术性能要求，如何提高自动火焰切割机的切割质量和切割效率、减少熔渣的产生、降低能源介质的消耗、满足厚板厂更高的切割工艺要求，这将是从事厚板生产研究的技术人员和火焰切割机制造商未来共同努力的目标。