莱钢宽厚板抛丸机设备改造研究与应用

史 强

（山东钢铁股份有限公司，山东 莱芜 271104）

0 前言

我国自20 世纪60 年代开始从国外引进抛丸机设备，经历了仿制、自主开发的漫长过程，至今已基本具备了各类型抛喷丸清理设备的能力，成套成线设备主要用于钢材预处理线[1-3]。随着抛丸技术的应用越来越广泛，用户对抛丸设备也提出了更高的要求，为了满足使用要求，这就需要对一些现有设备进行不断的改善，对新型抛丸清理设备进行研究开发，由此也推动了国内外的抛丸技术不断提升[4]。

宽厚板热处理产品在进入热处理炉前如果无法有效去除其表面的氧化铁皮，进入热处理炉后将会形成炉底辊结瘤。热处理炉辊印是长期困扰辊底式热处理炉的严重质量问题。在建造船舶，钻井平台等海洋工程项目中，对钢材表面质量更是具有很高的要求，这也对钢板表面处理工作提出了相当大的挑战[5-7]。

山钢莱芜分公司宽厚板事业部热处理生产线的抛丸机由DISA 公司设计、于2008 年安装投入使用，属于通过式连续抛丸机，主要由抛头、预刮板、大辊刷、螺旋输送器、气控系统和电控系统等部分构成。上下部共有10 个抛头。现阶段该产线一台抛丸机需要满足3 座热处理炉原料供应，平均每个班开启设备6 h，每月处理钢板2.6 万吨。

该设备在使用过程中存在对钢板的板型要求较高，设备经常报警无法抛丸；抛头电机为工频电机，抛头故障率高；钢板抛丸后，钢板上表面残余丸料多，导致钢板表面压痕缺陷等问题。

该文针对抛丸机存在的问题，对抛丸机进行设备改造，保证了抛丸机稳定运行。

1 设备运行状况

1.1 程序对不平度要求高，影响生产

抛丸机为保护内部结构，对钢板的不平度要求较高，当钢板不平度超过15 mm/m 时，抛丸机将自动报警，无法生产。严重制约了现场生产。

1.2 抛丸机抛头故障多，维护成本高

抛丸机在开启运行时，抛头有负载和空载2 个状态。在抛钢时，丸料输送口气动阀打开，丸料输送至抛头内部由叶片将丸料抛射输出，此时抛头处于负载状态。抛钢完成丸料输送口关闭，抛头内部无丸料，此时抛头空载运行。抛头电机无论在负载状态还是空载状态都以工频运行，设备长期高负载运行导致故障率较高。

1.3 抛丸后残余丸料多，影响钢板质量

由于部分钢板不平度较差，钢板抛丸后会有部分丸料留在钢板表面，当钢板进行下线堆垛时，残余在钢板表面的丸料会压入钢板，形成表面缺陷，严重影响产品质量。

1.4 抛丸机抛头电机无法线上润滑

抛丸机抛头作为抛丸作业的执行机构，是使用频率最高的部位之一，无论抛丸作业还是空载运行，抛头电机始终处于高速运行状态。由于原备件电机没有设计加油孔，无法进行线上润滑，电机高温和现场灰尘等因素导致抛头使用一定时间后，抛头电机轴承因润滑不足而损坏。由于该抛丸机的抛头叶轮直接套在电机轴头上，电机损坏即需要整体更换抛头，增加维修成本。

1.5 叶片质量不均造成抛头震动

叶片属于易损件，需要储备大量备件，备件受材料及生产批次影响，一片叶片质量在2 000 g～2 300 g，质量存在不均匀的情况。抛丸机抛头内叶轮上有8 片叶片，在一台37 kW电机带动下高速旋转，转速达2 950 r/min，如果叶片质量不均则会导致抛头叶轮在高速转动下产生巨大离心力，会导致抛丸机抛头剧烈震动，极大地降低抛头使用寿命增加维修成本，同时易使抛头压板螺栓断裂造成安全隐患。

2 设备改造方案

2.1 开发抛丸机单面抛丸技术

对于板形不好的钢板，修改抛丸机控制程序，加大抛丸机对钢板不平度的报警值，同时自动调整抛丸机内部大辊刷和预刮板的位置，确保设备安全。同时开发下表面单面抛丸技术，确保生产顺利进行。1）增大抛丸机板型不平度最大允许值。将抛丸机入口厚度检测光栅的不平度最大允许值由15 mm/m 改为40 mm/m。经修改后，绝大部分钢板能顺利通过抛丸机而不报警，有效解决了板型不好抛丸机就报警的问题。2）实现上/下抛头分开控制。通过研究外方的抛丸机程序和设备结构特点，经过不断研究和优化，通过修改外方程序，控制5 个上抛头的气动阀，使其关闭不出丸料， 5 个下抛头正常抛钢，实现抛丸机的单面抛丸技术。对于板形不好的钢板，通过程序修改，只用下抛头抛钢板下表面。既能保证炉底辊，又能有效减少钢板上表面残余丸料，减少职工劳动量。3）实现预刮板、大辊刷的自动控制。抛丸机单面抛丸时，采用预刮板提升至高位，以保护预刮板装置；辊刷清扫装置下降，大辊刷的压下量由正常时的15 mm 改为40 mm，使刷毛能更多的接触钢板，有效清除了钢板表面残余丸料。将丸料流量控制系统的单缸控制上下2 个抛头的控制模式优化，实现单缸控制下抛头的控制模式。通过增加转换按钮，实现抛丸机正常运行下的抛丸模式转换，即通过一个旋转按钮的控制，实现钢板双面抛丸与单面抛丸的模式转换，快速实现抛丸机抛丸模式的转换。

2.2 抛头电机变频改造

由于该生产线抛丸机平均每天都保持运行状态达18 h以上，抛头始终工频运行造成的能源损耗较大，同时抛头始终在高负载条件下运行，导致设备故障率较高。现经过充分论证后抛头进行了变频改造，在抛丸机内部无钢板通过，丸料输送口关闭后抛头电机进入低频空载运行模式降低功耗。

2.3 增加抛丸机后吹扫系统

为了防止板型不好导致残余丸料较多，清理丸料会造成停机时间过长，且职工劳动强度大，不利于生产。研究抛丸机后清理系统的运行，减少残余丸料。

利用现场压缩空气气源，在抛丸机出口增加压缩空气吹扫装置，使用为防止压缩空气压力小，使用管径为φ100的气管。压缩空气系统布置图如图1 所示。

在气管上每间隔200 mm 安装压缩空气喷嘴。喷嘴与钢板表面角度以300°为宜。喷嘴距离钢板高度设置为200 mm。现场压缩空气压力为6 kg。采用的压缩空气管径和喷嘴数量的设置能够保证压缩空气足够大，以保证能够有效地将丸料从钢板上表面清除。另外，在该吹扫系统后，增加一侧面吹扫装置。该装置也通过气动阀控制，可以通过压缩空气从钢板侧面的吹扫，将前期未吹扫干净的丸料进行二次吹扫。

为了实现清扫装置的自动控制，在管路上分别安装手阀和气动阀。通过抛丸机PLC 控制气动阀的开、关。在抛丸机出口现成有一钢板检测光栅，当钢板头部被该光栅检测到后，PLC 控制气动阀开始吹扫，当检测到钢板尾部离开光栅后，清扫系统停止吹扫，从而实现清扫系统的自动控制。

图1 压缩空气管路平面布置示意图

2.4 抛头电机轴承结构改造

为了解决原抛头电机无法线上润滑的缺陷，在备件采购时更换为具有线上润滑功能的相同功率电机，定期加油润滑保证电机正常运行，逐步替代现有抛头电机。对现有原型号备件电机进行改造，在外部增加电机轴承加油孔，同时提高密封精度和装配精度避免现场灰尘进入损坏电机轴承。定期更换抛头电机避免电机损坏造成故障停机。

2.5 抛头动平衡系统研究

对批量采购的备件叶片进行称重分组，每组8 片，每片叶片质量差控制在5 g 以内，每半月检查叶片磨损量，保证每片叶片质量的均衡，如果有叶片超过磨损程度，则进行整组更换，保证叶片质量均匀，确保运行状态下的动平衡。

3 结语

针对抛丸机在使用过程中出现的设备问题，进行了抛丸机单面抛技术开发，抛头电机变频化改造以及抛丸机后吹扫系统改造等措施。通过以上改造，解决了抛丸机设备报警多影响生产，抛头电机故障多以及抛丸后钢板表面残余丸料多影响生产效率和产品质量等问题。保证设备稳定运行，提高了生产效率。