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2020

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新型喂線球化站的開發與應用

作者:

新型喂線球化站的開發與應用

廖志金，朱福生，楊清，鐘偉昌

（龍南龍釔重稀土科技股份有限公司，江西贛州 341700）

摘要：開發的新型喂線球化站是由包芯線及包芯線架、進線籠、喂線機、出線導管、喂線平臺、環保包蓋及其控制系統組成。通過精心設計與制作的喂線球化站，能有效實現包芯線的傳送與喂線，使得整個喂線過程更順暢；作業現場安裝喂線平臺方便，操作性高且工藝適用性好；通過環保包蓋與除塵器系統的聯合使用，可有效排除球化時產生的煙塵，提升環保效率。
關鍵詞：新型喂線球化站；包芯線；喂線平臺；環保包蓋；除塵系統

國外在1975年將鋼包喂線技術投入應用，我國是在20世紀90年代研發成功喂線技術并納入精煉工藝。喂線技術是將各種冶煉用添加劑（脫氧劑、脫硫劑、變質劑、合金等）破碎成一定粒度的顆粒（通常為2 mm以下），用冷軋低碳鋼帶將其包復成包芯線，借助喂線機將預定長度的包芯線以一定的速度穿過渣層，隨著包芯線外層鋼帶不斷熔化，被其包裹的添加劑迅速熔化后進入鋼液[1]。由于所加入的冶煉用添加劑與金屬液之間的反應是在熔液內部進行，因而可以避免合金元素被空氣和熔渣氧化燒損；又由于這一反應是在具有一定靜壓頭的熔液深處進行，因而能使添加劑或其蒸氣與被處理金屬之間有較大的接觸面積和較長的反應時間，所以金屬液內部的各種反應進行得更加充分。與其他精煉處理方法相比，喂線技術具有如下一些
優點：①合金收得率高，添加劑用量少；②加入合金量精確，結果重現性好；③容易實現處理作業的機械化或自動化[2]；④從環境改善角度，采用喂線技術處理鐵液時，產生的煙氣量比采用老工藝要少，這對改善工作環境是有利的[3]；⑤從勞動強度角度，使用喂線法，可減少工人領、稱添加劑的勞動強度[4]。 1 喂線球化站喂線球化站主要由包芯線及包芯線架、進線籠、喂線機、出線導管、喂線平臺、包蓋部分及其控制系統組成（見圖1），其現場使用情況見圖2。 2 各組成部分設計制作及功能
2.1 包芯線及包芯線架
包芯線使用時，主要的抽線方式是從內圈起，因此拆開外包裝后，為防止包芯線松散和抽線時包芯線折斷、混亂、抽出多圈的情形發生，需將包芯線放置在包芯線架子內，并設置好包芯線架。如圖3所示，主要由弧形頂架，多個支撐桿，調節螺母，底架邊框和基腳構成。底架的作用是起支撐和運輸時叉運，支撐桿的作用是防止包芯線松散和支撐頂架，頂架的內圈呈圓弧狀分布、且短軸比包芯線內圈小、長軸不小于包芯線的外圈，抽出包芯線時，包芯線沿出線孔滑動，不會折斷包芯線，且進線順暢。
2.2 進線籠
進線籠主要作用是將各包芯線分隔開、導入喂線機內、將彎曲狀的包芯線理直，并防止折斷。如圖4所示，進線籠由圓弧形圓管、圓環、加強筋、支撐桿、多個直徑遞減的圓環組成，使用時包芯線從直徑大的一端進入，從直徑小的一端出來，順暢地進入喂線機。根據生產實際，弧形圓管半徑r介于760～1 200 mm之間，生產使用中最為方便。若r小于700 mm，包芯線拆線易損傷；r大于1 200 mm，比較占位置且穿線不方便。

2.3 喂線機

喂線機為喂線站的主要部分。因鑄造車間現場通常粉塵大、溫度高，因此選擇喂線機既要考慮穿線等操作使用的方便性，又要考慮便于維護保養和適用現場環境。如圖5所示的喂線機，主要由機箱、驅動裝置、夾緊裝置和進線管、出線管組成[5]；驅動裝置由二套相同的帶電機的減速電機組成，喂線主動輪安裝在減速機輸出軸上，夾緊裝置由氣缸、兩套“L”型壓板和兩個從動輪組成。工作時，先把包芯線從進線導管穿入機箱內，并經喂線主動輪與從動齒輪間穿至出線彎導管內。啟動電機帶減速機并對氣缸正向通氣，氣缸帶動“L”型壓板以支軸為中心旋轉、張開，從而使從動齒輪靠近主動輪，將包芯線卡緊，使包芯線發生齒形形變，主動輪、包芯線、從動輪間形成嚙合運動，往前傳送包芯線，實現喂線。若反向對氣缸通氣，使“L”型壓板以固定銷為中心收縮，從動輪離開主動輪[6]。

2.4 出線導管

出線導管的作用是將包芯線導向并垂直進入球化包中心處。包芯線通過喂線機后，通常會被拉直并壓扁，因此出線導管需設計成弧形，使包芯線的運動軌跡沒有明顯的拐角，從而使整個喂線過程順暢，能有效地減少卡線、折線的故障發生。弧形出線導管半徑介于1 500～2 300 mm之間，出線最為順暢，若半徑小于1 000 mm容易產生折線現象，同時使包芯線的入射角度在喂線開始時盡可能保持垂直[7]。

2.5 環保包蓋
由于球化反應時產生廢氣煙塵，為了滿足國家對環保的要求以及改善工人作業環境，設計了環保包蓋，由包蓋、箱式煙塵收集罩、排煙管組成，均采用鋼板焊接而成。包蓋下面用耐火材料打筑而成，且中間有通煙塵的孔；包蓋上部開有透氣孔，便于耐火材料里的水分排出，避免耐火材料開裂（見圖7）。環保包蓋通過索鏈懸掛在喂線平臺下方，排煙管一端安裝在箱式煙塵收集罩上，且排煙管的安裝方向可以根據現場進行調整；另一端套主除塵風管內，因此可作一定幅度的擺動，從而當球化包進入喂線站時，若與環保包蓋發生碰撞，可起到緩沖的作用。喂線時，球化包與環保包蓋緊密閉合，喂線時所產生的煙塵能有效地收集，且收集煙塵的能耗小。

2.6 喂線平臺

喂線平臺既起安裝喂線機、進線籠、出線導管、環保包蓋的作用，又起防止球化反應時鐵液飛濺的作用，因此設計制作需考慮其強度與安全性。制作好后需按GB 4053.3—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第 3部分：工業防護欄桿及鋼平臺》的要求制作欄桿和踢腳板，按GB 4053.1—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第1部分：鋼直梯》或GB 4053.2—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第2部分：鋼斜梯》要求制作樓。

2.7 控制系統

控制系統主要由配電柜箱體、觸摸屏、PLC、變頻器、按鈕、計數裝置組成。考慮使用環境粉塵相對比較大、實際使用工作時間短，配電柜箱體需防塵較好。計數裝置安裝在喂線機內、從動輪側，起計量喂線長度的作用。觸摸屏、PLC、變頻器、按鍵均安裝在配電柜箱體中，而且觸摸屏有讀取、設置喂線參數以及存儲生產記錄的功能；PLC為整個控制系統的核心部分，主要起運算及控制功能；根據設定的參數，與輸入的鐵液重量，計算喂線長度、退線長度、喂線速度；接收計數裝置反饋的信號，與計算出來的理論長度進行比較，確定運行喂線、退線；通過控制變頻器和氣缸的電磁閥，進而控制喂線機的電機起停以及正反轉、氣缸的正向通氣或反向通氣，從而實現喂線與退線功能。

3 除塵系統
3.1 除塵器的選擇
喂線球化處理時，會產生大量的煙塵，它的主要成分是氧化鎂、氧化鐵、氧化硅，其分散度大（粒徑既有大于10 μm的，也有數微米以下的），溫度高。為防止二次污染，采用旋風除塵器組合布袋除塵器的方式進行干式處理，采用旋風除塵器進行一級除塵，將大顆粒的粉塵除下來，然后再進布袋除塵器處理粒徑為數微米以下的粉塵。布袋除塵器的布袋需采用耐高溫覆膜布袋。

3.2 處理風量

因環保包蓋與球化包緊密閉合，所需的風量小，但考慮布袋除塵器的布袋最高溫度小于300 ℃，因此需引入大量的冷風，降溫后進入布袋除塵器。

一般抽風口設在密閉罩上部的風量，按式（1）[8] 計算：

Q=3 600 f·VJ （1）

=3 600 f×0.5 =1 800 f

按引入4倍的冷風計量，總的風量為：

Q=5×1 800 f =9 000 f （2）

傳統的沖入法現場，為提高吸塵效果，通常會做成通風柜形式的吸塵罩，風量按式（2）[8]計算：

Q=22 745F' （3）

式（1）-（3）中：Q為抽風量，m3 /h；f為密閉罩截面面積，m2；VJ為垂直于密閉罩的平均風速，m/s，一般按VJ=0.25～0.5 m/s；F'為框門面積，m2 。式（2）的值遠遠小于式（3）的值，由此可知，喂線技術所需的吸塵風量遠遠小于傳統的沖入法的吸塵風量

4 結束語

新型喂線球化站由包芯線及包芯線架、進線籠、喂線機、出線導管、喂線平臺、包蓋部分及其控制系統組成。內圈抽取式包芯線架可有效避免拆開外包裝后，包芯線松散和抽線時包芯線折斷、混亂、抽出多圈的情形發生。進線籠由圓弧形圓管、圓環、加強筋、支撐桿、多個直徑遞減的圓環組成，使用時包芯線從直徑大的一端進入，從直徑小的一端出來，順暢地進入喂線機。錯層式喂線機使包芯線從進線導管穿入機箱內，并經喂線主動輪與從動齒輪間穿至出線彎導管內，使包芯線發生齒形形變，主動輪、包芯線、從動輪間形成嚙合運動，往前傳送包芯線，實現喂線。出線導管需設計成弧形，使包芯線的運動軌跡沒有明顯的拐角，從而使整個喂線過程順暢，能有效地減少卡線、折線的故障發生。喂線平臺按照國家相關標準制作，視作業現場方便裝，適用性好，能保證設備的穩定運行。通過環保包蓋與除塵器系統的聯合使用，使球化處理時產生的煙塵能有效地收集排除，且收集煙塵的能耗較小。

參考文獻：
[1] 徐鹿鳴. 包芯線技術及其在冶金工業中的應用 [J]. 鐵合金，2008（1）：30-33.
[2] 譚楓，王利民. 包線機和喂線機常見故障及解決方法 [J]. 黑龍江冶金，2015，35（2）：42-44.
[3] 張軍，解戈奇，權國英，等. 喂絲球化工藝在球墨鑄鐵生產線上的應用 [J]. 鑄造，2019，68（2）：128-131.
[4] 吳荷生，吳玉彬，孟少良. 用高鎂合金包芯線生產球墨鑄鐵 [J]. 鑄造，1999（8）：33-34.
[5] 廖志金，楊清，溫志華，等. 一種錯層式包芯線加入裝置：ZL201610020878.0 [P]. 2016-08-31.
[6] 廖志金，朱福生，楊清，等. 單電機驅動雙流包芯線加入裝置：ZL201620031728.5 [P]. 2016-05-25.
[7] 王順序，武炳煥，陳勝華. 喂絲球化處理工藝在球鐵鑄造生產線上的開發應用 [J]. 鑄造，2010，59（11）：84-88.
[8] 王琨. 吸塵罩設計中的幾個問題 [J]. 水泥，1997（11）：21-23.