轧 钢 ２００９年１Ｏ月·第２６卷·第５期 ３６ · ＳＴＥＥＬ ＲＯＬＬＩＮＧ ０ｃｔ．２００９ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．５ 自动火焰切割机在厚板生产领域的应用 臧 悦，苏 沈，苗英杰 （中冶京诚工程技术有限公司，北京 １００１７６） 摘要：分析了厚板生产厂对厚板自动火焰切割机的工艺需求，并以宝山钢铁股份有限公司厚板厂为例，简要 阐述了自动火焰切割机如何在结构设计和控制等方面满足厚板生产厂的特定要求，同时简要介绍了目前自 动火焰切割机在国内厚板企业的应用情况及发展前景。 关键词：自动火焰切割机；厚板；技术参数；效果 中图分类号：ＴＧ３３３．２；ＴＧ３３５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—９９９６（２００９）０５—００３６—０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｆｌａｍｅ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ Ｈｅａｖｙ Ｐｌａｔｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ＺＡＮＧ Ｙｕｅ，ＳＵ Ｇｕａｎｇ，ＭＩＡ０ Ｙｉｎｇ—ｊｉｅ （Ｃａｐｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｌａｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１ ７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｐｌａｔｅ ｐｌａｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｆｌａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｆｌａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ Ｈｅａｖｙ Ｐｌａｔｅ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｂａｏｓｔｅｅ１ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏｏ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅ［ｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｍａ— ｃｈｉｎｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｆｌａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｈｅａｖｙ ｐｌａｔｅ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｅｆｆｅｃｔ １火焰切割厚板的优点 线能力不足等情况下，生产企业往往需要采用其 在厚板生产领域，由于受到投资和技术等多 他切割方式进行成品切割，如采用火焰切割、等离 方面的约束，到目前为止，一般厚度大于５０ｍｍ 子切割、激光切割等。中厚板生产不同切割方式 （或者屈服强度高）的毛边钢板仍不能采用机械剪 的对比见表１。其中，火焰切割方式由于具有切 切的方式进行切边、切头尾、定尺，以及试样切割 割效率高、切割成本低、投资少、维护简便等优点， 等。因此，厚板生产中，对于生产线上无法用机械 在中厚板生产领域中得到较广泛的应用。 设备进行剪切的钢板，以及在钢板机械剪切生产 表１ 中厚板生产中的切割方式比较 在国外，由于受到人工成本、劳动安全和环保 浦项厚板厂等。在国内，２Ｏ世纪建设的中厚板厂 要求等条件的制约，中厚板生产企业早已广泛采 普遍采用人工火焰切割和半自动火焰切割方式。 用了自动火焰切割机进行成品的切割，如德国 这两种切割方式设备简单、投资少，但存在切割效 Ｄｉｌｌｉｎｇｅｎ厂、日本川崎制铁水岛厚板厂以及韩国 率低、劳动强度大、人工成本高、工作环境恶劣、劳 收稿日期：２００９—０１—０４ 作者简介：臧悦（１９６７一），男（汉族），河北保定人，高级工程师。 第２６卷·第５期 臧悦等：自动火焰切割机在厚板生产领域的应用 ·３７· 动安全没有保障等缺点。进人２１世纪，随着我国 动火焰切割机进行厚板的成品切割，因为只有这 经济的发展和企业经济实力的提高，对劳动安全 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。 种门式数控切割方式才能有效地保证切割过程中 各工序实现完全自动化。但当时国内这种切割机 主要面向造船业和机械制造行业用户［２］，其设备 结构和电气控制功能都无法满足厚板生产的工艺 要求。经过长时间的技术分析和研究，确定了以 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 下技术解决方案及表２所示的技术参数： （１）采用计算机数字程序控制的全自动切割 业和机械制造等行业的自动火焰切割机有很大的 不同，即： （１）钢板切割工作均在主车间厂房内进行； （２）切割前，钢板被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）由于切割前厚板头尾和边部形状不规则， 因而切割前必须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，并且要对成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 宝钢厚板自动火焰切割机的特点 ２００２年，宝山钢铁股份有限公司（以下简称 宝钢）在建设５ｍ宽厚板厂＿】 时，决定采用离线自 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）利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＿３］，再由 计算机系统根据切割工艺要求，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［３］。同时，优化、选定切割 路径，减小切割热变形，提高切割精度； （３）火焰切割机采用单梁箱形龙门式结构，其 上设有１Ｏ把割炬和７个升降机头，见图１。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１Ｏ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 １个测温仪、１个冲打标记装置及１个扫描头； （４）废边切割割炬与主割炬处在同一升降机 头，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； （５）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； （６）每个割炬采用的横向驱动机构，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； （７）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，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； （８）每个割炬都配有自动点火装置，具备割炬 自动点火功能； （９）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； （１０）切割机能根据升降机头上所安装的测温 · ３８ · 轧 钢 ２００９年１０月出版 讨 Ｉ Ｉ、Ｉ１ｎ ｎ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｏ 崩 Ｉ｜圣一。。Ｉ妥Ｉ 崩 － 。 畴 胃 嗵 ／ 图１ 宝钢宽厚板厂自动火焰切割小车平面结构图 １一切割小车；２一升降机头｝３一主割炬；４一废边切割割炬；５一升降机头 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 ； （１２）切割小车的重要部位设有防护措施和隔 热冷却装置； （１３）自动火焰切割机的计算机系统能与宝钢 厚板厂的Ｉ 。计算机系统进行通讯。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 （１１）为适应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； 各种运行参数，完成钢板的实际数据上报、存储等 功能 ｊ。 表２ 宝钢厚板厂火焰切割机组的基本技术参数 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于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，该火焰切割机可满足厚板生产工艺的 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 题嘲： 割伤后要进行二次切割，故易导致钢板的改尺处 理，延长了钢板生产周期，增加了生产成本； （３）自动火焰切割机的切割台架采用格栅型 式，在生产过程中易被切割破坏，降低了切割小车 的稳定性； （４）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 （下转第６２页） （１）切割时易产生大量熔渣，熔渣清理劳动强 度大且不易清除； （２）常造成钢板切割面的割伤，同时由于钢板 ６２ · 轧 钢 ２００９年１Ｏ月出版 造直接经济效益一１９万ｔ×８００元／ｔ～６００万元 实施，不仅为本企业创造了显著的经济效益，而且 （投资）一１４６００万元。 为同类企业实现双机架中厚板轧线轧机更新改 ～ ４ 结语 造，或仅有１架轧机而预增建一架新轧机的中厚 济钢中板厂三辊轧机改造工程临时生产线的 板企业提供了不停产改造的成功经验。 （上接第３８页） 现，更多的自动火焰切割机得以在不同的中板厂 少熔渣的产生、降低能源介质的消耗、满足厚板厂 和宽厚板厂投入使用。各个项目在吸取宝钢自动 更高的切割工艺要求，将是从事厚板生产研究的 火焰切割机使用经验的基础之上，对自动火焰切 技术人员和火焰切割机制造商未来共同努力的目 跎 ９ １ ８ Ｏ 割机进行了革新和完善，特别是舞阳钢铁公司新 标。 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 参考文献： 且还开发了适用于自动火焰切割机切割时使用的 ［１］贺达伦，袁建光，杨敏．建设中的宝钢５ｍ宽厚板轧机口］．轧 ４ ６ ４ Ｏ新型火焰切割台架，解决了火焰切割台架易被切 钢，２００３，２０（６）；２２—２２４． ［２］中国焊接协会焊割专业委员会．切割行业的现状及未来前景 损的难题，使自动火焰切割机的使用效率大大提 ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｖｍａｃｈｉｎｅ．ｃｏｒｎ／ｓｐａｃｅ／ｈｔｍｌ／９２／ｎ一 高。 ９７５９２．ｈｔｍｌ。２００７——０４． ５ 结语 ［３］苗建新．宝钢厚板火焰切割机系统应用及优化［Ｊ］．电气时 代，２００７，（１１）：２—３． 考虑到国内最近几年厚板厂的建设形势，可 ［４３丛焕武，刘伟，李红，等．智能型宽厚板切割机组的研制与应 以预测未来厚板市场的竞争会日趋激烈，这对自 用［Ｊ］．焊接，２００６，（９）：Ｉ９—２２． 动火焰切割机提出了更高的技术性能要求，如何 ［６３张向葵．影响厚板剪切质量因素及改进方法初探［Ｊ］．宝钢技 术，２００６，（４）：２３—２６，５５． 提高自动火焰切割机的切割质量和切割效率、减 （上接第５６页） 轧制方面，应提高粗轧道次压下率、降低精轧温 冲击韧性。 度，从而减轻带状组织、细化晶粒，改善钢板低温 表４不合格钢板和合格钢板轧制参数和低温冲击性能的对比 编号 厚度规格／ｍｍ 精轧温度／℃ 终轧温度／℃ 萎实测１ — 堡 垡霎实 二测 ２ 实测 ３冷却方’～ 式一 空冷 空冷 空冷 空冷 空冷 水冷 水冷 水冷 水冷 水冷 参考文献： ［３］朱伏先，刘彦春，李艳梅，等．Ｑ３４５钢奥氏体再结晶行为对 组织和性能的影响口］．东北大学学报（自然科学版），２００５，２６ ［１］林大为，沈黎晨，戴一一，等．终轧温度对１６Ｍｎ钢板带状组 （６）：５６６—５６９． 织的影响ＦＪ］．轧钢，１９９９，１６（４）：２１—２４． ［４］李长龙，陈言俊，梁如国，等．Ｑ３４５钢在低温下的力学性能 ［２］方琪，孙伟，王丙兴，等．“分段冷却”工艺对Ｃ—Ｍｎ钢中带 研究［Ｊ］．山东建筑工程学院学报，２００３，１８（１）：８２—８４． 状组织的影响［Ｊ］．轧钢，２００８，２５（１）：１３—１５． 黔 踮Ｈ
