李大千,张 勇,常海锋
(河南豫光金铅股份有限公司,河南 济源 459000)
河南豫光金铅股份有限公司精炼厂年产精铅300 kt/a,有3台直线铸锭机,自安装以来,使用年限均超过15 a,机械设备磨损较严重。高温铅液在移动的模具中会振动加剧、幅度加大,使凝固的铅液表面出现飞边毛刺、孔洞等缺陷,进而影响其售价及市场。外观质量不合格的铅锭需人工重新修整,或返回到熔铅锅中重新熔铸,直接或间接产生人力、物力成本。
精铅直线铸锭机熔铸现场,并排分布2口成品熔铅锅,一口熔铅锅铅内阴极板熔化,另一口熔铅锅内铅溶液搅拌、浇注,两口锅交替使用;熔铅锅底部采用天然气加热烘烤,待电解工序吊出的铅阴极板表面电解液晾干后,将其投入到熔铅锅中进行高温熔融,经搅拌及表面捞渣程序后,将铅泵固定架安放在铅锅上,开启变频铅泵往浇注计量槽内注入铅液,液压控制系统实现计量槽铅液注入及铅液回流。计量槽翻转将其铅溶液注入下部运转的直线铸锭机铅模内,凝固后的铅锭经打码器标注生产批号,当铅模运动到铸锭机头部时,振打器会在铅模边沿一侧进行振打,使铅锭进行脱模。然后经推锭、码垛、包装,铅锭转入待售区。
铅阴极板经熔铸、搅拌、捞渣、浇注、打码等工序加工的成品铅锭,总是存在部分不符合外观质量要求的铅锭,造成铅锭外观质量不合格的根本原因之一就是铸锭机的振动。
将链模铸锭系统(精铅直线铸锭机)简化,如图1所示,为一个模拟弹簧滑块系统,把链模简化为刚度系数为K的弹簧,整个链模铸锭则简化为质量为m的滑块,其以v的速度向右运行,链模铸锭与轨道的摩擦阻力为F。其中电动机通过减速器和主动链轮作用于链模铸锭上的力矩,可简化为作用于弹簧顶点A上的牵引力P,并且使弹簧的顶点A以v0速度向右运行[1]。
图1 链模铸锭动力学模型
根据电动机性能,在额定功率内运行的电动机,其转速必定在额定转速n范围内运行,其转速变化较小,那么可以认为A点链速v0也为一恒定值,其值计算如下:
式中:v0为A点链模铸锭运行速度/m·s-1;n为电动机的额定转速/r·min-1;D为主动链轮直径/m;k为减速器的传动比。
根据链模铸锭机动力学模型,当摩擦阻力F保持相对均匀不变时,此时两端的牵引力P=F,质点B的合力为0,链模铸锭也同样以速度v=v0作匀速运动,此时铸模运行平稳,不会产生振动。但链带在运行时由于滚轮在轨道的不同位置,其摩擦力可能会发生变化,造成摩擦阻力F相应发生变化,从而作用在质点B的合力发生变化,此时质点B的速度也必将产生变化,造成铸模的振动。
链模与轨道的接触主要表现在链模两侧链条上滚轮与轨道的摩擦,产生振动的铸锭机有一个共同点,即链模两侧链条上的滚轮长期磨损或部分滚轮表面铅皮等浮着;滚动摩擦系数受轨道粗糙度影响较小,滑动摩擦受轨道材料、粗糙度等影响较大,其临界静摩擦系数比动摩擦系数大得多,链模的滚动摩擦是避免和减少铸锭机振动的主要措施。要保证滚动摩擦,必须让链模两侧链条上的所有滚轮都滚动起来[2]。
当铸锭机上链板过松,铅锭脱模时,在重力的作用下,会猛地下沉又瞬间停止,拽动大链轮突然加速,瞬间又恢复原速,使得机组运动的平稳性大大降低,铅液在模具中前后振动,造成部分铅锭表面外观质量不合格。
当铅模运动到铸锭机头部时,振打器会在铅模边沿一侧进行振打,使铅锭进行脱模。振打瞬间的冲击力作用于整个铸锭机,使铸锭机模具中的铅液表面发生振动,造成铅锭表面外观质量不合格。
在铅锭脱模之前,铸锭机头部设置有打字装置,对每块铅锭表面打上生产编号,打字器每次依靠自由落体下降,重重的打击在铅锭上,冲击力较大,也会造成直线铸锭机模具内铅液表面的振动。
铸锭机轨道在最初安装时,已基本保持一条直线,但随着设备的长期运行,轨道某些部分会发生一定程度的形变,链条经过这些地方时会引起链轮起伏,链条带动链轮运动时,在局部位置就会出现单边链轮阻力增大、单边链轮腾空现象,这是铸锭机在直线运行时,因轨道部分区域形变出现振动的主要原因。
铅液从浇铸计量斗口流向铅锭模具时,铅液冲击力较大,在铅液逐渐凝固后,模具上沿残留铅液,最终形成飞边毛刺。
铸锭机的工作环境始终存在着铅烟尘、润滑油脂、水蒸汽等,再加上工作年限的不断增加,传动齿轮部件之间易受到灰尘的浮着,在外界环境的作用下会生成一些沉淀物,对传动齿轮表面有一定的腐蚀性,造成传动齿轮啮合间隙过大,引起振动;不断堆积的这些浮着物厚度增加,或使传动齿轮部件之间的摩擦阻力不断增大,传动过程中的磨损,影响设备平稳的运行,进而产生振动。
除上述主要原因外,还有一些原因也能造成铸锭机的振动,如浇铸小车回程产生冲击力引起的机组振动、主传动减速机内部架构磨损,转动不平稳、地面固定松动等。
分析铸锭机各运动部件振动的原因,采取有针对性的改进措施,消减直线铸锭机振动对成品铅锭外观质量的影响。
1.点检员对铸锭机连带走轮重点巡查,对磨损的滚轮进行更换,按周期对滚轮进行润滑,保持所有滚轮转动灵活。
2.根据生产实际安排,对铸锭机的轨道重新进行了直线度和平行度的找正,机架由于长期使用的关系,已发生形变,尤其是轨道接头处,将误差控制在2 mm以内。
3.根据实际生产安排,定期对传动轮进行检修,将链轮拆下清洗,及时更换磨损部件,并充分润滑。使传动链平稳运行。
4.对浇铸口进行改造,可以考虑焊接一个弯头,呈“T”字形或“L”形,减少铅液流向模具的冲击力,进而减少飞边毛刺的产生。
5.严格落实点检制度,每天对铸锭机各个部位进行巡检,发现异常及时处理,将问题解决在萌芽时期。
6.按周期清理模具内腔,保证脱模效果,减少振打脱模。
通过以上分析及对应处理,成品工段直线铸锭机的振动程度及振动频率明显减少,铅锭外观中飞边毛刺、空洞等现象不同程度地降低,铅锭外观质量也进一步得到提升[3]。
以上从运动角度全面分析设备振动对精铅外观质量的影响,生产中,造成铅锭外观质量的原因往往是几个因素的叠加,判断分析时需要定性分析,逐一排除判定,有针对性地进行整改,尽量提高产品外观质量。