寬厚板拋丸機(jī)工藝研究與應(yīng)用

劉軍剛 邢長(zhǎng)懷 李 強(qiáng) 任緒軍 李傳鵬

(山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司寬厚板事業(yè)部，山東271104)

自從20世紀(jì)30年代美國惠爾布雷特公司在世界制成第一臺(tái)拋丸機(jī)以來，拋噴丸技術(shù)與裝備日臻完善，性能不斷提高，應(yīng)用范圍從單純的鑄造業(yè)的表面清理擴(kuò)大到冶金礦山、機(jī)械制造、兵器制造、船舶車輛等不同行業(yè)。隨著拋噴丸工藝的廣泛應(yīng)用，至今世界上已經(jīng)發(fā)展了適應(yīng)各種不同工藝要求的拋噴丸設(shè)備上千種規(guī)格品種。

萊鋼寬厚板熱處理生產(chǎn)線使用的拋丸機(jī)，是德國DISA公司生產(chǎn)的，該設(shè)備利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將鐵丸高速地拋向鋼板表面，并借助于鐵丸的沖擊除去鋼板表面氧化鐵皮，使鋼板在入輥底式熱處理爐時(shí)保持表面清潔，防止輥底式熱處理爐輥面結(jié)瘤現(xiàn)象[1-2]。

本文主要研究了拋丸工藝對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響，通過優(yōu)化拋丸工藝，提高鋼板表面質(zhì)量。

1 設(shè)備工藝

拋丸機(jī)主要部件為拋頭、螺旋輸送器、大輥刷、預(yù)刮板、除塵風(fēng)機(jī)、斗提機(jī)等。鋼板由垛板機(jī)吊運(yùn)到拋丸機(jī)上料輥道，鋼板在拋丸機(jī)前經(jīng)過提升，靠右后進(jìn)入拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸。拋丸機(jī)上下各5個(gè)拋頭，共計(jì)10個(gè)拋頭。按照原設(shè)計(jì)，根據(jù)拋丸機(jī)入口處4個(gè)光柵進(jìn)行檢測(cè)鋼板厚度，確定拋頭開啟數(shù)量，其中一組光柵控制4個(gè)拋頭，2組光柵開啟6個(gè)拋頭，3組光柵開啟8個(gè)拋頭，4組光柵開啟10個(gè)拋頭。丸料通過拋頭以80 m/s的速度對(duì)鋼板進(jìn)行打擊除銹。鋼板拋丸處理后，經(jīng)過翻板進(jìn)行質(zhì)量檢查。鋼板表面氧化鐵皮的清理程度按照GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定》進(jìn)行判定。鋼材拋丸后表面清潔度的四個(gè)等級(jí)分別以Sa1.0、Sa2.0、Sa2.5、Sa3.0表示。其中Sa3.0為表面清潔度最高標(biāo)準(zhǔn)。要求鋼板表面無可見的油脂、污垢、氧化鐵皮等附著物，該表面應(yīng)顯示均勻的金屬色澤。

2 拋丸機(jī)工藝優(yōu)化

鋼板表面清潔度主要取決于鋼板拋丸速度，拋丸電流、鋼種以及丸料直徑四個(gè)因素。拋丸機(jī)關(guān)鍵工藝參數(shù)如表1所示。

表1 拋丸機(jī)關(guān)鍵工藝參數(shù)Table 1 Key process parameter of shot blasting machine

2.1 輥道速度對(duì)鋼板表面清潔度的影響

拋丸機(jī)拋鋼時(shí)輥道速度為1.5～7 m/min，手動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)輥道速度為1.5～30 m/min。為保證拋鋼表面質(zhì)量，在外方程序中將最大拋鋼速度設(shè)定為4 m/min。為研究輥道速度對(duì)拋丸質(zhì)量的影響，將拋丸機(jī)電流設(shè)定為50 A，拋鋼輥道速度分別設(shè)定為2 m/min、3 m/min、4 m/min。測(cè)試鋼種為高強(qiáng)鋼，觀察鋼板表面的拋鋼質(zhì)量。

圖1 不同拋鋼速度下鋼板的表面質(zhì)量情況Figure 1 Surface quality of steel plate under different shot speeds

圖2 不同拋頭電流下鋼板表面質(zhì)量情況Figure 2 Surface quality of steel plate under different throwing current

由圖1可知，當(dāng)輥道速度為2 m/min時(shí)，鋼板表面基本無色差，無明顯氧化鐵皮，丸料打擊均勻。當(dāng)輥道速度為3 m/min時(shí)，鋼板表面略微發(fā)紅，顏色較均勻。當(dāng)輥道速度增加為4 m/min，鋼板表面紅銹較多，氧化鐵皮明顯未拋干凈。主要原因是輥道速度較小時(shí)，鋼板運(yùn)行慢，單位時(shí)間內(nèi)打擊到鋼板表面的丸料相對(duì)較多，打擊效果較好[3-4]。

2.2 拋頭電流對(duì)鋼板表面清潔度的影響

設(shè)定拋丸機(jī)輥道速度為3 m/min，分別設(shè)定拋頭電流為40 A和50 A，測(cè)試鋼種為高強(qiáng)鋼。研究相同輥道速度下，拋頭電流對(duì)鋼板表面清潔度的影響。測(cè)試結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)電流值為40 A時(shí)，鋼板表面明顯發(fā)紅，表面氧化鐵皮較多；當(dāng)電流值為50 A時(shí)，鋼板表面略微發(fā)紅，顏色較均勻，存在少量未除去的氧化鐵皮。主要原因是拋頭電機(jī)電流主要取決于電機(jī)負(fù)載，當(dāng)拋頭電機(jī)電流設(shè)定為50 A時(shí)，拋頭負(fù)載大，單位時(shí)間內(nèi)通過的丸料多，有利于鋼板表面氧化鐵皮的去除。

2.3 不同鋼種表面清潔度研究

需要熱處理拋丸的鋼板主要為高強(qiáng)鋼淬火鋼板和低合金正火鋼板。為研究相同拋丸工藝下，不同鋼種的表面清潔度，采用Q690D和Q345D進(jìn)行試驗(yàn)。將拋丸機(jī)速度設(shè)定為3 m/min，拋頭電流設(shè)定為50 A，觀察不同鋼種表面清潔度情況。

由圖3可知，當(dāng)拋丸機(jī)速度設(shè)定為3 m/min，拋頭電流設(shè)定為50 A時(shí)，高強(qiáng)鋼表面略微發(fā)紅，顏色較均勻，存在少量未除去氧化鐵皮。Q345D鋼板表面基本無色差，無明顯氧化鐵皮，丸料打擊均勻。主要原因是高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和硬度明顯大于Q345D，在打擊丸料數(shù)量和打擊力幾乎相同的情況下，Q345D表面的氧化鐵皮更容易去除。這也是二號(hào)正火爐爐底輥結(jié)瘤較輕的主要原因之一。

圖3 相同工藝下不同材料表面質(zhì)量情況Figure 3 Surface quality of different materials under the same process

圖4 相同工藝下不同直徑丸料對(duì)鋼板表面的影響Figure 4 Effect of different diameter pellets on the surface of steel plate under the same process

2.4 不同直徑丸料對(duì)鋼板表面清潔度的影響

拋丸機(jī)用丸料主要分為鑄鋼丸、鑄鋼砂、不銹鋼丸、鋼絲切丸和不銹鋼絲切丸等。從成分上劃分主要分為高碳鋼丸、普通低碳鋼丸和低碳貝氏體鋼丸。為研究不同直徑丸料對(duì)鋼板表面清潔度的影響，分別在拋丸機(jī)中加入5 t直徑1.4 mm的丸料和5 t直徑1.7 mm的丸料，采用高強(qiáng)鋼Q690D進(jìn)行測(cè)試，輥道速度設(shè)為4 m/min，拋頭電流為50 A，具體結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)丸料直徑較小時(shí)，輥道速度為4 m/min，拋頭電流為50 A進(jìn)行拋鋼，高強(qiáng)鋼表面顏色略微發(fā)紅，存在少量氧化鐵皮。當(dāng)采用大丸料時(shí)，鋼板表面顏色均勻，無發(fā)紅的氧化鐵皮存在。主要原因是直徑增大，單個(gè)丸料質(zhì)量增加，在相同的丸料初始速度下，大直徑丸料具有較大的動(dòng)能，打擊到鋼板上的打擊力較大，氧化鐵皮清除效果較好。

3 結(jié)論

研究了拋丸機(jī)輥道速度、拋頭電流、丸料直徑及不同鋼種條件對(duì)拋丸后鋼板表面清潔度的影響。當(dāng)丸料和拋頭電流保持一定時(shí)，拋丸機(jī)輥道速度越慢，拋鋼厚鋼板表面清潔度越好。當(dāng)丸料直徑為1.0 mm時(shí)，輥道速度設(shè)定為2 m/min可獲得理想的拋鋼效果。在相同輥道速度下，拋頭電流越大，鋼板拋丸后表面清潔度越好。低合金

正火鋼板強(qiáng)度硬度較低，容易去除表面氧化鐵皮。當(dāng)丸料直徑為1.0∶1.4∶1.7，配比為2∶1∶1時(shí)，輥道速度設(shè)定為4 m/min可獲得理想的拋鋼效果。

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