球墨鑄鐵管噴鋅機舉升裝置的優(yōu)化改進

喬秀麗

（安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司，河南 安陽 455133）

近年來，國內外球墨鑄鐵管的發(fā)展速度較快，廣泛應用于城市及工業(yè)生產中的供水、排水及燃氣輸送等工程上，基本上取代了其他管材而成為首選材料，這是因為球墨鑄鐵管與其他管材相比，具有力學性能好、耐腐蝕性能及耐磨性能好、使用壽命長、施工簡單、綜合工程造價經濟、可靠性高等特點，已經在國內外各大城市供水管道和管網改造、燃氣輸送中發(fā)揮了越來越大的作用[1]。

1 球墨鑄鐵管生產概況

安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司水冷式金屬型離心球墨鑄管機主要生產DN=80～1 200 mm、長度為5～6 m 規(guī)格的球墨鑄鐵管，自2001 年投產以來，球墨鑄鐵管的生產工藝和各項技術已經步入領域先進行列。

為進一步降低成本，提高球墨鑄鐵管的質量，噴鋅機裝置作為保障離心球墨鑄鐵管外觀質量的關鍵設備，對其進行優(yōu)化改進有著非常重要的意義。噴鋅機主要工藝流程為：待退火爐退火結束，將滾動過來的鑄鐵管輸送到鑄鐵管噴鋅工位后，通過升降裝置將管子舉升到噴鋅位置，然后通過旋轉裝置對油缸夾緊的作用驅動頂尖行走，將管子夾緊，電機驅動旋轉，同時，裝有噴鋅送絲機構的行走小車在鑄鐵管上方從管子一段向另一端行走，向下方的管子外壁噴涂金屬鋅，噴槍距鑄鐵管的距離可以通過螺旋升降裝置進行上下調整，以滿足噴鋅要求。旋轉裝置采用變頻電機調速，行走小車采用電磁調速電動機來調整鑄管的轉速和小車的行走速度，以避免在鑄管外壁涂層上產生螺旋線，影響管子外觀質量。

在球墨鑄鐵管外表面噴涂鋅層具有兩方面的作用：一是由于鋅的電化學電位比鐵低，通過優(yōu)先與鋅發(fā)生反應，可保護鑄鐵管不發(fā)生腐蝕；二是當鋅層受到鹽溶液腐蝕時，會產生難溶的化合物（磷酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅）覆蓋于管子表面，從而減緩腐蝕介質的侵入[1]。

2 工藝的提出與分析

2.1 工藝要求的提出

2.1.1 溫度

經過退火后的球墨鑄鐵管溫度降低到200 ℃左右，此時對其進行噴鋅處理較為適宜，鐵管外壁溫度過高會使噴鋅層發(fā)黃；溫度太低時，則會影響管子外壁噴涂的鋅層黏附效果差、附著力差、沉積率降低。

2.1.2 材料與涂覆方法

采用電噴鋅工藝，鋅絲的純度不低于99%，噴鋅系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。鋅涂層采用熱噴鋅工藝，DN=80～1 000 mm 的球墨鑄鐵管一般采用雙噴槍單側噴涂，DN=1 000 mm 以上的球墨鑄鐵管則采用四噴槍雙側噴涂。噴涂時采用低壓大電流電源，將鋅絲加熱到熔融狀態(tài)，借助于壓縮空氣，將熔融狀態(tài)下的鋅霧化，并以微滴狀噴射到管壁上。

圖1 噴鋅系統(tǒng)原理圖

2.1.3 鑄鐵管外壁噴涂鋅層要求

鑄鐵管外壁噴涂鋅層后，應覆蓋整個鑄鐵管外壁，且要符合工藝要求，無裸露斑點及黏著不牢等，鋅涂層平均單位面積質量不小于200 kg/m2，局部最小值應不小于180 kg/m2[2]。

2.2 噴鋅機的結構組成及存在的問題

2.2.1 噴鋅機設備的結構組成

球墨鑄鐵管噴鋅機裝置結構主要由噴涂裝置、頂尖旋轉裝置、噴涂行走小車、管子升降裝置等部分組成，如圖2 所示。

圖2 噴鋅機裝置結構示意圖

2.2.2 噴鋅工藝流程

噴鋅工藝流程如圖3 所示。

圖3 噴鋅工藝流程示意圖

2.2.3 存在的問題

基于工藝要求的提出，精整線DN=400～1 000 mm噴鋅機對與之緊密相關的關鍵舉升裝置也提出了更高的要求，原舉升裝置結構圖如圖4 所示。而噴鋅機在進行噴鋅工作時，它的動作靠1 根油缸控制，左右各有1 臺舉升裝置，由于班產量日益提高，該裝置動作頻率高，同時要求工作速度快，在進管子滾動到噴鋅工位時，工作中的管子在噴鋅結束后，舉升裝置會將其舉起接住，放在輸送軌道上，但此過程由于管子在下落時產生的瞬間下降沖擊較大，后通過輸送軌道緩慢滾動運行，對舉升裝置易造成損害，導致噴鋅機舉升裝置故障多、維修時間長；因舉升裝置采用液壓油缸上下動作，原設計油缸和油管直接與其周圍機架內壁相磨擦，經常出現因油管磨損、油缸前端部密封泄漏而造成的停機更換次數較多的問題。這些問題的不斷出現，又帶來生產不連續(xù)和產品外觀質量不穩(wěn)定等問題，嚴重制約著球墨鑄鐵鑄管產量、質量的提高以及導致備件消耗的提升，具體問題如下：

圖4 改進前舉升結構示意圖

1）管子承插口出現夾緊頂裂現象。因左右舉升裝置不同步，右頂尖不能同時到達鑄管的軸線位置，鑄管兩端難以同時被夾緊，會發(fā)生左頂尖或右頂尖頂壞鑄管承插口部位的情況，從而造成廢管的產生。

2）造成鑄鐵管外碰缺陷多。在舉升鑄鐵管時，經常出現導向桿斷裂情況，管子噴鋅結束后，管子重心偏移，滾落到下方輥道上，致使管子外壁產生缺陷，影響連續(xù)生產的節(jié)奏，使得噴鋅工序的產能難以發(fā)揮。

3）設備故障率高。在對鑄鐵管進行噴鋅時，因存在生產節(jié)奏快、運行速度快、動作頻率高等問題，現有的舉升裝置設備故障率較高。主要表現在：液壓元件損壞率較高、油缸密封泄漏、舉升導桿磨損造成上下運行阻卡、V 輪軸座碰撞鑄鐵管外壁而損壞等，直接影響噴鋅機裝置的正常運行。

4）噴鋅質量和產量受到影響。DN=400～1 000 mm鑄鐵管精整生產線采用的是電機減速機驅動夾緊頂尖旋轉的方式，生產過程中，管子在旋轉時的中間懸空跨度大，旋轉不穩(wěn)定，影響管子外表層面的噴鋅質量。一旦系統(tǒng)出現故障，排查故障原因時間長，會影響產量，噴槍不能調整，噴鋅附鋅率低。

3 改進措施

永通球墨鑄鐵管有限責任公司通過將原來的兩個油缸導向桿舉升改造為升降活動式軌道，將頂尖夾緊旋轉驅動改造為電機驅動托輪旋轉，改進后的舉升裝置滿足了鑄鐵管外壁噴鋅工藝要求。

1）實現電機驅動托輪旋轉。對噴鋅旋轉驅動進行改進，由原來的頂尖夾緊驅動改進為托輪旋轉驅動。改進后的電機采用托輪旋轉驅動方式，結構簡單，操作方便。通過現場分析并觀察管子夾緊的工作狀態(tài)，決定將原來頂尖夾緊裝置驅動管子旋轉，改造為由一個主動電機驅動三組從動托輪驅動管子旋轉，減少了舉升這一環(huán)節(jié)，提升了生產節(jié)奏。通過一段時間運行，既減少了故障點的發(fā)生，也滿足了生產和工藝的需求。改造后電機驅動托輪旋轉裝置結構示意如圖5所示。

圖5 改進后電機驅動托輪旋轉結構示意圖

2）解決了噴鋅附鋅率低的問題。將原來的單工位噴槍改為采用雙噴槍對噴方式，同時保證噴鋅質量和產量不受影響，經過改進，可實現不同規(guī)格管子噴槍的橫向和縱向調整，解決了噴鋅附鋅率低的問題。

3）實現了升降軌道的舉升。對噴鋅機舉升裝置進行改進，一個舉升活動就可使軌道在油缸驅動下進行上下運行，即由原來導向桿舉動V 輪托板舉升改進為舉升活動軌道將管子舉升，滿足了鑄鐵管的同步運行，減少了碰撞和變形的可能，操作方便，過程簡單可靠，加快了生產節(jié)奏。

4）減少了設備故障發(fā)生率，實現良好穩(wěn)定運行。改造前，舉升裝置受所處工作環(huán)境和位置影響，經常出現承插口舉升導向桿損壞及周圍有殘留鋅塊，導桿運作阻卡、彎曲和斷裂等現象，制約著生產的正常運行。通過改進優(yōu)化舉升裝置，實現承插口舉升同步運行，故障率明顯下降。鑄鐵管外壁噴鋅結束后，通過擋撥，將噴鋅后的管子撥動到下一個工序，提升了生產效率，減少了原結構升降這一過程，優(yōu)化改進后的舉升結構示意如圖6 所示。

圖6 改進后舉升結構示意圖

4 取得的效果

1）噴鋅機舉升裝置改造后，在管子外噴鋅過程中，不會因舉升油缸的不同步而造成夾緊時與管子承插口位置產生時間差，避免了管子端面損壞的情況。通過改進，提高了管子舉升時的運行穩(wěn)定性，避免了缺陷管的產生，噴鋅效率得到有效改善，生產效率得到提升。

2）設備效率明顯提升，月平均設備故障率由5.7%降為3.15%，同時降低了備件的維修成本，改進后的噴鋅設備運行穩(wěn)定，產量和質量均得到提高，達到了預期的效果。

3）改造前DN=400～8 00 mm 精整生產線每月產量在5 000 t 左右，目前平均每月產量在6 200 t 左右，月增產約1 200 t，年增產約1 200 t×12=14 400 t。

5 結語

通過對球墨鑄鐵管噴鋅機結構進行優(yōu)化改進，設備故障率顯著降低，滿足了生產效率提升的要求。優(yōu)化改進后的鑄鐵管外觀噴鋅質量指標大幅提高，達到了預期的效果，在對水冷金屬型離心鑄管同類設備的技術改進方面具有借鑒作用。