一 、前言
国产第一条PC钢棒生产线于1992年研制成功,此生产线感应加热电源由可控硅中频电源及电子管超音频设备组成,生产速度在30米/分钟(Ф9.0mm钢丝)左右。由于电子管超音频设备效率低(45%左右)、能耗大、输出电压高(8kV左右),逐渐被IGBT、SIT、MOS器件构成的设备所代替。由这些设备组成的生产线大多为单感应器PC钢棒生产线(简称单线),运行速度为70米/分钟(Ф9.0mm钢丝),由于受工艺质量及设备加热效果影响,生产速度很难进一步提高。针对此问题,我公司经过长期探索,于2003年4月份开发出新一代PC钢棒生产线——双感应器PC钢棒生产线(第一代双线),适用于生产Ф7.1mm钢丝及Ф9.0mm钢丝,Ф7.1mm钢丝运行速度为63×2米/分钟,Ф9.0mm钢丝为45×2米/分钟。在此基础上,我公司又于2003年8月份研制成功速度更快的双感应器PC钢棒生产线(第二代双线),适用于生产Ф7.1mm、Ф9.0mm、Ф10.7mm及Ф12.6mm钢丝,Ф9.0mm钢丝运行速度为63×2米/分钟,Ф10.7mm钢丝运行速度为50×2米/分钟(其产量相当于两条单线)。两种双线在浙江红楼特种钢有限公司(原杭州永达特种钢有限公司)运行良好。
二、 126米/分钟PC钢棒生产线(第二代双线)系统组成:
此系统由控制部分、机械传动部分及感应加热电源组成。
控制部分:
•欧姆龙PLC 1台
•雷泰红外线测温仪 2台
通过欧姆龙PLC实现感应加热电源自动顺序启动及机械传动部分集中控制。
机械传动部分:
•富士FRENIC 5000G11S 7.5kw变频器 2台
•富士FRENIC 5000G11S 3.7kw变频器 2台
•7.5kw交流电机 2台
•2.2kw交流电机 4台
•剪切及分线系统 2套
•淬火与回火冷却系统各 1套
•旋转放线及气动翻盘机构 4套
•矫直机 2套
•牵引机 2套
•收线盘 4套
采用富士交流变频调速系统,可方便地实现生产线的速度调节;通过设置两台电机的速度差,实现钢丝张力大小控制,成本低、运行可靠;使用旋转放线及气动翻盘机构,可减小矫直机受力,并且操作方便,降低工人的劳动强度。
感应加热电源:
•可控硅中频电源 350kw/4kHz 3套
•IGBT 250kw/30kHz 1套
•IGBT 200kw/45kHz 1套
此系统在低温加热段,采用两台4kHz可控硅中频电源,使钢丝加热透彻;在居里点温度附近选用30kHz IGBT电源(日本技术国产化)提温,再用45kHz IGBT电源使钢丝温度达到淬火工艺温度;回火采用低频率的4kHz可控硅中频电源,达到较好的回火效果。
三、 单、双线系统运行参数对比
1. 单线系统加热电源运行参数
目前,单线系统加热电源由:可控硅中频电源 350kw/4kHz 1套,IGBT 200kw/30kHz 1套,IGBT 200kw/45kHz 1套及可控硅中频电源250kw/4kHz 1套共四套电源组成。
设备功率
钢丝规格
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350kw/4kHz电源
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200kw/30kHz电源
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200kw/45kHz电源
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250kw/4kHz电源
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加热电源总功率
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24小时
产量
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耗电量
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Ф9.0mm
70米/分钟
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298kW
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150kW
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62kW
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106kW
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616kW
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50吨
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295度/吨
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Ф10.7mm
50米/分钟
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288kW
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98kW
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70kW
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132kW
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588kW
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50吨
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282度/吨
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2. 第二代双线加热电源运行参数
设备功率
钢丝规格
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350kw/4kHz电源1
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350kw/4kHz电源2
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250kw/30kHz电源
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200kw/45kHz电源
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350kw/4kHz电源3
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加热电源总功率
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24小时
产量
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耗电量
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Ф9.0mm
126米/分钟
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286kW
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281kW
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138kW
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81kW
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220kW
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1006kW
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86.2吨
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280度/吨
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Ф10.7mm
100米/分钟
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322kW
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318kW
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140kW
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72kW
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248kW
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1100kW
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101吨
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261度/吨
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3. 第二代双线两根钢丝工艺参数
针对人们所担心的两根钢丝热处理后工艺参数相差较大,下表列出了产品实际工艺参数,可以看出虽有差别,但两根钢丝指标都在国家标准规定范围之内。实际上,钢丝的工艺参数不仅受淬火温度的影响,而且还受回火温度的影响,受回火温度的影响要比淬火温度的影响要大得多。实际运行的生产线,回火感应器相当短,两根感应器电参数相差不大,比较容易保证两根钢丝回火温度接近,结果是工艺参数接近。
钢棒规格
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屈服强度σs(Mpa)
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抗拉强度σb(MPa)
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延伸率δ8(%)
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钢棒编号
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Ф9.0mm钢丝
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1#钢丝
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1410
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1490
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8.0
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B402571-319
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2#钢丝
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1440
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1520
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8.0
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B402581-310
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Ф10.7mm钢丝
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1#钢丝
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1420
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1500
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8.0
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C402405-101
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2#钢丝
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1410
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1490
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8.0
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C402405-102
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附:第一代双线加热电源运行参数
第一代双线由四台加热电源组成:可控硅中频电源 350kw/4kHz 1套,IGBT 200kw/30kHz 1套,SIT 100kw/100kHz(也可用200kw/45kHz IGBT电源替代) 1套及可控硅中频电源250kw/4kHz 1套。
四 、分析讨论
从以上单、双线生产线运行参数可以看出,双线生产线的钢棒日产量大大高于单线,尤其是Ф10.7mm钢棒,双线日产量是单线的2倍,其耗电量也低。对于目前钢棒生产厂家现有的单线生产线来说,钢棒运行速度进一步提高要受到诸多因素的限制,最重要的受工艺限制,其次是设备加热效果及收线速度的制约。根据钢棒淬火理论分析,钢棒质量的好坏不仅与原材料有密切关系,在很大程度上也与热处理的速度有关。钢丝通过合理速度的淬火与回火后晶粒变得细小,韧性得到提高,在服役中不易断裂。如果一味提高钢丝的运行速度,也就是说提高钢丝的热理速度,就会降低钢丝的晶粒度,组织转换不完全,结果钢丝的力学性能下降。从钢棒的表面质量来说,实际生产中发现,运行速度过高,淬火冷却不充分,会降低钢棒的挺直度。双线生产线每根钢丝的运行速度只有63米/分钟(Ф9.0mm钢丝),能够很好地解决此问题。从设备加热效果来说,设备经过合理的负载匹配后,钢丝的加热温度与加热时间有很大关系,也就是说,运行速度越快,加热时间越短,钢棒的加热温度提升越困难。为了达到钢丝的淬火工艺温度,单线生产线要降低运行速度,导致产量下降,电耗提高。而双线生产线,对每根钢丝的加热时间较长,加热效果也较理想。从剪切收线来说,钢丝运行速度过快,对在线剪切机的性能要求较高,很难达到,对于人工收线,也很难适应。双线生产线较好地解决了此问题。
结论:PC钢丝生产线双线系统比单线系统在生产产量,耗电量方面有较大的优势,在设备投资及占地面积增加有限的情况下,双线系统是PC钢棒生产厂家首选的一种生产。
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