1、火焰切割机的电气设计（一）论文关键词： 火焰切割机 火焰切割机电气控制 火焰切割机PLC 论文摘要：火焰切割机是利用燃气和氧气将铸坯快速燃烧，达到切断铸坯的目的，其优点是在线设备轻，一次性投资省，适应铸坯的温度宽；缺点是切割渣不易处理，金属损耗大，但当铸坯较长时，金属损耗则较少。本次课题实际内容主要是针对火焰切割机的电气控制部分进行研究和设计，本文引用电气控制 PLC 原理，通过各种电气元件的选型和计算，以及 PLC 程序的编译，简单的介绍了该火焰切割机电气控制方面的设计过程和设计方法。火焰切割机的电气设计包括 PLC、变频器、控制变压器、低压电气元件的选型以及 STEP 7 的程序编译。1
2、绪论1.1 连续铸钢的概念连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成形的节能新工艺，它具有节省工序、缩短流程， 提高金属收得率，降低能量消耗，生产过程机械化和自动化程度高，钢种扩大，产品 质量高等许多传统模铸技术不可比拟的优点。自从 20 世纪 50 年代连续铸钢技术进入工业性应用阶段后，不同类型、不同规格的连铸机及其成套设备应运而生。20 世纪 70 年代以后，连铸技术发展迅猛，特别是板、方坯连铸机的发展对加速连铸技术替代传统的模铸技术起到了决定性作用。1.2 连铸比的概念连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁工厂生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以
3、及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。1.3 国内外连铸技术的发展1.3.1 国外连铸技术的发展概况20 世纪 50 年代，连铸开始用于钢铁工业生产。连铸坯产量仅有110 万 t 左右，连铸比约为 0.34%20 世纪 60 年代，弧型连铸机问世，连铸进入了稳步发展时期。年产铸坯能力达 4000 万 t 以上，连铸比达 5.6%。20 世纪 70 年代，世界范围的两次能源危机促进了连铸技术大发展，连铸进入了迅猛发展时期。铸坯产量已逾 2 亿 t，连铸比上升为25。8%。20 世纪 80 年代，连铸进入完全成熟的全盛时期。世界连铸比由1981 年的 33。8%上升到 1990 年的 64。
4、1%。连铸技术的进步主要表现在对铸坯质量设计和质量控制方面达到了一个新水平。20 世纪 90 年代以来，近终形连铸受到了实际各过的普遍关注，近终形薄板坯连铸与连扎相结合，形成紧凑式短流程，其发展速度之快，非人们所料及。1.3.2 我国连铸发展概况近几年,我国连铸发展很快。除海南、西藏和宁夏，都有了连铸。2000 年，连铸坯产量达到 11450 万吨，突破一亿吨，位居各国之首。连铸比 88.08%,超过了世界连铸比的平均数 87.2%。从 19962000 年的五年，连铸坯的产量增加 7017 万吨，平均年增 1403 万吨，连铸比比1995（46.48%）增长 41.6 个百分点 ,平均年增
5、8.32 个百分点.这个增速在世界上也是罕见的.2000 年,全连铸单位达到 130 个占有连铸单位的总数 165 个的 78.8%(没有连铸的单位仅 12 个);高效和较高效连铸机占连铸机总数 339 台的约 50%.在品种质量方面,可以说除个别品种外都能生产并满足质量要求。进入新世纪,连铸生产发展更快.2001 年连铸坯产量达 13820 万吨,连铸比达 92.8%,比 2000 年猛增 2370 万吨,增长 21%,连铸比增长 4.72 个百分点。2002 年预计将产连铸坯 16500 万吨连铸比将达 94%左右,全连铸单位将达 157 个,占当前有连铸的单位总数 175 的 89.7%
6、.2002 年预计将新增连铸机 60 台 200 流,产能 3500 万吨以上.到 2002 年在线连铸机将达444 台,产能共 19450 万吨.预计到 2005 年连铸机产能将达 23500 万吨,产量将达 21000 万吨,连铸比将达 97%.现在新建的钢长起步都是全连铸,新建的连铸机基本上都是高效的,而且达产很快。1.4 今后我国连铸发展要求1.提高品质.国内市场所需的品种应能自己生产并保证质量,充分满足市场要求,并有利于扩大出口。2.提高效率.还有近半数的连铸机需要进行高效化改造,已改造的效率需进一步提高,新建连铸机必须高效化且一 步到位,提高近终型连铸的比率,进一步提高效率。3.提
7、高连铸比.尤其是提高特钢连铸比, 进一步发展全连铸.目前,影响我国连铸比的主要是几个大的钢铁企业和一批老的特钢企业， 包钢和攀钢可望于 2003 或 2004 年实现全连铸,宝钢可望于 2006 年实现全连铸,太钢也正在努力。 4.流程最佳化炉外精炼、铸坯热装、连轧成材，连铸是中间环节和中心环节，力求匹配、衔接最佳化，使 之充分发挥炼钢及轧钢的能力，缩短工艺流程，降低各项消耗，提高劳动生产率，增加经济效益。1.5 连铸机的组成连铸机主要由钢包运载装置、中间包、中间包运载装置、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直机、引锭装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成。图 1.1 弧形连铸机1-
8、钢包转台; 2-中间罐; 3-结晶器; 4-二次冷却及导向装置; 5-结晶器振动装置6-拉矫机; 7-引锭存放装置; 8-切割装置; 9-铸坯运出装置1.6 弧形连铸机的生产流程连续浇注时，钢水罐中的钢液经过中间罐注入水冷铜板结晶器内，结晶器的底部由引锭头承托，使引锭头与结晶器壁密封后便可开始浇注。注入结晶器的钢水受到水冷铜模的强烈冷却，迅速成为具有一定厚度坯壳的铸坯。当钢液浇至规定高度时，开动拉矫机，拉锟夹住引锭杆以一定速度把铸坯连续拉出结晶器。为了防止铸坯坯壳被拉断，并减少结晶器内的拉坯阻力，在浇注过程中，结晶器始终要进行往复振动。铸坯拉出结晶器以后，进入二次喷水冷却区，直到完全凝固。当铸
9、坯拉出拉矫机后，脱去引锭装置，铸坯经过矫直，再经过割机切成定尺长度，由输送锟道运走，这一整个过程是连续进行的。铸坯切割装置处于整个连铸装置的末端，也是整个连铸流程的结尾部分，负责把连铸坯按照轧钢机的要求切割成定尺或倍尺长度。铸坯是在连续运行中完成切割，因此切割装置必须与铸坯同步运动。1.7 切割设备的技术要求1把被矫直的铸坯，按要求切割成一定长度。2铸坯切口应与铸坯长度方向垂直，切面平整，切头不应有大于原铸坯断面的变形。3切割能力应适应铸坯温度的变化。1.8 切割设备的类型及特点1.8.1 种类小方坯连铸机采用的切割设备种类较多，有电动机械剪，液压剪，火焰切割机等。1.8.2 火焰切割机原理火
10、焰切割机是利用燃气和氧气将铸坯快速燃烧，达到切断铸坯的目的，其优点是在线设备轻，一次性投资省，适应铸坯的温度宽；缺点是切割渣不易处理，金属损耗大，但当铸坯定尺较长时，金属损耗则较少，因而目前有些中、小企业又趋向建火焰切割机。1.8.3 火焰切割机的种类火焰切割机用于小方坯铸机的机型目前有三种：其一自动化程度较高，投资也较大的为全自动化的火焰切割机，切割枪的摆动，切割小车的随动及返回，以及自动计数定尺，都由微机控制。电动或气压做动力源。另两种近来较流行的经济型的火焰切割机：一种称无动力型火焰切割机，另一种称夹坯型火焰切割机。（1）无动力型火焰切割机这种火焰切割机不同于全自动的火焰切割机，除切割小
11、车返回使用液压缸外，其余全无动力源，是靠铸坯带动产生各种动作，当撞头落在锟道线上，铸坯运行一个定尺长度至撞头处，则顶动撞头并带着切割小车前进，切割小车上装切割枪，切割枪的摆动运动来源于摆动机构上有一个导轮，当切割小车被铸坯带动前进时，此导轮将沿着一个固定的靠模曲线前进，因曲线的起伏使导轮带动切割枪，产生切割摆动运动。定尺撞头的上部装在定尺导杆上，由于定尺不同，撞头在定尺导杆上的位置可以通过调节装置进行调节，导杆的末端有释放导模，当撞头走到导杆末端时，完成尺切割后，撞头将因导模的作用，自动释放抬起。则被切断的铸坯经锟道送出。撞头及切割小车又被液压缸带动返回原处，而撞头落下成等待位置，全部切割过程
12、结束。该切割机的动力来源是铸坯，铸坯不顶到撞头，则切割小车不会行走，切割枪不会摆动，无法进行切割，显然该机不能进行非定尺的切割，如切头、切尾，或事故切割，这是该机的最大弱点。（2）夹坯型火焰切割机为了克服上述切割机的缺点，一种新型的切割机对随动运动作了改进，不用被动的顶坯方式，而改为主动的夹坯随动方式，并用汽缸作动力，解决了不能切头、切尾的问题。夹坯型火焰切割机，切割机前设置里夹坯锟，夹坯夹头，火焰切割枪的摆动仍是由摆动机构和靠模完成，切割小车返回用液压缸或用气动马达，夹坯夹头杠杆通过转轴，靠汽缸传动，产生夹紧或放松的动作，而气缸的进排气则由工人遥控，或由定尺装置发出信号，显然该机应另配备定尺
13、发信号装置。目前小方坯连铸机采用这种带有主动夹坯机构的火焰切割机日渐增多。1.8.4 切割枪割炬又称为切割枪，是火焰切割机的重要部件。切割枪是由枪体和切割嘴组成。而切割嘴是它的核心部件。外混式切割枪，它形成的火焰焰心为白色长线状，切割嘴可距铸坯 50100mm 内切割；外混式切割枪具有铸坯热清理效率高，切缝小，切割枪寿命长等优点。切割枪是用铜合金制造，并通水冷却。一般当铸坯宽度小于 600mm 时，用单枪切割；宽度大于 600mm 的铸坯，用双枪切割。但要求两支切割枪在同一条直线上移动，以防切缝不齐。切割时割枪应能横向运动和升降运动。当铸坯宽大于 300mm 时，切割枪可以平移，见图 a，当坯
14、宽小于 300mm 时，割枪可做平移或扇形运动，见图 b，割枪的扇形运动的一个优点是切割先从铸坯角部开始，使角部得到预热有利于缩短切割时间，同时在板坯切割时先做约 5的扇形运动，割枪转到垂直位置后，再做快速平移运动，见图 C。图 1.2 割枪运动1.8.5 铸坯自动定尺装置锟子通过气缸与铸坯接触，铸坯带动锟子转动并发出脉冲信号，由计数器按定尺发出信号开始切割。1.9 切割机的选用火焰切割机，在线设备简单,一次性投资低，切头比较平整，不受铸坯温度的限制，但金属损耗高,有烟尘和切割渣的污染，需要增加额外的投资。这里选用了夹坯型火焰切割机。图 1.3 火焰切割装置图 1.4 夹钳式同步机构简图1.1
15、0 课题关键问题及难点 这次课题关键问题及主要难点有：1.工作环境温度高,零部件的选用与保护。2.变频器的参数设置。3. 电气元件的选用。4火焰切割机机械部件与 PLC 控制系统的搭配。5.电气图主要技术参数的计算。6.STEP 7 的编程。2 火焰切割机机械控制21 切割机机架由轨道和轨道梁、走行和检查平台、横梁和立柱、能介管道和电缆等组成。1轨道采用高架形式，每流两根。安装轨道的轨道梁断面为“日”字形，内部通有冷却水，火切机轨道梁公用一个大机架。2行和检修平台。平台盖板上部为钢制花纹板，下部为钢板。3分布在铸流两侧，为了保证切割操作工有良好的操作视线，横梁采用下置式安放。4机能介管道和电缆
16、设置在远离拉矫机一侧，如配置测量辊装置空气管和电缆设置靠拉矫机一侧。22 车体由下箱体、安装板、上箱体、箱盖和前箱体组成。1箱体和上箱体是一个箱形双壁构件，通有冷水，可保护安装在其中的各部件，防止机下铸流热辐射的损害。2安装板在上、下箱体之间，火切机的各部件都装在此板上。3箱盖在上箱体上方，是一可折的轻型盖子，便于安装和维修。4前箱体是单壁箱体，用来保护切割枪、夹钳装置。23 传动装置两传动火焰切割机的传动装置由三相交流电机、两极蜗轮减速器、齿轮传动副、切割车行走和割枪驱动等部件组成。1电机：火焰切割机上，采用 8 极交流电机加变频器调速，使割枪在起切速度时，电机不会在低频带工作。2减速器组件
17、：火焰切割机的减速器是本厂自制件，有两极蜗轮减速。在第一级蜗轮出轴上，装有开式传动齿轮，与带有电磁离合器（A） 。在第二级蜗轮出轴上装有电磁离合器（B） 。3切割车行走：切割车行走由传动部件与车轮组成，车轮安装在水冷箱体两侧，前端两个从动轮，后端两个主动轮，一侧车轮为槽型导向轮，另一侧车轮为平轮。传动部分安装在水冷箱体的中部，通过小车传动电机，带动自动车轮，来完成切割机到沪运动。4割枪驱动：火焰切割机的割枪驱动由割枪传动电机来控制。24 同步机构火焰切割机的同步机构由带阀气缸、上夹臂、旋转轴和夹钳组成，气缸安装在水冷箱体内，通过电磁阀的换向带动上夹臂，再由旋转轴带动安装在前箱体的通有冷却水的夹钳作夹紧和松开动作,来实现对铸坯的夹紧和切割机的同步运行。工作程序:待机时,电磁阀失电,夹紧松开,处于极限待机位置(最大开口)。当铸坯运行到切割定尺时，气缸换向阀得电，气缸使夹钳夹紧铸坯，同时切割车传动电机失电，切割车即随铸坯同步运行。当切割完毕时，气缸换向阀失电，夹钳松开，气缸缩回至极限待机位置，夹紧极限位置接近开关发讯，机器处于待机位置。25 边缘探测装置方坯火焰切割机在边缘探测方面作了很大改进。割枪对铸坯边缘的定位是通过夹钳对铸坯的夹紧将割枪边缘（不同的铸坯需要调整在夹
