钢线拉丝及表面处理生产线成套装备

2015-03-25石辉健黄文杰

环境技术 2015年1期

石辉健，黄文杰

（中国电器科学研究院有限公司，广州 510300）

前言

表面处理行业可以为产品获取不同的表面性能，如装饰性能、耐腐蚀性等，同时还可以制造复杂的异型零件、组件等，这是其他加工工艺行业所不能达到的。因此，表面处理行业在整个工业体系中具有不可取代的地位，特别是在航空、航天及军工行业，由于产品功能性的特殊需求，表面处理所占的比重非常明显。

随着科学技术和现代工业智能化的发展，革新技术，改进设备，是工业持续稳定发展的关键。水平运动式钢线表面处理生产线以其高效率、工业溶液用量少、质量好、劳动强度低、改善操作环境、节省劳动力等优点，在航天航空国防工业、汽车工业和电子通讯等领域得到广泛应用。改进特种钢线表面处理生产线的设备结构，改善设备性能，提高生产水平和生产效率，满足不同领域的需要。这里主要介绍设备的布置和相关设备组成。

1 特种钢线拉丝及表面处理生产线的组成

特种钢线拉丝及表面处理生产线采用立体式布置，主要由拉丝系统、牵引动力系统、脱脂系统、连续退火系统、镀镍系统、造膜系统、烘干系统等七大系统组成，其中牵引动力系统包括放线装置和收线装置。放线装置、脱脂系统、连续退火系统、镀镍系统中的钢线经过通道几乎置于同一水平线上，在生产过程中，钢线经过导向装置后水平运动式通过这几个系统。钢线在经过镀镍系统后，呈“V”型进出造膜系统，垂直通过烘干系统，再呈倒“V”型进入收线装置。

2 立体式生产线布置

表面处理生产线生产装备由于具有非标设备性质，结构比较复杂。根据生产线布局特点，分为平面式布置和立体式布置。传统的表面处理生产线主要以平面式布置为主，都是以单个独立的子体系机械连接而成，存在生产线零乱、不美观及生产线内部空间浪费等问题。立体式生产线在采用新技术方面具有较大的优势。本生产线为布置为立体式布置，如图1所示。

工作槽由用型材制作的钢架托起，把循环泵、鼓风机、储液槽等一些设备放置到工作槽下方的钢架之上，避免设备直接与地面接触，风管和相关的给排水管道放置在工作槽的侧边或底下。这样一来，立体式布置既可以节省设备安装的空间，又可以减少由于地面潮湿或表面处理溶液滴落造成设备被腐蚀的机会，同时还可以减少由于循环泵、鼓风机等设备产生的噪声对人产生影响，给工人创造一个较安静的工作环境。此外，设备与槽区的分上下层布置，上下组合槽为半封闭槽体，大大减少了表面处理过程中腐蚀性气体对设备的腐蚀，同时维护也方便。操作平台及维修通道置于钢架两侧，把管道、阀门、设备、槽体与操作区隔离，减少腐蚀性气体对钢架、设备的腐蚀，改善车间生产环境。既能达到环保、节能的效果，又可以美化、统一生产线的外观。生产线采用立体式布置，各个工序设备紧凑相连，虽然一次性的投资成本略有增加，但从长远来看可以大量减少能耗，节约能源，保护环境，以及能减少设备保养更新的费用。

图1 立体式布置图

3 拉丝系统

拉丝系统由拉丝前处理槽体与拉丝机组成，特种钢线在进行拉丝前需要进行酸洗及柔性处理。特种钢线经过前处理槽体的位置与拉丝机的水平位置持平，减少特种钢线在经过槽体进入拉丝的磨损几率。特种钢线在拉丝机上多次拉拔，一次成型，保证成品的合格率。

4 牵引动力系统

钢线表面处理生产线的设备中有一组提供钢线运动的牵引动力系统，包括收线机组和放线机组，通常也称为收放线装置。一般以收线机为主动轮，放线机为从动轮，分别置于钢线表面处理生产线头尾两端。放线装置主要由转盘、线圈及相应的导线装置组成。收线装置是由无级调速变频电机提供动力的第一带轮及由减速机驱动的第二带轮，通过同步齿带连接控制收线的倒立式梅花收线机组装置，提供钢线运动的动力并用以收取钢线。

钢线表面处理生产线的放线装置设计有锁紧机构，其中张力检查设备能自动调节放线时钢线的张力，保证其状态平直，还可避免收线机组紧急停止时自动放线。钢线放线装置假如没有锁紧机构很容易导致钢线在通过导向装置进入各种处理槽时跳线或被卡死造成断线。更为严重的是当收线机组突然停机时钢线因惯性作用而在导向装置上松弛、容易造成在处理槽上乱线，尤其是高速运转的收线机突然停机时，这种现象更容易发生。为了避免这种故障的发生，用户在生产过程中就不得不安排专人在放线机组部位用手紧紧拉直钢线。这不仅浪费人力，而且还很难避免钢线的跳线和乱线[3]。

本生产线的收线装置是一种倒立式梅花收线机组上的收线机构，主要由机架和驱动装置组成，其中驱动装置包括三相交流变频电机和减速机。驱动装置安装在机架的顶部，其中三相交流变频电机的动力输出端上安装第一带轮，减速机的动力输入端上安装第二带轮。第一带轮通过同步齿形带与第二带轮连接，减速机的动力输出端驱动空心轴，在空心轴上套设卷筒，在卷筒的下方位于空心轴的轴端处安装进线导轮组件，在进线导轮组件一侧安装第一变形器，在第一变形器的一侧安装换向导轮，在换向导轮一侧安装引入导轮组件；同时在卷筒的一侧安装第二变形器，在第二变形器的一侧安装上卷筒导轮组件；在卷筒的另外一侧安装大压轮组件和拔丝杆组件。

5 脱脂

脱脂工序中的工艺槽，包括电解酸洗槽、水洗槽，均为上下组合槽。其中一种上下组合槽样式如图2所示。

它分上下层布置，上层是工作槽，是对工件进行处理的发生槽；下层是储液槽。上下槽之间的液体循环是通过耐蚀循环泵不间断地进行。上槽体制作成一个相对封闭的盒体，防止溶液腐蚀性气体的挥发和蒸汽带走的热能，减少对设备造成腐蚀及能量的损失，同时也由于上槽体敞开面积缩小而大大地减少排风量，最后经由风管将腐蚀性气体输送到废气处理塔进行处理，对环境危害大大减小。上槽体本身配置有透明开启窗和可折叠的活门，可防止腐蚀性气体污染环境，又便于观察。上槽体顶部有排风管，工作时关闭开启窗和活门，打开风机，实现半封闭式操作，减少防止溶液腐蚀性气体的挥发，有利于改善环境。倘若是对称式的两条生产线同时进行生产，相同的工序可以共用一套管路系统和排风系统，大大节省制作的成本。上槽内有定位装置、导向装置、吹水装置。下槽的液体循环是通过循环泵输入到上槽进行的，上槽液体又从溢流口流人排水口返回到下槽，如此往复。上下槽内液体得以循环使用，通过调节进液阀和浮球液位计来控制上槽液面高度，可减少水资源的浪费。由于上下组合槽内的溶液是不断循环的，所以上槽内的溶液浓度、成分、温度等更为均匀一致，保证了钢线表面处理的质量。

图2 上下组合槽结构图

6 连续退火

为了提高钢线韧性在镀镍前一般都需要进行退火处理。这种退火处理既要使钢丝降低硬度、提高韧性，又要使其表面尽量少地产生氧化皮，更不能造成表面腐蚀。连续退火炉与冷却槽连同为一个整体，钢线经过连续退火炉进行退火后进入冷却槽内部的圆管进行冷却。连续退火炉与冷却槽内的圆管不漏水地互相连接起来，这样可以实现空气冷却，控制冷却时间和冷却温度，改善钢线退火性能。连续退火炉与冷却槽内钢线走道平直，减少钢线运动的摩擦，钢线损伤几率也大大减小。

7 镀镍

镀镍工序中的工艺槽，包括电解酸洗槽、水洗槽及电镀槽，均为上下组合槽。上槽内有定位装置、导向装置、吹水装置及导电装置。它分上下层布置，上层是工作槽，下层是储液槽。上槽和下槽的液体循环是通过循环泵不断进行的，其循环路径为：下槽—循环泵—循环管—上槽—溢流管—下槽。

7.1 定位装置

定位装置由一个横的托辊和两块竖的夹板构成，托辊采用的材料是玻璃棒以减少钢线运动时的阻力，两块夹板在安装固定板上可以上下调节，以保证钢线经过处理槽时既不接触上槽底面，又不露出液面。同时还可以调节经过槽体的水平位置，保证钢线从上一个工序过渡到下一个工序的水平平衡度。

7.2 导向装置

导向装置由7套陶瓷导向板、一块扣板和两块竖的夹板构成，导向板与扣板之间的缝隙可以调节，既保证不同规格的钢线能够通过，又可防止钢线的任意摆动或翻转[4]。

7.3 吹水装置

所谓吹水装置就是利用气体高速冲击工件时所产生的机械冲击力来迅速完成清洗、脱水等作用的装置。该装置由鼓风机和气管两部分组成，气管设计成可以从设备之外拆卸的结构。气吹的目的是采用高压气经吹气管对钢线进行清洗、吹水，以减少钢线对处理液的带出量。钢线先经水洗槽迅速将残留其表面的少量药剂清洗后，经高压气吹掉钢丝上遗留的水液，不带入下一级处理槽，避免造成槽液的连续污染，有利于提高镀层的质量。

7.4 导电装置

导电装置的作用是使钢线与电极在电镀液内形成电场，使电镀液中的离子移向钢线表面形成镀层。导电装置的电极支架固定在上槽的槽格骨架上，电极安装在电极支架上，导电线与电极支架相连，形成导电装置。电极置于钢线的的正下方，并且不跟钢线接触，导电面积大，导电性良好，同时又减少了钢线运动的阻力。每套电极上方都有相应的冷却系统，冷却液冷却电极后流入槽间接水盘，经溢流管流入储液槽进行循环。

7.5 内部钢线输送装置

内部钢线输送装置由6套万向导向轮及支架组成，万向轮为双列布置。增加该装置主要目的是在不需要进行镀镍工序时，钢线可以直接经过该装置到达下一工序。假如没有内部钢线输送装置，在不需要进行镀镍处理时，钢线仍要穿过镀镍各种处理槽，这样就需要清除槽内的槽液、清洗槽体等工作内容，工作繁琐。有了这套装置，不仅可以减少工作量，操作也更为方便。

8 造膜、烘干

钢线进入造膜槽造膜时，钢丝呈“V”型进出槽体，导线轮安装在造膜槽中，大部分轮体浸在造膜液中，保证钢线通过时能完成造膜工序，如图3所示。钢线从造膜槽出来后，垂直进入烘干炉直接烘干。烘干主要是将钢线表面上的水分除去，防止基体金属再次锈蚀，以提高造膜质量。烘干工序是表面处理的最后一道辅助工序。造膜槽置于烘干炉的平台下方，相应的控制电柜也置于烘干炉的平台下方，立体式布置，设备平整美观。钢线从烘干炉出来后，呈倒“V”型进入收线装置，完成造膜、烘干工序。