喂线机用断线机构的研究

石志君

(黑龙江省冶金研究所，哈尔滨150040)

喂线也称喂丝，是20世纪7O年代末在钢包喷粉技术之后发展起来的一种钢包精炼技术。该技术首先需要将C、Si、Ca、Al等化学元素制成以合金粉末或添加剂形式，然后利用薄钢带将合金粉末或添加剂经包覆、轧制形成包芯线，再通过喂线机射入钢液内部，使包芯线与钢液发生化学反应，从而实现钢液的脱氧、脱硫、非金属夹杂物变性处理及合金化等精炼处理，提高钢水纯净度，优化产品使用性能。喂线作为精炼的最后一道工序对钢水的质量和后序的连铸都起着至关重要的作用，所以喂线机设备正常运行是保证精炼连铸生产顺行的关键。

1 喂线机增加断线机构的必要性

在生产实践中，喂线过程大致可分为喂线、反应、退线三个阶段。对于钢液的精炼而言，喂线高度、喂线速度、喂线角度等都会影响反应过程的效果，从而直接影响钢液的最终成份。但退线阶段是由于包芯线只能在钢液以下部分发生熔断，位于钢液以上至钢包顶端的那段包芯线，必须要退回机体，才能保证该段包芯线不会影响后续生产过程。

由于退线时，包芯线熔断处必定会粘有钢液及钢液上层漂浮的钢渣，当包芯线退回至导向管时，少量尚未完全凝固的钢液及高温的钢渣都会对导向管造成损坏，加速导向管的磨损。同时，退线过程会将原先位于机体内的包芯线退出机体，造成不必要的安全隐患，而且退线长度过大，还会影响下次喂线过程的顺利进行。如果在进线过程结束即将包芯线截断，就可以从根本上解决上述问题的发生。因此，从优化工艺过程，确保安全，提高生产效率的角度考虑，需在喂线机中加入断线机构。

2 断线方式的优劣比较

常用的切断方式大致可分为剪切、锯切、火焰切割三大类。由于包芯线内合金粉末的活性较大，受热易发生反应，且包覆的薄钢带破损后，会造成合金粉末的泄漏等原因，故包芯线的断线不宜采用火焰切割。

在锯切和剪切之后，合金芯线的断面形状会有所不同，如图1所示。由图可知，锯切断线后包芯线的切口平直，在断线后若切口向下或有轻微振动都会造成合金粉末的泄漏。而剪切断线利用上下剪刃的相对运动断线，产生剪切力将包芯线剪断。剪断过程伴随着包芯线横截面形状的改变，外层薄钢带的变形正好起到了封口的作用，保证了包芯线内部的合金粉末不会轻易漏出。因此，相较锯切而言，剪切方式更适合应用于包芯线的断线机构。

图1 锯切与剪切后的断面形状

3 不同剪切机构的比较

剪切机构可根据所用刀片形状、配置情况以及剪切方式等特点分类。由生产实际需要可知，应用到喂线机中的剪切机构，必须在能够实现合金芯线径向剪切的基础上进行选择。结合喂线机的工作特点，根据图2剪切机构工作时剪刃与芯线的运动状态中，剪切刃的水平分速度Vt与合金芯线的进线速度V1的关系，可将喂线机用剪切机构分为两类:普通剪切机构、飞剪机构。

普通剪切机构在剪切过程中，剪切刃只需完成剪切方向上的相对运动。即剪切刃的竖直分速度V0＞0，剪切刃的水平分速度Vt=0。因为剪切刃的水平分速度Vt=0，所以当合金芯线的进线速度V1≠0时，则剪切时剪切刃将阻碍芯线的运动，从而使芯线弯曲变形，甚至引起芯线缠刀等生产事故。由此可知，当采用普通剪切机构断线时，必须使V1=0，即停车后才能进行合金芯线的剪切作业。

飞剪机构在剪切过程中，剪切刃在剪切过程中会跟随被剪切件一起运动，即同时完成剪切和移动两个动作。即剪切刃的竖直分速度V0＞0，剪切刃的水平分速度Vt＞0。因为当剪切刃的水平分速度Vt＜合金芯线的进线速度V1时，也会出现芯线变形、缠刀等生产事故，所以剪切刃的水平分速度Vt与合金芯线的进线速度V1需满足Vt=(1～1.03)V1的设计要求，从而可以实现不停车断线。

图2 剪切机构工作时剪刃与芯线的运动状态

若采用普通剪切机构，因为不需要提供水平方向的分速度，其机构可实现简化。但由此带来的问题是，必须停车后才能进行剪切操作。由于停车后，芯线将失去在导向管中前进的动力，故该剪切机构必须安装在芯线前进没有阻力的位置。根据喂线机的结构特点可知，普通剪切机构必将安装在靠近钢包的位置。

若采用飞剪机构，因为必须保证剪切刃的水平分速度Vt等于或略大于合金芯线的运动速度V1，所以飞剪机构的结构尺寸及制造成本会明显上升。但由于其剪切后，芯线仍具有一定的运动速度，所以其安装位置可灵活选择或集成至喂线机内部。避免了剪切机构距离钢包较近，易发生损坏的风险，且可采用液压、气压传动方式工作。

4 结语

(1)从提高喂线过程的安全性、经济性及生产效率方面考虑，确实需要在喂线机中增加断线机构。

(2)从降低采购成本、简化机构结构等方面考虑，喂线机中的断线机构可采用普通剪切机构。

(3)从提高机构使用寿命、简化安装方式等方面考虑，喂线机用断线机构可采用飞剪机构。