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0引言

經(jīng)冷軋生產(chǎn)的鋼卷為避免在存放和運(yùn)輸中受 潮、雨淋，防止在起吊和運(yùn)輸時(shí)的摩擦和磕碰等問 題,成品鋼卷內(nèi)外表面要覆蓋多種包裝材料。成 品鋼卷在出廠前還需要經(jīng)過最后一道工序——精 整包裝線，該工序直接影響冷軋產(chǎn)品的最終質(zhì)量, 因此應(yīng)給予足夠的重視。目前，國內(nèi)絕大部分大 型冷軋生產(chǎn)廠基本釆用半自動(dòng)包裝技術(shù)，即由專 用包裝設(shè)備輔助包裝作業(yè)人員實(shí)現(xiàn)包裝工作，部 分設(shè)備可以獨(dú)立工作而無需人的參與，該技術(shù)目 前存在的瓶頸為,受限于其自動(dòng)化水平,極限包裝 能力一般為20卷/h,只能勉強(qiáng)滿足年產(chǎn)80萬t冷 軋卷對(duì)鋼卷包裝生產(chǎn)速度的要求,一旦發(fā)生故障 則必然對(duì)主線正常生產(chǎn)造成影響，且國內(nèi)的包裝 系統(tǒng)部分工藝不夠完善，包裝成品普遍存在一定 質(zhì)量問題。當(dāng)前國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家鋼鐵企業(yè)的鋼 卷包裝多采用自動(dòng)化程度很高的包裝線,具有生 產(chǎn)效率高、包裝質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但由于部分簡(jiǎn)單操 作由機(jī)械完成使設(shè)備控制過于復(fù)雜，投資過大，因 此性價(jià)比不高。

原首鋼祟唐鋼鐵公司2230連退線的包裝流 水線是低效的半自動(dòng)化半人工生產(chǎn)線，存在各種 問題,通過實(shí)施各項(xiàng)有針對(duì)性的技術(shù)改造和優(yōu)化 措施，切實(shí)改進(jìn)了包裝線的生產(chǎn)效率，提高了包裝 質(zhì)量，并綜合考慮自動(dòng)化水平和經(jīng)濟(jì)成本,兼顧效 率和效益，充分滿足了連退生產(chǎn)的需要。

1包裝流水線工藝

京唐2230連退線的包裝流水線分為入口段、 工藝段和出口段三部分，總共12個(gè)工位進(jìn)行相應(yīng) 包裝作業(yè),其整體工藝流程如下。

1. 包裝入口段

0#工位在包裝線入口段設(shè)置有入口步進(jìn)梁, 其主要目的是從主生產(chǎn)線出口段的十字鞍座接收 生產(chǎn)完成的鋼卷，也可接受天車吊卷，并直接運(yùn)輸 到包裝線工藝段。

2. 包裝工藝段

1 ,工位:進(jìn)行外形檢測(cè)(測(cè)寬)，并預(yù)留天車吊 卷備用位;2#工位:進(jìn)行鋼卷對(duì)中;3*工位:條碼掃 描，鋼卷ID信息錄入，測(cè)徑，安裝紙護(hù)角(如果需 要);4#工位:步進(jìn)梁行進(jìn)中旋轉(zhuǎn)，通過滾卷機(jī)和自 動(dòng)包紙機(jī)進(jìn)行自動(dòng)包紙操作;5'工位:鋪芯紙/折 紙;6"工位:通過提升機(jī)提升鋼卷并套塑料袋和包 裹緩沖材料;7’工位:塑料袋封口，安裝外紙護(hù)角； 8*工位:通過滾卷機(jī)和自動(dòng)鋼皮包裹機(jī)進(jìn)行自動(dòng) 包裹鋼皮操作;9#工位:放置內(nèi)鐵皮、安裝端護(hù)板 和內(nèi)鐵護(hù)角;10,工位:放置外鐵護(hù)角；11*工位:周 向打捆機(jī)進(jìn)行周向打捆;12#工位:分體式滾卷機(jī) 進(jìn)行鋼卷位置調(diào)整,卷眼打捆機(jī)進(jìn)行徑向打捆。

3. 包裝出口段

棧道梁從12#工位取卷,在棧道梁首位粘貼標(biāo) 簽，棧道梁起到緩存入棧作用,鋼卷在該裝置上等 待吊運(yùn)至成品庫。

2工藝特點(diǎn)及存在問題

首鋼京唐鋼鐵公司2230連退線的包裝流水 線自2010年投產(chǎn)以來，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外包裝線生 產(chǎn)技術(shù)分析該生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)情況，總結(jié)出如下 制約生產(chǎn)效率的技術(shù)問題。

1. 包裝流水線生產(chǎn)節(jié)奏要求高,對(duì)于高速冷 軋線單一對(duì)應(yīng)的包裝線，其生產(chǎn)節(jié)奏必須匹配冷 軋線產(chǎn)出鋼卷的速度，一旦因故無法正常包裝，勢(shì) 必影響主生產(chǎn)線生產(chǎn)速度,且處理包裝線故障階 段生產(chǎn)的鋼卷需通過線下包裝，增加了人員勞動(dòng) 量，還容易引起鋼卷的信息跟蹤出現(xiàn)問題。
2. 包裝線自動(dòng)化程度低，部分工作需要包裝 作業(yè)人員手動(dòng)完成，例如打捆和包鐵皮等操作，該 問題嚴(yán)重制約生產(chǎn)速度和控制效果。由于原系統(tǒng) 這部分操作未設(shè)計(jì)自動(dòng)功能，在改造中需根據(jù)打 捆實(shí)際工藝要求和相關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行綜合考慮, 并通過編寫程序和添加設(shè)備等措施，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng) 控制功能。
3. 紙庫噴膠、鐵皮包裝等操作控制精度低, 工藝不完善,在實(shí)際生產(chǎn)中多次岀現(xiàn)影響包裝效 果的問題，且沒有成熟技術(shù)可供參考，只能根據(jù)實(shí) 際情況增加設(shè)備和控制程序并反復(fù)測(cè)試以確定最 佳解決方案。
4. 作為冷軋生產(chǎn)線的一個(gè)組成部分,包裝線 的鋼卷包裝狀態(tài)和跟蹤定位等信息對(duì)分析鋼卷成 品質(zhì)量起著重要的作用，必須建立完備的數(shù)據(jù)采 集和歸檔系統(tǒng)。

3包裝流水線改造與優(yōu)化實(shí)施

作為該包裝線的生產(chǎn)維護(hù)人員，參考當(dāng)前冷 軋精整包裝線發(fā)展技術(shù)，在原半自動(dòng)包裝技術(shù)基 礎(chǔ)上，開展各項(xiàng)技術(shù)改造工作，通過優(yōu)化生產(chǎn)工 藝、改進(jìn)控制技術(shù)、增加控制設(shè)備、完善數(shù)據(jù)采集 和分析系統(tǒng)等措施，提升包裝線的生產(chǎn)效率,并提 高控制精度和包裝質(zhì)量，以更好地滿足連退線對(duì) 鋼卷包裝生產(chǎn)的要求，且兼顧對(duì)成本的考慮，達(dá)到 此生產(chǎn)線效益最大化。同時(shí)，因采用模塊化編程, 并制定標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范，使本項(xiàng)目產(chǎn)生的技術(shù)成果 利于在其他包裝線進(jìn)行推廣。具體改造和優(yōu)化工 作如下：

1. 提高包裝線控制精度。根據(jù)包裝線實(shí)際 控制需要，將提升機(jī)升降檢測(cè)裝置由電阻尺改為 激光測(cè)距，提高了測(cè)量精度和穩(wěn)定性；在提升機(jī)控 制和鋼卷位置調(diào)節(jié)等程序中，增加鋼卷內(nèi)外徑參 與計(jì)算，使控制更精確，避免出現(xiàn)撞卷或刮蹭 問題。
2. 設(shè)計(jì)一套全新單頭鐵皮包裝機(jī)。原系統(tǒng) 鐵皮包裝機(jī)存在設(shè)計(jì)缺陷,造成鐵皮包裝不符合 生產(chǎn)要求,嚴(yán)重影響連退線下卷速度。根據(jù)實(shí)際 工藝要求，自行設(shè)計(jì)并安裝了一套鐵皮包裝機(jī)，實(shí) 現(xiàn)了自動(dòng)鐵皮包裝操作，并可進(jìn)行打捆固定，切實(shí) 保證了鐵皮包裝質(zhì)量,且工作速度快，滿足包裝生 產(chǎn)節(jié)奏的要求，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化編程,使該包 裝程序更利于推廣。單頭鐵皮包裝機(jī)如圖1

 

圖1單頭鐵皮包裝機(jī)

 

3. 紙庫噴膠方式優(yōu)化。根據(jù)生產(chǎn)不同鋼種 的鋼卷對(duì)噴膠方式要求的不同，對(duì)噴膠控制程序 進(jìn)行了優(yōu)化，建立了噴膠模型，由具體的鋼種決定 對(duì)應(yīng)的噴膠流程,提高了噴膠效果,避免了因噴膠 不當(dāng)影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約了包裝材料。
4. 完善旋轉(zhuǎn)鞍座控制程序。因工藝提升，鋼 卷卷取機(jī)由原來只能進(jìn)行下卷取改為根據(jù)實(shí)際生 產(chǎn)需要既可進(jìn)行下卷取又可進(jìn)行上卷取,針對(duì)該 情況修改旋轉(zhuǎn)鞍座自動(dòng)控制程序,根據(jù)冷軋線出 口給出的卷取信息并判斷相關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了 旋轉(zhuǎn)鞍座自動(dòng)調(diào)整，滿足了生產(chǎn)要求，保證了鋼卷 包裝的質(zhì)量。
5. 實(shí)現(xiàn)打捆機(jī)自動(dòng)控制。根據(jù)打捆機(jī)的工 藝，通過增加打捆機(jī)走行檢測(cè)裝置,分析確定其聯(lián) 鎖關(guān)系，并由此設(shè)計(jì)并編寫自動(dòng)打捆程序，實(shí)現(xiàn)了 打捆機(jī)根據(jù)鋼卷寬度和外徑進(jìn)行計(jì)算并自動(dòng)按計(jì)算出的打捆要求打捆。此外，參考各打捆機(jī)控制 的通用原理，該程序采用模塊化編寫,使程序具備 普遍應(yīng)用性。周向打捆機(jī)如圖2聽示

 

圖2周向打捆機(jī)

 

6. 安裝一套全新的鋼卷位置調(diào)節(jié)裝置。根 據(jù)鋼卷入口和運(yùn)輸時(shí)對(duì)鋼卷位置要求，設(shè)計(jì)并安 裝了一套調(diào)節(jié)裝置，可準(zhǔn)確檢測(cè)鋼卷實(shí)際位置，并 根據(jù)鋼卷目標(biāo)位置、鋼卷外徑等綜合參數(shù)進(jìn)行分 析計(jì)算，控制鋼卷精確旋轉(zhuǎn)到指定位置。鋼卷位 置調(diào)節(jié)裝置如圖3所示。

 

圖3鋼卷位置調(diào)節(jié)裝置

 

7. 建立鋼卷包裝模型。根據(jù)各類鋼種對(duì)包 裝要求的不同，自動(dòng)設(shè)置相應(yīng)包裝流程，并根據(jù)具 體流程控制包裝線各設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作。
8. 完善精整包裝流水線的信息化。對(duì)包裝 線的重要生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和歸檔,包括鋼 卷信息、包裝材料使用量、打捆的捆帶數(shù)和帶扣位 置等，由此更好地掌握生產(chǎn)狀況，并在出現(xiàn)質(zhì)量異 議時(shí)，對(duì)分析包裝生產(chǎn)是否存在問題提供可靠依據(jù)。

4應(yīng)用效果分析

本文所提及的各項(xiàng)改造和優(yōu)化工作于2012 年底陸續(xù)在2230連退生產(chǎn)線開始實(shí)施。首先根 據(jù)改造需要增加各檢測(cè)和控制設(shè)備，之后按照標(biāo) 準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)并編寫模塊化控制程序，再進(jìn)行線上 測(cè)試，調(diào)整控制參數(shù)和完善控制功能,最終于2013 年10月基本實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。

4.1改造效果

通過實(shí)施上述各項(xiàng)改造和優(yōu)化后，所取得的 效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 實(shí)現(xiàn)整體包裝線的高效自動(dòng)化運(yùn)行通過增設(shè)單頭鐵皮包裝機(jī)，改造打捆機(jī)控制 程序，完善相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系，提高包裝線的自 動(dòng)化程度,提升了包裝生產(chǎn)效率，更好地適應(yīng)了連 退生產(chǎn)對(duì)下卷處理速度的要求，并降低了人工成 本和勞動(dòng)強(qiáng)度。
2. 采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化編程,更利于成果轉(zhuǎn)化和推廣在進(jìn)行打捆機(jī)和包裝機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)，參考其 通用工作原理，采用模塊化編程，使該程序只需設(shè) 置相應(yīng)參數(shù)即可應(yīng)用于大部分的同類產(chǎn)品中，提 高了程序的重用性和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，為日后項(xiàng) 目推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3. 提升控制精度,提高包裝質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)奏 通過對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),并將鋼卷外徑、打

捆帶扣位置等重要參數(shù)結(jié)合到包裝程序的計(jì)算和 控制中，有效提升了系統(tǒng)的控制精度;通過建立紙 庫噴膠模型，發(fā)明一套鋼卷位置調(diào)節(jié)裝置等措施, 提高了包裝質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)奏，保證了整條連退線 的生產(chǎn)穩(wěn)定。

4. 建立一套完整的包裝流水線解決方案對(duì)整條包裝全流程進(jìn)行統(tǒng)一完善和優(yōu)化，使 各項(xiàng)具體作業(yè)的生產(chǎn)效率均滿足連退下卷速度要 求，不存在制約生產(chǎn)節(jié)奏的短板;對(duì)流程中存在前 后關(guān)聯(lián)的操作進(jìn)行有針對(duì)性地處理，保證其能相 互協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4.2改造前后主要生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比

(1)包裝線的自動(dòng)化率

根據(jù)工藝要求，包裝線共有重要操作32項(xiàng), 其中已有26項(xiàng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)化率為81%, 而改造前系統(tǒng)自動(dòng)化率僅為53%?，F(xiàn)只有安裝紙 護(hù)角、放置外鐵護(hù)角等簡(jiǎn)單操作因投用自動(dòng)改造 的性價(jià)比過低，故保留人工操作。

2. 包裝線生產(chǎn)速度

根據(jù)2230連退生產(chǎn)線年生產(chǎn)鋼卷87 500卷 計(jì)算，要求鋼卷包裝速度需達(dá)到17卷/h,通過包 裝線改造,鋼卷包裝速度可達(dá)到25卷/h,正常生 產(chǎn)速度為23卷/h,充分滿足連退線對(duì)下卷節(jié)奏的要求。

3. 包裝線故障率

鑒于高速冷軋線對(duì)包裝生產(chǎn)的要求，包裝線 年故障率應(yīng)低于0.3%,目前改造后系統(tǒng)故障率 為 0. 13%。

4.3經(jīng)濟(jì)效益

1. 通過提高生產(chǎn)率增加冷軋鋼卷產(chǎn)量通過實(shí)施本項(xiàng)目，避免了因包裝線生產(chǎn)問題 制約主線生產(chǎn)的問題，與未改造前對(duì)比,2230連退 線的生產(chǎn)率同比提高了 0.2t/h_o根據(jù)包裝線的年 可利用時(shí)間6 432 h,連退鋼卷利潤(rùn)700元/t計(jì)算， 一年增加產(chǎn)值利潤(rùn)0. 2 x 6 432 x 700 = 900 480 (元)。
2. 通過鋼卷位置調(diào)節(jié)減少帶鋼外層的報(bào)廢未安裝鋼卷位置調(diào)節(jié)裝置時(shí)，鋼卷入庫時(shí)因 帶扣擠壓，會(huì)在外層出現(xiàn)約8 mm左右的擱痕。由 鋼卷平均外徑1 400 mm,平均寬帶1 465 mm,鋼卷 密度7. 85 g/cm，計(jì)算，造成每卷報(bào)廢鋼卷價(jià)值 3. 14 x (0. 7² - 0. 696²) x 1.46 x 7.85 x 4 590 = 825(元)。通過該裝置徹底消除擱痕問題,根據(jù)統(tǒng) 計(jì)未安裝該裝置時(shí)的擱痕發(fā)生量約132卷/月，由 此減少報(bào)廢鋼卷價(jià)值825 x 132 x 12 = 1 306 800 (元)。
3. 提高包裝質(zhì)量，減少重包率

實(shí)施改造前，包裝線每班的平均返包率約為 12. 3卷，通過改進(jìn)工藝,提高控制精度等措施，目 前返包率為0. 5卷，以重新包裝成本600元計(jì)算， 每年節(jié)省額外包裝成本(12.2 - 0.5) x600 x 3 x 6 432 +24 =5 644 080(萬元)。

4. 提高自動(dòng)化程度,減少操作崗位

因自動(dòng)化水平提高，包裝操作崗位由12人減 少到11人，降低了勞動(dòng)成本，同時(shí)還減少了操作 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4社會(huì)效益

此改造項(xiàng)目的成功完成，填補(bǔ)了企業(yè)在該領(lǐng) 域的技術(shù)空白，并形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán);本次改造 規(guī)范了包裝作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)則，提高了企業(yè) 管理水平;在改造過程中，通過模塊化編程，使各 單體設(shè)備具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和可移植性,推廣前 景更加廣闊。

5結(jié)論

通過對(duì)改造后實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析并與改 造前各主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比,證明此次改造切實(shí)提 高了包裝線的自動(dòng)化程度，減少了故障率,提升了 生產(chǎn)速度,同時(shí)保證了包裝質(zhì)量，創(chuàng)造了可觀的經(jīng) 濟(jì)效益。結(jié)合此次改造項(xiàng)目，已開始在京唐冷軋 廠其他各條生產(chǎn)線進(jìn)行同類化的改造，同樣取得 了顯著效果。

 

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