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一、钢卷包装情况概述
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钢卷包装是钢卷储存和运输的重要保护措施。传统的钢卷包装为手工作业,包装质量差、生产效率低和工人劳动强度大是这一落后包装技术的致命弱点。特别是,随着轧制速度的提高,新建的冷轧生产线的能力都在百万吨级,低效率的手工包装根本不能满足生产要求。工业发达国家的钢铁企业都非常重视钢卷包装,将其提高到“保证安全储运,提升产品档次”的高度,开发出完整的钢卷包装工艺技术和装备,基本实现了钢卷包装的自动化。在我国由于很多钢铁企业以前没有冷轧厂,在新建的冷轧工程中往往忽视产品最后一道工序-包装,误认为中国的劳动力廉价,采用人工包装即可。这种不正确地认识导致我国很多正建冷轧项目的钢卷包装技术水平很低,“重主,轻辅”的设计思想为工程投产后的能力形成设置了“瓶颈”。
钢卷包装对冷轧生产效率和产品质量的影响冷轧薄板(包括: 电工钢板、不锈钢板、彩板和镀锌板等) 通常的供货状态或是按一定规格剪成的板材,或是成卷的带材(统称为板带材)。近年来,由于钢材销售渠道的改变,使得原有的终端用户直接从钢铁厂进货的模式改变为通过钢材市场(钢材配送中心) 采购进货模式,这样一来,用户所要的板材就可在钢材配送中心进行裁剪,钢铁厂只要提供钢卷就可以满足大部分的要求。这一改变带来的直接好处是:减少了产品规格,提高了生产效率。正是由于带材的增多,使得钢卷包装占整个钢材包装的比重越来越大,因此研究钢卷包装对冷轧生产效率和产品质量的影响就显得十分重要。
根据冷轧生产的工艺流程,包装属于精整车间(或称为“后处理车间”)的最后一道工序,最常见的是位于“重卷分剪机组”的后面,如果是手工包装就是设一个包装工区,如果是机械包装就设有包装机组。众所周知,冷轧薄板生产是速度非常快,自动化程度非常高的生产过程,因此,与之相配套的所有设备,无论主机还是辅机,在保证质量的前提下,满足生产速度要求就成了工艺设计的最重要参数。
二、钢卷包装技术现状和趋势
国外发达国家钢铁企业的钢卷包装技术已相当成熟。各大知名企业对成品钢卷的包装都有非常严格的要求, 制定有企业标准,而且这一标准与其它knowhow一样是企业的秘密,工业发达国家钢铁企业的钢卷包装普遍采用自动化程度很高的包装机组来完成,所需的工人很少。工人只做一些辅助工作,如:上内外护角、粘纸和更换捆带等。
在钢卷包装技术和装备的研发方面,同其它冶金设备一样,工业发达国家遥遥领先于我国,最具代表性的公司有:美国伊利诺伊公司下属的SIGNODE、德国的TITANPACK、意大利的ITIPACK等,这些公司都各有侧重,其产品也各具特色。
SIGNODE是以全自动打捆机而著名,同时也生产为全自动打捆机配套的全自动打捆头和包装用材,如:专用捆带、金属护角、侧护板、锁扣等。其全自动打捆头最大锁紧力为20,000N,同类产品中指标最高。
TITANPACK是生产全自动打捆头的专业厂,其产品规格齐全,性能优越,世界上很多包装设备所用的打捆头都是该公司提供的,其最大锁紧力17,000N。
ITIPACK是一家专门从事各种钢材包装机械设计与制造的公司,该公司就是使用TITANPACK生产的全自动打捆头。在钢卷包装方面,该公司的全自动打捆机主要用于“裸卷”(不加外包装材料的钢卷)的打捆。随着钢卷包装对锁紧力的要求不断增大,捆带接头的结合形式也在不断的改进,目前常用的接头形式有三种:1) 锁扣式:将捆带接头用铁扣扣压的方式结合在一起,主要用于手动打捆和全自动打捆机,结合力> 6000N;2) 免扣式:将捆带接头通过冲压变形(冲模做扣) 的方式结合在一起,可用于手动打捆机,结合力> 14000N;3) 焊接式:将捆带接头通过点焊的方式连接在一起, 主要用于全自动打捆机,结合力>20000N;采用免扣式或焊接式接头形式的、自动化程度高的包装机组已成为当今钢卷包装技术的发展趋势。
我国的钢卷包装起步比较晚,从宝钢二期工程引进的第一套钢卷包装机组投入使用算起只有十几年的时间。虽然目前我国钢铁产量已跃居世界第一,超过2亿吨/年,但冷轧薄板,特别是高附加值的优质板(汽车板、彩板和电工钢板等)占的比重一直比较低,新建的冷轧薄板生产线大多要到“十五”末期投产,所以这些年来我国的钢卷包装技术和装备发展的比较缓慢。在众多钢铁企业中,投入使用的钢卷包装机组只有几套,其中:宝钢2套进口机组;武钢的硅钢厂2套、冷轧厂1套国产机组;鞍钢新建冷轧厂1套进口机组。据了解在建工程中的钢卷包装机组还将有10套左右。由此可见,我国钢铁企业的钢卷包装技术现状是:机械化程度低、全自动打捆设备全部依赖进口。
目前我国钢铁企业钢卷包装所依据的标准是《钢板和钢带检验、包装、标志及质量证明书的一般规定》(GB/T247 - 1997),由于该标准是“一般规定”,所以没有具体的技术指标,也不具有强制性,缺少先进的技术标准也是造成我国钢卷包装技术落后的重要原因之一。
近年来,我国钢铁企业的决策者们通过与国外钢铁企业的交流,开始认识到钢卷包装对确保安全储运、提高生产效率、提升产品档次的重要性,越来越多的企业在新建冷轧生产线中将包装机组作为重要的辅助工艺设备一同建设,而且装备的自动化程度也有了显著提高。
三、钢卷包装中的物流
根据带钢冷轧生产的工艺流程,钢卷包装一般位于平整机组或重卷/分剪机组的后面,或在镀锌线或彩涂线的后面。钢卷包装物流就是解决物流的路线问题和物流方式问题。
1、入口物流
无论包装机组服务的前方机组是哪一种,都有钢卷从前方机组下线后如何进入包装机组的问题,也就是入口物流问题。根据前方机组与包装机组的连接方式,入口物流分为开式和闭式2种。开式是指前方机组与包装机组之间设有中间库或缓存区,钢卷从前方机组下线后不直接进入包装机组,而是先放到中间库,这种物流方式又被称为“柔性连接”。闭式是指前方机组的出口与包装机组的入口通过某种输送设备直接相连,钢卷下线后直接进入包装机组,这种物流方式又被称为“直连式连接”或“刚性连接”。
入口物流有3种配置方式,一是I配置,即1套包装机组服务1条前方机组,一一对应,如:1条镀锌线配1套包装机组;二是Y配置,即1套包装机组服务2条前方机组,一对二,如:2条重卷机组配1条包装机组;三是W配置,即2套(也可能多于2套)包装机组服务多条前方机组,如:在一个精整车间里,既有重卷机组、退火线,还可能有镀锌机组和彩涂线。这些机组的成品卷都将通过共同的包装机组进行包装入库。无论是哪种配置,都可有“开式”和“闭式”2种连接方式。
2.物流设备
通常采用的运输设备包括:天车、钢卷小车、AGV(自动导引车,国内冶金企业尚未使用)、高速台车、龙门吊和传卷车等(一般将运输链、步进梁归属到包装机组,与上述运输设备配合使用)。选择哪种运输设备与机组的连接方式、传输距离和传输的速度要求有关:
(1)开式连接一般采用天车上下卷,而闭式连接不用天车;(2)闭式I配置中,由于传输的距离较近,一般采用“钢卷小车+步进梁或运输链”方式;(3)闭式Y配置中,由于有合流问题,一般采用“钢卷小车+龙门吊或传卷车+步进梁或运输链”方式;(4)闭式W配置中,由于是多点汇集,运输距离也较远,一般采用“高速台车+步进梁或运输链”方式。
3.物流分析
开式连接的柔性好,在天车数量、能力和场地条件允许情况下,采用这种连接方式,可降低对包装机组最大包装速率的要求。
闭式连接效率高,生产连续性好,一般在天车布置受到限制、天车的运输速率不能满足要求和场地不足情况下采用。由于是刚性连接,柔性不佳是这种连接方式最突出的问题。一旦包装机组出现故障,可能造成前方机组不能正常生产。另外,这种连接要求包装机组的最大包装速率不小于前方机组最小钢卷的产出速率。
因此,在同样的前方机组条件下,采用不同的连接方式,包装机组的包装速率也不同。
4.出口物流
包装机组的出口物流与入口物流相比要简单得多,具有较大的柔性。由于通常的工厂设计是将包装机组与成品库相连,所以多数情况下是由天车从包装机组的出口直接将包好的成品卷吊运入库,只要机组后方的天车数量和能力能够满足机组的出卷速率,就可以采用这种方式。否则需在包装机组的出口增加缓存区,以缓解成品库天车的压力。
四、钢卷包装工艺
钢卷包装可使钢卷在储存和运输中免受损害,但同时也会使产品成本增加。因此,采用何种包装工艺可以降低成本,是市场经济条件下每个生产厂都应关注和研究的问题。
1、包装种类
钢卷包装有2种工艺:一是简易包装。钢卷卷取完成后在外圆上捆扎1～3道钢带进行固定。该工艺适于热轧卷、冷硬卷以及短途运输且运输条件较好的钢卷;二是精包装。按照包装工艺要求,将不同的包装材料包裹在钢卷的外表面并捆扎定型,该工艺适于冷轧板尤其是硅钢板等。
2、包装材料
包装材料有防锈纸、塑料袋、内铁皮、外铁皮、内纸护角、外纸护角、端护板、内铁护角、外铁护角、捆带垫、捆带等,如图1所示。各种包装材料的作用如下:(1)防锈纸:紧贴在钢卷的外表面,防止钢卷生锈。(2)塑料袋:包裹在防锈纸外面,用于防水。(3)内、外铁皮:保护钢卷、防锈纸及塑料袋。(4)厚塑料板:减轻吊运对钢卷的冲击。(5)内、外铁护角:保护最易伤害的钢卷边缘。(6)内、外纸护角:保护防锈纸及塑料袋,避免被钢卷棱边划伤。(7)捆带垫:主要用于气动锁扣式打捆机,固定接头,防止局部应力过大。(8)周向捆带:通常为3道,旁边两道为固定外铁护角所用,中间一道用于固定卷眼捆带。(9)卷眼捆带:4道或6道,卷眼捆带真正起固定钢卷的作用。
3.包装工艺
由于我国的冷轧技术和装备基本为引进,产品的包装也不例外。多年来,我国企业基本沿用最初由国外学来的包装工艺,没有创新。近年来,国外在包装材料和方法上已有很大改进。但在我国大量引进的冷轧生产线中由于很少有包装机组,所以我国多数企业带钢冷轧生产线的包装工艺仍停留在20世纪80年代左右的水平。为此,下面介绍几种新的包装工艺和方法。
(1)缠绕塑料膜。通常使用防锈纸和塑料袋是为了防止钢卷生锈和进水受潮,耗材较多,包装也较烦琐。新工艺用缠绕塑料膜取代防锈纸和塑料袋,缠绕方法如图2所示。在内孔和外径的边缘装上护角(防止钢卷棱边划伤塑料膜)后,将塑料膜按照设定的重叠率紧紧地裹在卷材的表面。其优点在于:容易实现外包装的自动化,100%防锈、防尘、防潮,拆包快速方便,可极大地减少包装重量、降低包装成本,环保耗材可回收利用,因此其代表了钢卷包装的新方向。
(2)带气泡的塑料袋(气泡膜)。为了提高捆带的捆紧程度,可采用带气泡的塑料袋取代普通塑料袋,其作用是:众多的气泡在外铁皮内均匀承受着捆带产生的压力,可抵抗很大的张力。计算表明,假设沿母线方向有100mm宽的气泡膜承受压力,对于直径Φ800mm的钢卷,可抵抗约20kN的张力。手动打捆工具通常拉力小于10kN,全自动打捆机的拉力最大可达20kN,可见气泡可以承受其压力。如果气泡在承压后可压缩1mm,直径上就可缩小2mm,捆带在周长上就可有6mm的缩放能力,这就减轻了免扣式打捆头的下模对捆扎牢固程度的影响,提高了捆扎效果。
(3)周向捆带。在国内的钢卷包装中经常看到周向捆带的数量随着钢卷外径或带宽增大而增多,如4道、5道甚至更多。其理由是:对于张力卷取的钢卷,如果散卷,必定沿周向松开,所以周向应捆扎得更结实、更紧。而研究表明,捆紧钢卷靠的是卷眼捆带和足够大的捆扎力。通常,周向捆带3道即可,其中旁边2道用于固定外铁护角,中间1道用于固定卷眼捆带,再多捆造成浪费。
(4)捆带的接头形式。随着钢卷包装对锁紧力要求的不断增大,捆带接头的结合形式也在不断改进。目前常用的接头形式有3种:一是锁扣式,将捆带接头用铁扣扣压的方式结合在一起,主要用于气动(人工)打捆,也可用于全自动打捆,拉紧力≥6kN;二是免扣式,将捆带接头通过冲压变形(冲模做扣)的方式结合在一起,主要用于全自动打捆,可用于气动(人工)打捆,拉紧力≥14kN;三是焊接式,将捆带接头通过点焊的方式连接在一起,用于全自动打捆,最大拉紧力20kN。目前我国普遍使用锁扣式气动打捆头(包括进口产品),而国外多采用免扣式或焊接式的全自动打捆头。气动打捆头的锁紧力原本较小,还要受气源压力和工人操作等因素的影响,所以手工包装的捆带锁紧力不足,容易导致钢卷吊运过程中发生包装损坏和散包等问题。