钢丝绳生产过程中节能降耗与环境保护.docx

钢丝绳生产过程中节能降耗与环境保护吴根柱 ,秦万信(咸阳石油钢管钢绳有限公司 , 陕西 咸阳712000 )摘 要 钢丝绳是金属制品行业公认污染严重 、能耗较高的产品 。从研究和采用新工艺 、新技术如钢丝绳填 (涂 )塑技术 、明火加热技术等 ,以及控制原辅材料质量 、谨慎更换原辅材料 、提高钢丝绳工艺设计准确性 、完善工艺装 备 、控制生产过程工艺质量 、重视作业人员操作技能等方面入手采取各种措施 ,实现钢丝绳生产过程中的节能降耗 、环境保护 。关键词 钢丝绳生产 ;环境保护 ;节能降耗 ;质量控制中图分类号tg356. 4 + 5en ergy sa v in g an d con sum p t ion reduc in g an d en v ironm en t pro tec t ionin w ire rope produc t ionw u g e n 2z h u , q in w a n 2x in( x ianyang petroleum s teel tube and w ire r ope c o. , l td. , x ianyang 712000, c h ina )abstrac t w ire rop e is conside red a s heavy po llution and highe r ene rgy con sump tion p roduc ts in stee l w ire p roduc ts indus2 try. it can realize energy saving and con sump tion reduc ing and environm ent p ro tec tion to take such m ea sures as con tro lling the qua lity of raw and auxilia ry m a te ria ls, changing raw and auxilia ry ma te rials carefully, raising verac ity of w ire rope p roce ss de2 sign, con summ ating p roce ss equipmen t and p roce ss con tro l, think ing m uch of op eration skills of wo rke rs on the aspec t of re2searching and adop ting new p roce ss and techno logy such a s p la stic filling o r coating of w ire rope, open fire to hea t.keyword s w ire rop e p roduc tion; environm en t p ro tec tion;ene rgy saving and con sump tion reduc ing; qua lity con tro l1 问题的提出钢丝绳制造具有工艺流程相对较长 、能耗相对 较高 、对环境污染相对严重的特点 。世界工业发达 国家在不断研究钢丝绳生产节能降耗与环境保护新 工艺 、新技术的同时 ,将钢丝绳生产企业异地转移 。随着国家不断补充 、完善节能降耗与环境保护相应 的法律法规 ,作为钢丝绳生产企业 ,如何在实现自身 发展的同时 ,实现与社会和谐 、与自然和谐已成为越 来越值得思考的现实问题 。产品制造企业的发展离不开对资源的寻求 ,也 无法避免对环境或轻或重的污染 。企业只有将资源 转化为优质产品 ,其活动才能获得社会认可 ,如果产 品质量不佳 ,表面上消耗的是企业的人力 、物力 、财力 ,实际是对社会资源的消耗和对环境的破坏 。不是科技进步 ,不是真正能够满足用户使用要求的高质量的产品 ,而是凭借低档次产品后的低价格和 背后隐含的高能耗 、重污染 。积极研究和采用新工 艺 、新技术是实现钢丝绳生产节能降耗 、创建环境友 好型社会的迫切需要 。以合适成本高效率地生产优质产品 ,必然以技 术进步成果为支撑 。如平行捻股 (俗称线接触股 ) 钢丝绳的出现 , 相对多工序交叉捻股 (俗称点接触 股 )钢丝绳 ,产品使用寿命明显提高 , 而压实股 (俗称面接触股 )钢丝绳的出现 ,相对平行捻股钢丝绳 , 产品使用寿命进一步提高 ,填 (涂 ) 塑技术的采用 , 产品质量更加完善 。我国已成为世界最大钢丝绳生 产大国 ,但产品制造技术水平与世界钢丝绳生产技术强国相比仍有相当大差距 。 国内钢丝绳生产企业在生存与发展问题上 ,谋生存精力有余 ,谋发展精力不足 ,在钢丝绳生产新工 艺 、新技术研究上投入不够 ,很少能取得具有相当先 进水平的科技成果 。2 解决措施2. 1 采用新工艺、新技术是节能降耗、环保的有效途径 相当数量的钢丝绳企业赖以生存与发展的依靠金 属制 品第 35卷48线材无酸洗拉拔压力模 (图 1 ) 起润滑作用 ,钢丝拉拔用粉夹 (图 2 )增加润滑粉对钢丝表面附着力(该措施对减小拉拔过程中的锌损十分有效 ) ,旋转 模 (图 3 )将钢丝与模具间滑动摩擦调整为滚动摩擦等技术在国外已十分成熟 ,但在国内并没有得到广泛应用 (天津市大成五金厂 、新华金属制品股份有 限公司先后在 1991年 、2003 年申报了“一种组合拉 丝模 ”、“压力可调的润滑装置 ”实用新型专利技术 ,实现了钢丝拉拔过程的强制润滑或称压力润滑 ) , 润滑剂质量也不高 ,使得一些高效拉丝机长期在低 效率状态下运行 , 为 满 足产 能需 要 , 反过 来 补充 设 备 ,不仅增加动力消耗 ,而且提高劳动力成本 、厂房 成本和管理成本 ,降低钢丝生产效率 。工艺 、新技术措施不能及时跟进也是现实问题 。咸阳石油钢管钢绳有限公司 1985 年引进年产 5 000 t石油钢丝绳生产线 ,当时仅配置了 1 台大直径拉丝 机 、1台中直径拉丝机 、2 台小直径拉丝机和 2 台湿式拉丝机 ,生产线运行不久之所以能迅速达产 ,拉丝机正常运行是最重要的保证之一 。钢丝绳填 (涂 )塑技术在英国 、意大利 、德国 、美 国 、加拿大 、奥地利等国家钢丝绳企业已十分成熟 ,其产品在国内许多不同市场获得成功应用 ,如英国 波莱顿 (br idon ) tige r b lue d yex8电铲提升钢丝绳 (图 4 ) 美国钢绳公司 (w rca ) 、加拿大钢绳公司 (w ire rop e indu strie s)也有类似结构产品 、德国迪帕 (d iepa ) p825 (图 5 )与德国凯撒 ( ca sar ) tu rbo2p la st (图 6 )港口集装箱起重机钢丝绳 。而国内对填 塑技术研究企业占钢丝绳企业比例很小 ,无论在方 法上还是对填 (涂 ) 塑材料性能研究上与国外企业 相比存在明显差距 。采用辊拉法或者辊拉+模拉生产压实股技术在国外已十分普遍 ,国内仍以模拉法为主 ,不仅产品质量不高 、生产效率低 ,而且要求设备具有较大牵引力 (甚至出现因为对所需拉拔动力估算不准确损坏设 备现象 ) ,造成动力消耗增加 。我国已明文禁止采用铅淬火工艺 ,国外代替铅许多企业拉丝机配置数量并不与产品生产规模对应 ,问题在于拉丝机不能正常发挥应有产能 ,而新 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1期吴根柱 ,等 :钢丝绳生产过程中节能降耗与环境保护49热处理大会上发表了“提高双段水浴钢丝强度的研究 ”论文 , 2006年江苏法尔胜申报了“冷拔钢丝的高 温形变水浴处理方法 ”发明专利 , 但并没有改变铅淬火工艺继续存在的事实 。 2007 年郑州金属制品 研究院在水浴替代铅浴技术研究上获重大突破 ,在 橡胶骨架材料生产上已成功应用 , 2008 年已通过技 术成果鉴定 。笔者认为替代铅浴的水浴技术在其他 产品上的研究应用还应继续 。明火加热技术在国外用于线材索氏体化热处理 已有相当长历史 ,国内在近几年才批量使用 ,但并不 普及 ,热处理工序能耗较大的问题并没有根本解决 。 咸阳石油钢管钢绳有限公司在上世纪 80 年代已开 始应用 d v值为 55 mm m /m in 钢丝索氏体化热处理明火加热炉 ,一直非常成功 。但随着燃油价格迅 速上涨 ,节能问题日渐突出 ,经充分论证 ,已将原设 计轻质柴油加热改为柴油 、天然气 2 种燃料加热 ,既 增加了燃料选择上的灵活性 ,又取得明显节能效果 ,2005年节约燃料费用见表 1 (当时柴油价格 2. 85元 /图 6 ca sar tu rbop la st钢丝绳f ig. 6 ca sartu rbop la s t w ire rop e浴处理的沸腾粒子炉 、水浴炉研究已取得明显进展(国际上 1942 年开始试验水浴处理线材 ,直到 1968 年日本首次成功地在工业生产 上采 用水 浴 处理 钢 丝 ,并采用水浴代替铅浴 ,我国 1971 年开始在重庆 钢丝绳厂采用水浴代替铅浴 ) 。尽管国内探讨水浴代替铅浴的研究取得一些成果 ,如 1997 年国内刘祥 清 、熊辅贤等人申报了水浴代替铅浴的“钢丝淬火 剂 ”发明专利 , 2003年鞍山科技大学董希淳 、株州工 学 院谭曼玲 、湘潭大学谭玉华等人还在第八次全国3 )kg,天然气价格 1. 40 元 /m。表 1 油 、气加热燃料消耗对比ta b le 1 f ue l co n sum p tio n co n tra s t o f o il, g a s h e a tin g燃料成本 / (元 t- 1 )燃料消耗满负荷运行节约燃料费用 /元炉号设计产能 / t柴油 /( kg t- 1 )天然气 /(m3 t- 1 )柴油天然气1355099. 2570. 015 000438 75026063171. 0088. 26 000496 8002. 2 提高质量控制是节能降耗和环保的根本保证2. 2. 1 控制原辅材料质量 生产高质量钢丝绳必须将原辅材料质量控制放在首位 。用户对产品制造技术研究深度不可能像生 产企业那样透彻 ,但使用效果对产品质量评价既直接又客观 。用户对国产钢丝绳质量不佳的最大疑点 是认为没有采用高质量原材料 ,虽然怀疑具有片面性 ,但国产盘条整体质量与国外发达国家产品相比 确实具有一定差距 。应深刻理解国外企业倡导“好钢 丝 绳 不 便 宜 , 便 宜 钢 丝 绳 不 是 好 钢 丝 绳 ” ( ca sar ) 、“当看似简单的钢丝绳必须满足高技术 要求时 , 其 生 产 技 术 的 真 正 复 杂 性 就 变 得 十 分 明显 ”瑞士法泽尔 ( fa tzer ) 和“我们钢丝 抗弯 曲 和抗扭转指标通常高出国际标准 1 倍到几倍 ”奥地利拖飞宝公司 ( teufe lbe rge r) 背后隐含的强大技 术支撑 。突出原材料质量对钢丝绳使用寿命影响 ,是基于一般情况下公认原材料质量对钢丝绳使用寿命影响最大 ,因为其本身缺陷 ,特别是一些影响产品最终使用寿命 、而又无法正常检测或不作为正常检 测项目的固有缺陷在钢丝绳生 产过 程 中具 有遗 传性 ,如化学成分不均 、钢质纯净度不高和气体含量偏 高等 。如果对盘条质量控制仅满足通用技术条件 ,则很难保证用其生产的钢丝绳具有良好使用寿命 。 如 sw rh72a 是钢丝绳生产通用钢种 ,但为保证石油用钢丝绳质量 ,咸阳石油钢管钢绳有限公司在国 内某企业进行该牌号硬线采购时附加了技术要求 。其实这种情况很正常 , 如比较 j isg 3502 1996琴 钢丝用盘条 与 j isg 3506 1996高碳钢盘条 ,尽 管盘条牌号相同 ,但在组分的控制上却存在一定差异 ,以 sw rh72a 为例 , 成分区别见表 2 , 这 只是 因 为使用对象不同而对相同牌号盘条提出不同要求的一个例证 。又如国内某著名硬线企业供国内某钢丝 绳企业 sys72a 盘 条 就 与 其 提 供 生 产 帘 线 钢 丝 用wlx72a 盘条在技术条件上存在一定差异 。钢丝绳 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 金 属 制 品第 35卷50用户质量要求的产品 (即使这些产品质量符合相应的技术标准 ) 。制造者必须意识到自身对盘条质量研究手段的局限性 ,生产高质量钢丝绳用料不慎 ,就无法生产出适合表 2 j isg 3502和 j isg 3506中 sw rh72a 的成分差异tab le 2 chem ica l compo sition d iffe rence of sw rh72a in j isg 3502 and j isg 3506w / %标准csim npscuj isg 35020. 700. 750. 690. 760. 120. 320. 150. 350. 300. 600. 300. 600. 0250. 0300. 0250. 0300. 0200. 020j isg 3506虽然通常将原材料质量 、辅助材料质量对钢丝绳质量影响并列为原辅材料对钢丝绳质量影响 ,但 实际关注点往往在原材料 ,并不会过多考虑到辅助 材料质量 ,其实情况并非总是如此 。实践证明 ,润滑 油脂质量对钢丝绳使用寿命的影响 ,绝不局限于减摩和防腐 ,要意识到其对钢丝绳使用中结构稳定性 的保证作用 ,特别在低温环境下 1 - 2 。润滑油脂在 钢丝绳总质量 、构成总成本中所占比例虽然不大 ,但 其选择必须慎重 ,这一点其实在国外相关资料中已 有明确提 示 3 , 如 对 采 用 碳 素 钢 钢 丝 制 造 的 钢 丝 绳 ,在 en 12385 3: 2002钢丝绳 - 安全第三部分 :使用或维 护 信 息 明 确 指 出 :“当 温 度 超 过 200 时 ,需要使用特殊的润滑剂 ”,“钢丝绳在 - 40 环 境下使用时 ,钢丝绳的强度将不会受到不利影响 ,因 此不必考虑减少工作负荷极限 。但是 ,钢丝绳的性 能会降低 ,这主要取决于钢丝绳润滑脂在低温条件下的有效性 ”。图 7 为使用润滑油脂对环境不适导 致钢丝绳在使用过程中出现早期结构破坏的案例 。进行是否顺利 、生产钢丝及钢丝绳是否符合技术标准作为材料替代依据 。为生产高品质钢丝绳 ,采购 盘条应适当增加质量控制技术指标 ,在一定程度上 将优质钢丝绳质量控制工作前移 ,同时积极开展钢 丝或钢丝绳疲劳试验研究 。对润滑油脂质量控制不 能仅依赖供方产品质量证明书 、产品样本及观 、摸 、 闻等原始判别方法 ,而应按照标准进行检测 ,最好确认其是否适合钢丝绳拟使用的环境 。2. 2. 3 提高钢丝绳工艺设计准确性 钢丝绳工艺参数设计比较复杂 ,在该环节出现的失误 ,无疑是钢丝绳生产过程中最大的失误 ,且无 法弥补 。如对 1 - 6 - 12 - 18 , 1 - 6 - 12 - 18 - 24 多 工序交叉捻股 ,若中心钢丝与外层钢丝直径相同且 在股中具有相同捻角 ,如果对同层钢丝捻制状态间隙缺乏准确计算 ,则合股过程会出现跳丝现象 ,且通 过控制钢丝张力也不能解决 。工艺设计不仅要准确设计丝 (股 )直径 ,且要根据股 (绳 )捻距倍数准确计算丝 (股 ) 长 度 , 经 验 估 算 不 能 替 代 准 确 计 算 。丝 (股 ) 在 股 (绳 ) 中 捻 角 计 算 不 准 , 既 无 法 保 证 股 (绳 )合制表面质量 ,也无法保证股 (绳 )生产合制过 程中不出现丝 (股 ) 剩余或短尺 。用不准确工艺设计指导重要用途钢丝绳 、特种钢丝绳生产将增加制 造成本 ,如生产压实股 ,由于合股过程中组股外层钢 丝几乎不存在续接的可能 ,一定要避免出现钢丝长度不够的现象 ,否则生产损耗很大 。2. 2. 4 不断完善工艺装备 工装设计制造是否合理对钢丝绳生产具有非常重要的保障作用 。工装设计制造应以使用方便 、安 全为前提 ,避免因为工装问题影响产品质量 ,甚至产生一些无法修复的缺陷 。世界钢丝绳行业采用组绳 股压下量同时调整预变形器 (如图 8、图 9 ) 已十分 普遍 ,而我国大部分钢丝绳企业仍在采用组绳股压下量单独调整普通立式预变形器 (如图 10 ) ,而采用后一种预变形器 ,组绳股预变形程度一致性要差于 前者 ,对钢丝绳使用过程中组绳股受力均匀性产生 不利影响 。又如采用模拉法生产压实股 ,模具是保图 7 sh in ko 钢丝绳早期结构破坏f ig. 7 e a rly s truc tu re fa ilu re o f sh in ko w ire ro p e2. 2. 2 原辅材料更替应谨慎钢丝绳生产过程中由于多种原因有时需要对原 辅材料进行变更 ,但要意识到合格钢丝绳用盘条一定是符合技术标准的盘条 ,但仅用符合技术标准的盘条生产钢丝绳未必是能够满足使用质量要求的钢 丝绳 ,尤其对以疲劳断丝为主要失效形式的重要用途钢丝绳 ,如电梯钢丝绳 、索道钢丝绳 、集装箱起重机钢丝绳 。原材料替代技术性非常严谨 ,一定要有 产品试用效果或相关试验支撑 ,不能仅凭拉丝过程 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1期吴根柱 ,等 :钢丝绳生产过程中节能降耗与环境保护51证股几何尺寸 、表面质量的主要手段 ,如果模具质量出现问题 (股生产过程无法对其进行更换 , 尽管单 纯报废或更换一块模具费用不大 ) , 由于股短尺完全有可能使前期生产所有消耗几乎成为无谓消耗 ,而采用辊拉法优势显而易见 。较快 ,且因为钢丝绳与匹配轮槽产生很大的接触应力引起该股早期断丝 。对有些捻法 (如同向捻 )或结构 (如三角股 ) 的 钢丝绳 ,合绳时有时需要对股加 (松 ) 捻 ,而加 (松 )捻程度事先并不能准确计算 ,需作业人员在生产过程中根据经验确认 ,加 (松 )捻掌握不好会影响捻制 紧密程度 ,甚至产生严重的外观缺陷 ,如异形股钢丝 绳捻制过程中的翻棱 。对多层股钢丝绳 ,如果内外层绳不是采用串联 机组一次合成 ,捻制外层绳时需依靠人工观察对内 层绳加捻 ,若加捻不及时 ,由于内层绳股的浮起 ,有 可能导致外层绳捻制无法继续进行 ;如果加捻过度 , 将给内层绳带来很大附加内应力 ,导致内层绳在使用过程中出现外逸 。在股 (绳 )捻制过程中 ,要尽量去除捻制残余应 力 ,而残余应力的大小尚不能量化 。钢丝绳存在较 大的残余应力 ,则不利于其在卷筒上缠绕整齐 ,尤其 对无槽卷筒 ,极易引起钢丝绳挤压变形 。事实证明 ,作业人员操作技能持续提高对生产高 质量钢丝绳非常重要 ,产品质量的不稳定意味着钢丝