金刚石绳锯在线切割废旧建筑中残铁技术的探索与应用

浅谈金刚石绳锯在线切割废旧建筑中残铁技术的探索与应用摘要：金刚石绳锯在建筑工程、建筑金属结构、钢筋混凝土、脆硬材料的加工切割领域已有广泛的应用，此前还没有过切割残铁的案例。本文主要介绍了金刚石绳锯切割的原理、特点，对残铁切割的特性进行了分析，在炼铁主体大修工程中进行了成功应用，对冶炼生产未排放的残铁采用了金刚石绳切割的工艺技术。通过实践总结，为今后类似建筑工程的建设施工积累一些宝贵的经验。

关键词：金刚石绳锯；在线切割；建筑；残铁技术

中图分类号：tu746.5 文献标识码：a 文章编号：1671-3362（2013）04-0067-02

引言

金刚石绳锯最早出现在意大利，因为用于切削的串珠绳是由金刚石颗粒附着的串珠按一定的间隔比例固套在钢丝绳上，使串珠绳具有了金刚石切削的硬度和绳索基体的柔性，这种刚柔相济特性使金刚石绳锯切割技术在现实中得到了快速地应用与发展。

金刚石绳锯主要应用于建筑工程（包括旧建筑物的拆除，桥梁、钢筋混凝土结构的切割）、矿山开采、脆硬质材料、异形石料加工。

1 金刚石绳锯切割的原理及特点

金刚石绳锯由液压马达或电机驱动。它主要由主运动系统、进给系统、金刚石串珠绳、张紧装置、导向机构、控制系统、冷却系统等部件组成。金刚石串珠绳切削时通常为闭合环状式。金刚石绳锯切割通过导向装置将串珠绳索绕在被切割物体表面，在液压马达或

电机的高速驱动下，主运动系统的旋转轮带动串珠绳运转，通过进给系统使串珠绳在被切割物体上形成一定张拉力。这样，金刚石串珠与被切割物就形成摩擦。由于金刚石的高强硬度，金刚石即时磨削被切割物体，最终完成被切割物体的分离，磨削过程中产生的磨屑和热量通过冷却系统的冷却水被带走。

切割绳锯属于静力切割，锯切曲线近似圆的渐开线。通过导向机构调整串珠绳的运行轨迹，不受切割角度和方位、切割物厚度和深度的限制，被切割物的分割大小、形状可以根据要求得到控制，并且切割作业可以在特殊、复杂的环境和狭小的空间下进行。切割作业是由液压或电动马达作为主驱动系统，运转平稳，切割进尺匀速，串珠绳的张拉力均匀稳定，所以切割时的震动小、噪音低。切割过程中，金刚石串珠绳高速运转，金刚石串珠与被切割物研磨充分，切割面平直光滑，冷却循环水不断冲洗串珠绳研磨时产生的热量，保证了良好的冷却效果，并将研磨碎屑浆化，防止了大气中扬尘、粉尘的形成，对周围环境无破坏，满足绿色环保的要求。

2 建筑残铁切割的理论分析

金刚石绳锯在钢筋、钢筋混凝土、脆硬材料的加工切割中有了很多的应用与发展，但在切割钢铁质材料领域中鲜有案例。残铁不同于钢筋、混凝土，亦不同于钢铁、铝等金属制品。下面为残铁的物理力学性质参数：

纵波波速：4091m/s

密度：3.978g/cm

弹性模量：9.99gpa

抗拉强度：38.18mpa

泊松比：0.240

抗压强度：5.49mpa

德国汉诺威大学进行过用金刚石绳锯切割钢、铁及铝制构件的基础性研究，分析了绳锯金刚石与被切割件的磨削机理。在国内，有些企业对残铁及其他金属制品进行过金刚石绳锯切割的实验研究。金刚石绳锯的切割能力与被切割物的材料有关，通过调整切割机的电压、电流来设定串珠绳的张拉力，张拉力就决定了被切割物上受到垂直力和绳锯的进尺速度。另外，串珠上的金刚石浓度不同，对去除率、切割精度、绳锯的使用寿命有很大的影响，所以，串珠上的金刚石浓度要与绳锯、加工过程和切割的其他参数相匹配。金刚石绳锯切割中，去除率是对其评价的主要参数。切削能力受切削力、进给速率、切割速度和串珠结构等参数的影响。评价绳锯切割的生产率，要结合串珠绳的长度、金刚石颗粒的耐磨性、磨粒间隙高度、结合剂等因素进行考虑。

3 建筑残铁在线切割的应用

宝钢股份不锈钢炼铁主体建筑结构达到一代设计寿命，要进行一次整体的大修。大修的主要内容之一就是对主体结构壳体内的环形碳砖和铁口、风口组合砖耐材重新砌筑。砌筑该部位耐材前提条件必须要预留足够的作业面，解决该问题就需要将影响砌筑作业面的原有残铁挖除。因生产停止后排放残铁效果不明显，再加上工期紧

迫。为不影响主体工程大修工期，经研讨后决定采用金刚石绳锯在线切割工艺将未排放的残铁分块切割后，在残铁的上方利用主体壳体结构设置临时的吊装桁架，将切割后的残铁分块从开设的扒渣门洞处移运到壳体的外面。

3 .1 切割内容及作业条件

经计算，要满足耐材砌筑的工作条件要求（残铁外边缘距离壳体有足够的空间），按五边形的形状切割最为合理。这样，残铁切割区域竖直方向切缝10段，水平方向切缝5段，水平切割面面总面积约20.6m2，残铁切割总重约221t。

残铁切割的作业是在炼铁主体壳体内实施，切割场地狭小，壳体内为直径为13.3m的圆形空间，作业空间十分局促。壳体内基本为半密闭容器，只有铁口和风口可以采自然光，现场光线较暗。切割导向装置安装量大而且复杂，只在壳体主沟处开一运输口，运输通道狭小，输量大，物流通道窄，现地作业环境较为恶劣。

3.2 切割工艺流程（见图1）

3.3 吊装设施的设计

根据现场实际施工情况，在壳体270 °方向开设扒渣施工的扒渣门通道，利用此通道门洞结合残铁切割线平面布置设计五边形吊装吊架。每榀格构式吊架，均在跨中加载，竖向荷载标准值200kn。侧向荷载标准值（单轨梁平面外，即水平垂直于跨度方向）取竖向荷载的0.1倍，即每个加载点20kn，每榀格构式吊架为40kn，按同向加载。通过大型通用有限元设计软件sap2000 v14.1进行计算，

格构式吊架采用q235b材质的i56b工字钢进行计算时发现应力比已达到0.947，安全储备太低。鉴于此，对i56b工字钢在上翼缘上采用方钢□200mm×100mm×8mm进行了加固补强处理，使其应力比降至0.828，强度基本满足需求，平面布置图见图2。

3.4 切割顺序及区域划分

根据新碳砖砌筑面要求且不影响主线施工工期要求，确定将残铁切割分为三个区域五大块来进行切割施工。考虑残铁吊装运输通道形成时间影响到残铁切割后吊装时间，所以残铁切割的第一块区域为270°方向扒渣门洞处的残铁，采用一台设备进行切割施工，待第一区域残铁切割完后，在0°和180°方向上进行第二区域的残铁切割，最后切割靠近900两侧区域的残铁即第三区域的残铁。第二区域及第三区域切割时采用两台设备进行切割，以提高功效节约时间。

3.5 切割绳锯行走轨道支架及设施安装

支架设施安装顺序：定位放线确定轨迹→在绳锯运行轨迹内侧将立柱均匀分布→在立柱安装位置底部开孔灌浆确保立柱根部可靠→焊接水平连接件→安装绳锯运行导向滑轮组→动力设备及轨道安装→安装绳锯。

根据桁架中心线，将中心塔架d194×6.5钢管八根立柱定位，安装立柱及柱间连梁hm340×250×9×14型钢连接，立柱底部受力面必须保证在一个水平面上，柱底端因壳体内残铁面不平，利用路基箱找平后作为中心塔架立柱安装底座。在风口平台风口大套内。伸