高速线材吐丝机吐丝管空间曲线研究及吐丝质量改进

2021-01-04张海飞

中国金属通报 2020年16期

关键词：线材吐丝中心线

张海飞

（河钢宣钢二钢轧厂线材作业一区，河北张家口 075100）

1 研究吐丝管曲线的意义及现阶段产线存在的问题

在吐丝机的工作过程中，除了速度匹配关系外，诸如不圆对准，侧摆对准，吐丝管使用寿命短，甩尾和打尾的问题很可能会发生，与吐丝管曲线有着最直接的关系。只有合理的安排吐丝管空间曲线才能有效的解决上述问题。

图1 高速线材上甩尾

图2 折断的尾巴的形状

（1）甩尾。当当钢丝的尾部经过吐丝机时容易出现线圈混乱，线圈不圆，尺寸不均和排列不均的情况。随着轧制速度的增加，甩尾的幅度变得更加严重，甚至会出现打尾现象。甩尾情况如图1所示，折断尾巴的情况如图2所示。打断尾时经常被射出，影响距离很远，容易引起安全隐患，这也是现场重要的安全隐患之一。

（2）吐丝机吐丝后，如果吐丝过程中出现问题，会出现不良形状或圆圈不达标，如图3所示，吐丝出现故障后会导致堆钢、卡钢、链条断裂等故障，影响轧钢生产。

（3）左右旋转摆动，在旋转过程中，旋转环左右摆动。在某种程度上，它增加了卷材收集的难度，并严重影响了卷材包装的质量。

（4）吐丝管的使用寿命短。高速线材的主要轧制产品为Φ6.5光面圆钢，Φ8光面圆钢。当吐丝机在高速（速度＞85m/s）运行时，吐丝管的平均使用寿命约为8000t～10，000t钢，而本单位高速线材厂吐丝机吐丝管平均寿命约为4kt～5kt钢。在生产过程中频繁更换管子不仅增加了生产成本，而且降低了生产效率。

2 影响吐丝管曲线特性的主要因素及质量改造

根据现场实际情况和测试结果，在保证生产稳定的前提下，在现有设备条件下，对吐丝机进行合理的改造，可有效提高吐丝质量。改造的主要措施有：

2.1 延长吐丝管的直段和固定段的长度

通过研究和实验，可以精准的锁定吐丝管存在的问题。根据生产实际，在不改变吐丝管基本空间曲线的情况下，改变吐丝管的长度，将吐丝管的直线段和出口形段适当加长，延长吐丝管的直线长度，可有效稳定高速线材的入射角，可更精准的将其引入吐丝管中，并减少吐丝过程中金属丝的不稳定状态。此外，吐丝管的磨损位置移至出口；出口整形段的适当延伸可起到圆度的作用，确保线材在剥离吐丝管后的圈形稳定，提升吐丝效果。如图4所示。

图3 延长后的吐丝管模型

2.2 改善吐丝管的煨制工艺

吐丝管煨制工艺是需要人工进行的，由于人为因素（例如工人的经验和责任感不同），煨制旋转管的质量会有所差异。为了有效保证吐丝管质量，需要职工严格按照煨制工艺和标准进行操作。

煨管时的加热温度要严格控制在850℃～870℃之间。如果温度达不到这个温度标准，就会导致吐丝管收缩，影响吐丝质量，如果温度超过这一标准，就会导致吐丝管膨胀，同样影响吐丝质量。因此只有在标准温度之间，才能保证吐丝管内壁光滑。改造后，吐丝管基本上不再出现“竹节”或缩径，从而改善了吐丝管内壁的弯曲度，减少了高速旋转时对吐丝管内部的冲击磨损，并提高了吐丝管寿命。

图4 吐丝管外壁光滑程度示意图

2.3 调整夹送辊位置和夹送方式

通过理论分析，甩尾的主要问题是由压紧辊瞬时速度的突然变化引起的。因此，对压紧辊进行现场分析和维修，发现压紧辊的压紧中心线与弯曲导管的中心线未对准。出现这种情况的原因是，夹送辊同时被上下夹紧。随着高速线材通过数量的增加，造成辊环磨损加重，极易导致中心线上的夹送辊和弯曲管偏移。

图5 夹送辊现场图片

实施改造时，改变压紧轮的压紧方式，将双辊上下压紧改为上压辊，调整位置后下压辊将固定，从而更好地保证了压紧轮的位置中心线不变。在转换过程中更换新的压紧辊后，为了避免不必要的冲击，压紧辊的中心线与进水管的中心线必须对齐。现场验证表明，更换夹送辊后，吐丝机运转良好，即使通过小规格线材也不会出现甩尾现象。随着钢通过量的增加，会造成夹送辊环磨损，但甩尾的程度基本上得到了控制，不会影响吐丝质量。

图6 改进后的吐丝管前弯导管

2.4 改进吐丝管前弯导管

弯曲的风道是压紧辊和吐丝机之间连续过渡的部分，如图6所示。当线材穿过弯曲的导管时，线材的速度会发生变化，并且速度容易波动。根据吐丝机旋转理论的分析，在弯曲导管的入口和出口处，如果弯曲导管的入口与压紧辊的中心线对齐，并且出口和入口的曲率对齐吐丝管的直径相同时，线材可以稳定在弯曲的导管中。在现场测量了原始弯曲导管，发现原始弯曲导管的曲率不连续，入口未与压紧辊的中心线完全对齐，弯曲导管本身的曲率太大，吐丝管出口和进口的曲率不连续。改善夹送辊与吐丝管之间的原始弯曲管，可避免高速线材进入吐丝管时对管壁的冲击，使高速线材在弯曲管中平稳过渡，并且减少了线材的振动。

2.5 改善吐丝管安装方法

绕线混乱的直接原因是吐丝盘轮速度的波动。在吐丝机工作期间，当旋转卷线筒的振幅超过与安全盖的间隙时，它将与安全盖碰撞。碰撞后，绕线轮的旋转速度降低，振幅也降低，而线速度保持不变，此时缠绕的线盘的直径将变大。由于吐丝盘轴速度与线材速度之间有严格的电气互锁关系，当降低吐丝盘速度时，控制系统将加速吐司机的主电机以保持匹配关系，并且振幅值将相应增加，有许多因素会影响振幅。冲突的发生是非常随机的，这是不定期的，有时会发生几次，有时会非常频繁地发生。即使在吐丝机启动和停止时，夹子也容易错位，这会影响吐丝的平衡。安装后吐丝管不稳定，动态平衡通常会超出极限。振动值在30%～50%之间波动，动态平衡值为1.7mm/s。主要措施是：在吐丝管上安装定位螺栓，在各个夹子上加垫片以避开运行位置，并固定吐丝管；统一夹子的形式和材料，并按照图7所示的相同方法进行安装。改造后，吐丝机的动平衡值为0.7mm/s，吐丝管安装平稳，无运动。

图7 改善吐丝管安装方式

2.6 吐丝机下增延迟托爪。

在吐丝机下焊接爪子，可以有效地实现线圈在辊台上的均匀下落，避免了高温线圈与辊台的碰撞。通过分析线圈掉落的速度和力，优化了支撑爪。新设计的支撑爪长550mm，两个支撑爪之间的距离为450mm，水平倾斜角度为40°，现场验证表明，优化的爪可使线圈均匀，平坦地落在辊道上，避免将线圈直接扔到辊道上，从而使环变形。另外，两个支撑爪之间的合理距离也可以在倒圆过程中起到一定作用，从而可以在一定程度上减少环的左右摆动。新安装的爪子与铺设机的外保护罩一起工作，可以有效提高吐丝机的吐圈质量。