本鋼集團(tuán) 北營軋鋼廠 遼寧本溪 117017

1 研究背景

在高速線材生產(chǎn)線上,線材經(jīng)過軋制后,再通過吐絲機(jī)吐絲成圈,由直線狀向螺旋狀變化。圈型穩(wěn)定、間距均勻的線圈經(jīng)集卷和打捆,成為日常所見的盤卷。就線材產(chǎn)品而言,外表美觀、線條規(guī)整的線材是客戶對盤卷的基本要求,也是高端線材產(chǎn)品的標(biāo)志。目前,筆者單位的高速線材吐絲機(jī)吐絲狀況不穩(wěn)定,急需改善。

2 吐絲機(jī)工作原理

吐絲機(jī)是高速線材生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一,位于精軋機(jī)后水冷段和散卷運(yùn)輸機(jī)輥道之間。吐絲機(jī)主要由錐齒輪、空心軸、吐絲管、吐絲盤、入口導(dǎo)管、輸入軸等組成,如圖1所示。

圖1 吐絲機(jī)結(jié)構(gòu)

熱軋狀態(tài)的線材通過夾送輥進(jìn)入吐絲機(jī)的空心軸內(nèi),空心軸帶動吐絲盤、吐絲管共同旋轉(zhuǎn),線材隨著吐絲管的形狀逐漸彎曲變形,在吐絲管出口處達(dá)到所要求的曲率,最終沿出口圓周切線方向吐出螺旋線圈。

3 生產(chǎn)質(zhì)量問題

高速線材吐絲機(jī)在生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)質(zhì)量問題。

軋制速度較高時,落到風(fēng)冷運(yùn)輸輥道上的盤卷呈橢圓形。形狀不規(guī)則的線材易因刮碰運(yùn)輸線側(cè)護(hù)板而出現(xiàn)變形,甚至堆積。落卷時,圈距不均勻的盤卷在下落收集時經(jīng)常卡在集卷芯軸上。

吐絲不穩(wěn)定造成出口處線圈左右擺動,盤卷收集、打捆后,表面質(zhì)量與包裝質(zhì)量均會下降,給后續(xù)運(yùn)輸、使用造成影響,嚴(yán)重時可能損壞打包設(shè)備。

生產(chǎn)大規(guī)格線材時,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,但使用同一根吐絲管生產(chǎn)小規(guī)格線材時,生產(chǎn)狀態(tài)發(fā)生較大變化,被迫中斷生產(chǎn),需要更換新的吐絲管,才能使產(chǎn)品質(zhì)量正常。

4 原因分析

高速線材吐絲機(jī)工作時,理論要求線材相對吐絲管入口、出口的加速度為0,線材通過吐絲機(jī)后形成靜止的圓環(huán),僅受自身重力影響,平穩(wěn)地通過吐絲機(jī)下方的托板,進(jìn)而落在風(fēng)冷輥道上,形成均勻、連續(xù)不斷的線圈[1]。而實際上,吐絲成圈過程受多種因素影響,主要包括吐絲機(jī)工作的穩(wěn)定性、吐絲管的曲徑尺寸、吐絲盤與吐絲管的安裝精度、精軋機(jī)與吐絲機(jī)的速度匹配[2]。

4.1 吐絲管

4.1.1 吐絲管曲徑尺寸

吐絲管安裝在吐絲盤上,是一段呈空間錐形的螺旋曲線,如圖2所示。吐絲管分為三段:直線段、變形段、成形段。直線段為導(dǎo)入部分,作用是保證線材在進(jìn)入吐絲管變形部分前充分進(jìn)入吐絲管,減小由變形受力引起的軌跡偏移,線材在直線段中不產(chǎn)生塑性彎曲變形。中間段為變形段,線材在中間段中隨吐絲管的彎曲形狀產(chǎn)生塑性彎曲變形。成形段為出口處定形段,線材繼續(xù)發(fā)生塑性彎曲變形并形成穩(wěn)定的線圈?？梢?吐絲管的形狀尺寸,尤其是曲徑尺寸,對吐絲成圈的穩(wěn)定性而言至關(guān)重要[3-4]。

圖2 吐絲管示意圖

4.1.2 線材與吐絲管相對速度

在連續(xù)工作條件下,線材進(jìn)出吐絲管流量相等,線材在吐絲管中的速率為V,方向為沿吐絲管螺旋曲線上各點的切線方向。由于吐絲管為螺旋曲線,方向是變化的,因此線材相對吐絲管速度的分量也隨吐絲管的方向而變化。根據(jù)吐絲管螺旋曲線進(jìn)行推算,線材在吐絲管出口的速度取決于管口角度。如吐絲管管口角度不合適,則會造成線材在出口處速度過快,不通過托盤而直接砸在風(fēng)冷輥道上,會摔扁呈橢圓狀[5]。

4.1.3 吐絲管安裝

由于線材在吐絲管內(nèi)受到離心力,并且存在零件外形及吐絲管等裝配誤差,因此會使吐絲盤的質(zhì)心慣性軸與吐絲管質(zhì)心軸線不重合。在離心力的作用下,吐絲管會變形或發(fā)生位置竄動,造成吐絲不穩(wěn)定,出現(xiàn)亂卷[6]。

4.1.4 吐絲管磨損

吐絲管在軋制較多大規(guī)格線材后,變形段和成形段之間的管壁磨損較大,如果使用同一根吐絲管再軋制小規(guī)格線材,就會出現(xiàn)吐絲圈形不規(guī)則的情況。此外,如吐絲管吹掃不及時或管內(nèi)意外進(jìn)水造成管內(nèi)氧化鐵皮堆積,會使線材運(yùn)行受阻,吐絲圈形紊亂[7]。

4.2 吐絲盤

4.2.1 吐絲盤質(zhì)心偏置

吐絲盤的質(zhì)心偏置是引起吐絲機(jī)振動的主要原因。因為吐絲機(jī)工作在亞共振區(qū),其振幅隨工作頻率的提高而增大,所以轉(zhuǎn)速越快,振幅就越大[8]。

4.2.2 吐絲盤磨損

當(dāng)吐絲盤盤面發(fā)生變形或磨損較大時,因線圈與盤面的非正常接觸,線圈前行方向會發(fā)生偏離,極易產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象,從而使線圈的形狀和間距產(chǎn)生紊亂。

吐絲盤外圓面如磨損過大,會使外圓面與護(hù)罩的間隙增大,進(jìn)而使吐絲機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的氣流出現(xiàn)劇烈波動,吐絲狀況發(fā)生異常變化[9]。

4.3 精軋機(jī)與吐絲機(jī)速度匹配

線材的實際線速度大于精軋機(jī)出口軋輥的線速度,要保證吐絲穩(wěn)定,需要保證吐絲機(jī)的速度略快于精軋機(jī)的速度,且略慢于線材的實際速度,一般小規(guī)格線材吐絲機(jī)速度快于精軋機(jī)速度1%～3%。若速度過快,則線圈將向一側(cè)偏;若速度過慢,則線圈將向另一側(cè)偏。線圈偏向一側(cè)較嚴(yán)重時,易與風(fēng)冷線側(cè)板碰撞摩擦,損傷線材表面[10]。

5 穩(wěn)定吐絲質(zhì)量措施

5.1 保證吐絲管位置與尺寸

在安裝時,合格的吐絲管與吐絲盤管座會自然吻合。如不能自然吻合,則可以認(rèn)為吐絲管曲徑不符合要求。不合格的吐絲管不能使用,不得利用管夾強(qiáng)制使吐絲管變形后安裝就位。

通過查閱圖紙,制作吐絲管測量模具,實際測量吐絲管數(shù)據(jù),并在現(xiàn)場實時跟蹤、調(diào)整吐絲狀態(tài)。根據(jù)前期統(tǒng)計的數(shù)據(jù),確定吐絲管位置與尺寸標(biāo)準(zhǔn),見表1。

表1 吐絲管位置與尺寸標(biāo)準(zhǔn) mm

5.2 分規(guī)格使用吐絲管

加強(qiáng)工藝管理,對吐絲管使用情況進(jìn)行跟蹤,記錄所對應(yīng)的吐絲盤、軋制規(guī)格、過鋼量等信息。在軋制小規(guī)格與大規(guī)格線材時,分別使用不同的吐絲管,確保圈形質(zhì)量。

5.3 制定吐絲管安裝標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)圖紙要求與實際測量結(jié)果來制定吐絲管安裝標(biāo)準(zhǔn),由維護(hù)檢驗部門嚴(yán)格執(zhí)行,生產(chǎn)部門最終對設(shè)備進(jìn)行驗收,保證吐絲管的安裝質(zhì)量。

吐絲管安裝標(biāo)準(zhǔn)如下:① 吐絲管入口至吐絲盤小盤上沿直線距離為862 mm;② 吐絲管入口至吐絲盤大盤上沿直線距離為1 114 mm;③ 吐絲管出口至吐絲盤翼板直線距離為20～30 mm。

5.4 吐絲盤安裝使用要求

(1) 吐絲盤在安裝吊運(yùn)過程中,吐絲管的直線段、變形段不得發(fā)生磕碰現(xiàn)象。

(2) 吐絲盤與吐絲機(jī)機(jī)體要求使用相同的螺栓、螺母及墊片,并對每組緊固件進(jìn)行稱量。螺栓緊固后的吐絲盤與吐絲機(jī)機(jī)體之間不得有間隙。

(3) 吐絲盤上軸向配有牢固可靠的限位管夾,應(yīng)嚴(yán)格按照編號進(jìn)行安裝。管夾的位置固定,不得顛倒管夾順序,管夾必須與吐絲管緊密配合。吐絲管安裝緊固后,所有管夾的尾部朝向吐絲管入口處,焊定位塊時與管夾之間沒有間隙。

(4) 對現(xiàn)有的六個吐絲盤進(jìn)行編號,利用檢修時間輪流上線,監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。安裝新吐絲管后,對吐絲盤做動平衡配重,并測試動平衡,現(xiàn)場要求振動值小于1.0 mm/s。

6 實施效果

由于執(zhí)行了各項控制措施,較好地穩(wěn)定了高速線材吐絲機(jī)的吐絲成圈狀態(tài)。吐絲管上線使用后,狀態(tài)完好率大幅提高。據(jù)統(tǒng)計,一條高速線材吐絲機(jī)生產(chǎn)線狀態(tài)完好率為70%,另一條高速線材吐絲機(jī)生產(chǎn)線狀態(tài)完好率達(dá)到80%。筆者所述穩(wěn)定吐絲質(zhì)量的措施既提升了產(chǎn)品質(zhì)量,又降低了不良品率,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)束語

筆者通過對高速線材吐絲機(jī)工作原理進(jìn)行研究,結(jié)合對實際情況的跟蹤,逐步找到影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素,明確了改進(jìn)方向,并制定了一套行之有效、分工明確、多方協(xié)作的控制方法。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)質(zhì)量,繼續(xù)制訂以下改進(jìn)計劃:

(1) 進(jìn)一步穩(wěn)定軋制工藝,如控制兩線速差、及時調(diào)整中間料型、對水冷控制模式進(jìn)行優(yōu)化等;

(2) 軋線委派專人負(fù)責(zé)持續(xù)跟蹤、總結(jié),優(yōu)化吐絲管的尺寸、曲線和安裝參數(shù),著重控制吐絲管出口位置和角度,關(guān)注同一備件在不同生產(chǎn)線上使用時出現(xiàn)差別的原因;

(3) 備件部門儲備充足的吐絲管,并積極反饋解決備件質(zhì)量問題;

(4) 對于出現(xiàn)的問題要及時分析、查找原因,并且在落實責(zé)任后及時改進(jìn)。