提高小規格鋼絞線的伸直性

陳海祥，韓文鐸（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301616）

提高小規格鋼絞線的伸直性

陳海祥，韓文鐸
（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301616）

針對小規格預應力鋼絞線伸直不合格的質量問題，對拉絲、捻股、層纏等工序的流程及各生產環節進行排查，最終確定捻股機矯直輥的下壓量、中頻爐溫度的控制、冷卻水槽水量的控制以及層纏平衡器張力的調整等是影響小規格鋼絞線伸直合格率的主要因素。通過加強生產過程控制，及時調整設備運行狀態，適當減小冷卻水量及降低層纏平衡器張力，有效提高了小規格鋼絞線的伸直性。

鋼絞線；伸直性；穩定化處理；平衡器

1 引言

隨著社會的發展，低松弛預應力鋼絞線作為最新一代的預應力鋼材，應用越來越廣泛，需求量越來越大。由于基本都是用于橋梁、核島等重點工程，因此對鋼絞線的質量也提出了更高的要求。在生產過程中，小規格鋼絞線相比較于大規格鋼絞線，更容易發生伸直性不合格。如果伸直不合格，在施工的穿束中易造成別線或卡住的現象。伸直性不合格是絞線存在其他質量問題的表現，必須查找原因并及時解決。

在生產過程中，造成小規格鋼絞線伸直不合格的原因有以下幾方面：半成品鋼絲的伸直性；捻制過程中鋼絞線冷卻的控制；捻制過程中各工裝部位的運轉狀態；捻股捻制過程中“特殊過程”的控制；層纏張力的設定。為此筆者就造成小規格鋼絞線伸直性不合格的原因及采取的預防措施進行論述，以提高產品的質量。

2 半成品鋼絲的伸直性

半成品鋼絲的伸直性是影響鋼絞線伸直的一個因素。剪切3～5圈鋼絲放到平整的地面上，鋼絲放圈直徑應在1.2～1.8 m，側面翹起不應超過10 mm，不應有扭曲、縮圈及形成“∞”的現象。

2.1 模盒角度的調整

在鋼絲拉拔過程中，要求鋼絲與模孔要同心［1］（如圖1所示），模具的制造參數要符合工藝標準的要求。鋼絲在通過模孔變形區時產生塑性變形，由于中心層和邊緣層的流速不同，造成鋼絲變形不均勻，從而會在鋼絲內部形成殘余應力［2］。殘余應力是物體未受外力時，其內部存在的保持自身相互平衡的應力系統［3］。如果鋼絲在拉拔時與模孔不同心形成偏角，則受外作用力不均勻，形成的多余的殘余應力破壞了內部平衡，就會造成鋼絲扭曲、縮圈及“∞”現象。這就需要調模盒角度，使鋼絲垂直于模盒平面，也就是和模孔保持同心。

圖1 鋼絲在模具中的受力情況示意圖

2.2 拉絲矯直輥的運行狀態

拉絲矯直輥是消除鋼絲因在模盒內變形產生的殘余應力，同時起到矯直的作用。首先，矯直輥要能平滑運轉，不能存在阻塞及不轉的現象；其次，矯直輥的下壓量要適中，根據鋼絲的不同規格進行相應的調整，直徑較大的鋼絲下壓量要大一點，而直徑較小的鋼絲下壓量要小一點。下壓量的標準是鋼絲在上下矯直輥之間的上下位移的位置（1.2～1.5）d，d為鋼絲直徑［4］。

3 捻制過程的控制

目前國內低松弛預應力鋼絞線穩定化處理設備大都采用感應加熱張力輪式設備，如圖2所示。

圖2 捻股機絞線走向示意圖

3.1 捻制過程中鋼絞線冷卻的控制

鋼絞線在中頻爐回火后，要經過冷卻水槽進行冷卻，然后再經過吹干器吹干，這是為了控制冷卻時間，得到工藝要求的性能指標，保證絞線的伸直性。它主要包括兩方面：冷卻水量的控制和吹干器氣量的控制。

3.1.1 冷卻水量的控制

冷卻水槽內水量的控制是鋼絞線冷卻效果好壞的直接因素。如果水冷噴嘴因堵塞造成噴水不暢，或水壓不足造成冷卻水槽內水量偏小，都會使收線軸上的鋼絞線溫度偏高，從而影響鋼絞線的伸直性。因此在生產過程中，首先要保證水冷噴嘴不堵塞，要加強巡檢力度；其次要保證要有充足的水壓，這樣才能保證水冷噴嘴的水流量。

3.1.2 吹干器氣量的控制

吹干器的作用是利用壓縮空氣，吹干絞線表面的殘余水分。在生產大規格絞線時，吹干器過線孔與大規格絞線配合相符，在生產中能起到吹干絞線表面殘留水分的作用。但是在生產小規格絞線時，因絞線直徑小，與吹干器過線孔留有較大的間隙，造成氣量偏小，這樣就沒有完全徹底清除絞線表面的殘留水分。為了避免鋼絞線因表面殘留水分造成絞線表面產生浮銹，操作工會將冷卻水量調小，而一旦冷卻水量過小，鋼絞線溫度就會偏高，結果影響鋼絞線的伸直性。

經現場查看，水壓達到0.16 MPa；氣壓達到0.48 MPa，雖能基本滿足生產要求，但為保險起見，要求維修部門將水壓提高到0.2 MPa，將氣壓提高到0.6 MPa。針對小規格鋼絞線和吹干器配合不符的問題，根據絞線的規格制作相應配套的吹干器，確保吹干器在生產過程中的作用。同時，通過紅外測溫儀對出水槽后經壓縮空氣吹干后鋼絞線表面溫度進行測量，在45～57℃，符合工藝要求，如圖3所示。

圖3 吹干器后絞線表面溫度

3.2 捻股捻制過程中特殊過程的控制

穩定化處理是捻股捻制中的特殊過程。捻股機在捻制鋼絞線的過程中通過計算機程序對穩定化處理進行控制，可以對張力、溫度及速度進行連續調整和自控，并將有關參數顯示在控制臺的屏幕上，便于操作工對生產線的監控，是目前自動化程度和生產效率較高的穩定化處理設備。

穩定化處理的工作原理：在穩定化處理過程中發生塑性應變時，運動位錯被鋼材中的C或N原子釘扎住，使之在更低的溫度下難以產生塑性應變的狀態（低松弛），保持通條力學性能的穩定［5］。在一定的張力下，溫度的控制是關鍵，如果溫度偏低，達不到工藝的要求，那么塑性應變不充分，就會影響鋼絞線的伸直性。根據中頻爐溫度的變化做X-R數理統計圖，通過圖表可以表明設備在生產過程中爐溫控制有效，滿足生產需要，如圖4、圖5所示。

圖4 中頻爐溫度X圖

圖5 中頻爐溫度R圖

3.3 設備工況的影響

3.3.1 捻股矯直輥的調整

捻股機合攏口后矯直輥的作用是進一步消除半成品鋼絲在拉絲拉拔過程中產生的殘余應力，以及鋼絞線在捻制過程中產生的捻制應力，并使鋼絞線結構更加緊密，同時起到矯直的作用。首先，矯直輥要能平滑運轉，不能存在阻塞及不轉的現象；其次，矯直輥的下壓量要適中，根據鋼絞線的不同規格進行相應的調整，大規格鋼絞線下壓量要大一點，而小規格鋼絞線的下壓量就要小一點。下壓量的標準是絞線在上下矯直輥之間的上下位移的位置（0.6～1.2）d，d為絞線直徑。這樣使鋼絞線通過縱、橫兩組矯直輥，進行反彎曲及徑向擠壓，起到消除捻制應力的作用［6］。

3.3.2 放線阻尼

放線阻尼是指半成品鋼絲在捻股機車廂內放線時受到的阻力，也就是半成品工字輪抱閘的松緊程度。在鋼絞線捻制過程中，要求所有半成品鋼絲的放線阻尼應保持一致。這樣就能使鋼絞線各半成品鋼絲之間布置均勻，配合緊密，沒有多余的外力，不會有起鼓的現象，保證了伸直性。此外，小規格鋼絞線在生產過程中，如果放線阻尼過大，就會影響到半成品鋼絲的受力，更易造成鋼絲伸直性變差，進而會間接影響鋼絞線的伸直性。所以在生產小規格鋼絞線時，要適當調整工字輪的抱閘，降低放線阻尼。

4 層纏平衡器的調整

層纏平衡器的作用是根據設定值自動調整層纏張力的大小，消除和緩沖層線和放線之間的不同步造成的速度差。經現場檢查發現，在生產小規格的絞線過程中，適當降低層纏平衡器張力，鋼絞線伸直性明顯好轉。也就是說，層纏平衡器的調整直接影響著小規格鋼絞線的伸直性。從2013年初開始，在生產小規格鋼絞線時，按照上面的要求進行調整，效果良好。根據2012年以及2013年小規格鋼絞線伸直性數據的統計，由原來的6～10 mm（有極少部分是10～15 mm）提高到2～7 mm。

5 結語

影響小規格鋼絞線伸直性的原因很多，主要原因是捻股機矯直輥的下壓量，中頻爐溫度的控制，冷卻水槽水量的控制，以及層纏平衡器張力的調整

等。在生產過程中，尤其是在生產小規格鋼絞線過程中，必須加強過程控制，保證每一道工序工況良好的生產狀況，確保小規格鋼絞線的伸直性。

［1］于仁偉，謝鐵橋.拉絲模與潤滑劑［M］.北京：中國輕工業出版社，1991：112-116.

［2］徐萍，王伯健.鋼絲拉拔過程中的殘余應力［J］.金屬制品，2008（3）：1-4.

［3］付學義，劉莉.殘余應力的危害及對策［J］.包鋼科技，2006，11 （32）增刊：82-84.

［4］立健全.鋼絲（繩）矯直器的選用［J］.金屬制品，1989（5）：50-51.

［5］王福新，袁康，秦術寶，等.穩定化處理改善PC鋼絞線性能機理初探［J］.金屬制品，1998（4）：1-4.

［6］馬明剛，唐章國，吳炳章.中頻感應加熱處理在提高航空鋼絲繩疲勞性能中的運用［J］.金屬制品，2013（3）：35-38.

Improving Straightness of Small Sized Steel Strand

CHEN Hai-xiang and HAN Wen-duo
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

Aiming at the problem of the unqualified straightness of small sized steel strand，investigation was made on the processes and production links of drawing，spinning and winding and found and determined main factors for the problem were the screw-down of the straightening roll of stranding machine，control over temperature at intermediate frequency furnace，control over water flow at cooling water tank and the tension adjustment of winding balancer.The straightness of small sized steel strand was effectively improved through strengthening production process control，timely adjusting the running state of equipment and appropriately reducing cooling water flow and winding balancer tension.

steel strand；straightness；stabilizing treatment；balancer

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.006

2015-10-13

2015-11-02

陳海祥（1969—），男，本科，工程師，主要從事鋼絞線方面的研究工作。