高速線材吐絲機生產質量影響因素分析

本鋼集團 北營軋鋼廠 遼寧本溪 117017

1 研究背景

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

2 吐絲機工作原理

吐絲機是高速線材生產的關鍵設備之一,位于精軋機后水冷段和散卷運輸機輥道之間。吐絲機主要由錐齒輪、空心軸、吐絲管、吐絲盤、入口導管、輸入軸等組成,如圖1所示。

圖1 吐絲機結構

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

3 生產質量問題

高速線材吐絲機在生產中經常會出現質量問題。

軋制速度較高時,落到風冷運輸輥道上的盤卷呈橢圓形。形狀不規則的線材易因刮碰運輸線側護板而出現變形,甚至堆積。落卷時,圈距不均勻的盤卷在下落收集時經常卡在集卷芯軸上。

吐絲不穩定造成出口處線圈左右擺動,盤卷收集、打捆后,表面質量與包裝質量均會下降,給后續運輸、使用造成影響,嚴重時可能損壞打包設備。

生產大規格線材時,產品質量穩定,但使用同一根吐絲管生產小規格線材時,生產狀態發生較大變化,被迫中斷生產,需要更換新的吐絲管,才能使產品質量正常。

4 原因分析

高速線材吐絲機工作時,理論要求線材相對吐絲管入口、出口的加速度為0,線材通過吐絲機后形成靜止的圓環,僅受自身重力影響,平穩地通過吐絲機下方的托板,進而落在風冷輥道上,形成均勻、連續不斷的線圈[1]。而實際上,吐絲成圈過程受多種因素影響,主要包括吐絲機工作的穩定性、吐絲管的曲徑尺寸、吐絲盤與吐絲管的安裝精度、精軋機與吐絲機的速度匹配[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。直線段為導入部分,作用是保證線材在進入吐絲管變形部分前充分進入吐絲管,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生塑性彎曲變形。成形段為出口處定形段,線材繼續發生塑性彎曲變形并形成穩定的線圈。可見,吐絲管的形狀尺寸,尤其是曲徑尺寸,對吐絲成圈的穩定性而言至關重要[3-4]。

圖2 吐絲管示意圖

4.1.2 線材與吐絲管相對速度

在連續工作條件下,線材進出吐絲管流量相等,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。根據吐絲管螺旋曲線進行推算,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心慣性軸與吐絲管質心軸線不重合。在離心力的作用下,吐絲管會變形或發生位置竄動,造成吐絲不穩定,出現亂卷[6]。

4.1.4 吐絲管磨損

吐絲管在軋制較多大規格線材后,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格線材,就會出現吐絲圈形不規則的情況。此外,如吐絲管吹掃不及時或管內意外進水造成管內氧化鐵皮堆積,會使線材運行受阻,吐絲圈形紊亂[7]。

4.2 吐絲盤

4.2.1 吐絲盤質心偏置

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

4.2.2 吐絲盤磨損

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

吐絲盤外圓面如磨損過大,會使外圓面與護罩的間隙增大,進而使吐絲機高速旋轉時產生的氣流出現劇烈波動,吐絲狀況發生異常變化[9]。

4.3 精軋機與吐絲機速度匹配

線材的實際線速度大于精軋機出口軋輥的線速度,要保證吐絲穩定,需要保證吐絲機的速度略快于精軋機的速度,且略慢于線材的實際速度,一般小規格線材吐絲機速度快于精軋機速度1%～3%。若速度過快,則線圈將向一側偏;若速度過慢,則線圈將向另一側偏。線圈偏向一側較嚴重時,易與風冷線側板碰撞摩擦,損傷線材表面[10]。

5 穩定吐絲質量措施

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,實際測量吐絲管數據,并在現場實時跟蹤、調整吐絲狀態。根據前期統計的數據,確定吐絲管位置與尺寸標準,見表1。

表1 吐絲管位置與尺寸標準 mm

5.2 分規格使用吐絲管

加強工藝管理,對吐絲管使用情況進行跟蹤,記錄所對應的吐絲盤、軋制規格、過鋼量等信息。在軋制小規格與大規格線材時,分別使用不同的吐絲管,確保圈形質量。

5.3 制定吐絲管安裝標準

根據圖紙要求與實際測量結果來制定吐絲管安裝標準,由維護檢驗部門嚴格執行,生產部門最終對設備進行驗收,保證吐絲管的安裝質量。

吐絲管安裝標準如下: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) 吐絲盤在安裝吊運過程中,吐絲管的直線段、變形段不得發生磕碰現象。

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

(3) 吐絲盤上軸向配有牢固可靠的限位管夾,應嚴格按照編號進行安裝。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) 對現有的六個吐絲盤進行編號,利用檢修時間輪流上線,監控其運行狀態。安裝新吐絲管后,對吐絲盤做動平衡配重,并測試動平衡,現場要求振動值小于1.0 mm/s。

6 實施效果

由于執行了各項控制措施,較好地穩定了高速線材吐絲機的吐絲成圈狀態。吐絲管上線使用后,狀態完好率大幅提高。據統計,一條高速線材吐絲機生產線狀態完好率為70%,另一條高速線材吐絲機生產線狀態完好率達到80%。筆者所述穩定吐絲質量的措施既提升了產品質量,又降低了不良品率,取得了可觀的經濟效益。

7 結束語

筆者通過對高速線材吐絲機工作原理進行研究,結合對實際情況的跟蹤,逐步找到影響產品質量的因素,明確了改進方向,并制定了一套行之有效、分工明確、多方協作的控制方法。為進一步提高生產質量,繼續制訂以下改進計劃:

(1) 進一步穩定軋制工藝,如控制兩線速差、及時調整中間料型、對水冷控制模式進行優化等;

(2) 軋線委派專人負責持續跟蹤、總結,優化吐絲管的尺寸、曲線和安裝參數,著重控制吐絲管出口位置和角度,關注同一備件在不同生產線上使用時出現差別的原因;

(3) 備件部門儲備充足的吐絲管,并積極反饋解決備件質量問題;

(4) 對于出現的問題要及時分析、查找原因,并且在落實責任后及時改進。