高線吐絲機故障原因分析及控制措施

肖國偉

（天津天鐵冶金集團棒線廠，河北涉縣056404）

高線吐絲機故障原因分析及控制措施

肖國偉

（天津天鐵冶金集團棒線廠，河北涉縣056404）

針對高速線材吐絲機常出現(xiàn)的吐大小圈、吐絲甩尾、吐絲機振動大等問題，分析其產(chǎn)生的原因，通過加強吐絲管日常維護、合理控制料型及張力、合理設定吐絲機和夾送輥的參數(shù)等措施，提高了設備使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益，保證了軋線的正常生產(chǎn)。

高速線材；吐絲機；故障

1 引言

棒線廠自2009年投產(chǎn)以來，吐絲機出現(xiàn)的故障比較多，主要的故障有吐絲吐大小圈、吐絲甩尾、吐絲機振動大等。吐絲機發(fā)生故障不僅會影響線圈圈形的質量，進而影響到后續(xù)的集卷和打捆工序，而且嚴重影響吐絲管、吐絲盤等設備的使用壽命，造成人力、物力的消耗，同時也增加了生產(chǎn)成本，因此分析解決吐絲機故障問題至關重要。

2 吐絲機故障的原因分析

吐絲機是高速線材生產(chǎn)線的重要設備，主要由傳動裝置、吐絲管、吐絲盤等零部件組成。線材經(jīng)過精軋機軋制后，通過夾送輥出口導衛(wèi)、吐絲機入口導管、吐絲機螺旋吐絲管后形成一定直徑的線圈，平鋪在風冷輥道上。現(xiàn)場常出現(xiàn)的吐絲機故障比較繁多，但主要的故障有吐絲甩尾、吐大小圈、吐絲機振動大。故以下著重對其三方面的故障進行分析，提出解決措施。

2.1 吐絲機吐大小圈的原因分析

吐絲機吐出的正常線圈應該是圈形穩(wěn)定，間距均勻，保持一定直徑的線圈，但現(xiàn)場往往出現(xiàn)吐絲機吐大小圈，即線圈直徑大小不一，造成集卷困難，線圈卡在下集卷芯棒上，被迫停止生產(chǎn)，工人采用工具強行將線圈捅下去，造成線圈圈形不佳，甚至影響到產(chǎn)品的表面質量，同時對后續(xù)的打捆工序帶來了嚴重的影響。

2.1.1 吐絲管的問題

圖1 吐絲管形狀圖

吐絲管安裝在吐絲盤上，是呈空間錐形的螺旋曲線，見圖1。該曲線可分為三段：一是直線段，也稱導入段，線材在該段不發(fā)生塑性變形；二是變形段，線材通過直線段后隨著吐絲管的彎曲形狀發(fā)生純塑性變形；三是成形段，線材在該段繼續(xù)發(fā)生塑性變形并形成穩(wěn)定的線圈。根據(jù)現(xiàn)場實踐證明，吐絲管內壁磨損嚴重、吐絲管加工質量差、吐絲管安裝不當以及吐絲管內壁氧化鐵皮堆積等吐絲管問題，都會造成吐絲機吐圈過程不穩(wěn)定，吐絲吐大小圈，造成圈形質量不佳。具體分析如下：

（1）吐絲管內壁磨損嚴重。線材與吐絲管內壁在高溫、高速的環(huán)境下不斷地進行劇烈摩擦，造成吐絲管內壁不斷磨損，而且線材在吐絲管變形段相對運動產(chǎn)生的慣性力、離心力、摩擦力相對較大，所以該段吐絲管磨損較嚴重，見圖2。當吐絲管內壁磨損較嚴重時，使線材在吐絲管內的運動軌跡發(fā)生變化，使線材運行受阻，破壞吐絲過程的穩(wěn)定性，形成不規(guī)則大小圈，如果不及時更換吐絲管，還會引發(fā)嚴重后果，造成吐絲管壁磨穿，引起堆鋼事故發(fā)生。

圖2 吐絲管內壁磨損圖

（2）吐絲管加工質量差和吐絲管安裝不當。吐絲管在加工過程中材質選擇不當，耐磨性差，在吐絲過程中線材與吐絲管內壁摩擦時，加快吐絲管磨損，容易使線材運行軌跡發(fā)生改變，造成吐絲不穩(wěn)定，形成大小圈；吐絲管在現(xiàn)場安裝不當，會使吐絲管的空間曲線和線材運行軌跡發(fā)生改變，造成線材在吐絲管內的速度和受力發(fā)生改變，破壞了吐絲機的動平衡，不僅使吐絲管的使用壽命大幅度下降，而且影響吐絲機圈形質量。

（3）吐絲管內壁氧化鐵皮堆積。吐絲管內氧化鐵皮如果不定時清理，會造成吐絲管內氧化鐵皮堆積，見圖3，線材在吐絲管中被卡阻，破壞了吐絲的穩(wěn)定性，從而發(fā)生大小圈交替現(xiàn)象，嚴重影響了線圈的圈形質量。

圖3 吐絲管內氧化鐵皮堆積圖

2.1.2 吐絲機超前系數(shù)設置不當

吐絲機超前系數(shù)的變化對線圈的直徑大小和線圈的分布方向有直接的影響，根據(jù)不同規(guī)格及軋制速度，吐絲機超前系數(shù)一般設定范圍在2%～ 10%。經(jīng)現(xiàn)場實踐證明，吐絲機超前系數(shù)設定過大，會使吐絲機吐出的線圈直徑偏小，同時線圈分布方向是順著吐絲機旋轉方向向左偏移；相反，吐絲機超前系數(shù)設定過小，會使吐絲機吐出的線圈直徑偏大，同時線圈分布方向是順著吐絲機旋轉方向向右偏移。吐絲機超前系數(shù)設置不當，造成圈形不佳，甚至影響到集卷筒正常集卷。

2.1.3 夾送輥速度設置不當

夾送輥的夾送方式有對線材全程夾送、頭部、尾部夾送，既夾頭部又夾尾部，現(xiàn)場采用的是對線材進行尾部夾送。高速小規(guī)格軋制時，線材尾部在離開精軋機后軋件尾部由于失張瞬間升速，使尾部離開吐絲機的狀態(tài)失控，線圈尾部容易產(chǎn)生大圈。相反，低速大規(guī)格軋制時，軋制速度低，許多新廠因經(jīng)驗不足，為了保證線材表面質量采用尾部不夾送，導致線材尾部進吐絲機的速度下降，造成尾部線圈直徑偏小。軋制不同規(guī)格的線材時，根據(jù)尾部成圈狀況調整夾送輥的速度來控制軋件尾部的速度，從而降低產(chǎn)生大小圈和堆鋼事故的幾率，保證線圈圈形質量。做好精軋機、夾送輥、吐絲機三者的速度匹配，才能保證吐絲機吐圈穩(wěn)定，圈形質量佳。

2.1.4 料型控制不當

加熱爐加熱不均勻引起連鑄坯沿長度方向各點溫度不均勻、各軋機輥縫值調整不當、各機架間張力控制不合理等，造成軋件沿長度方向各斷面的尺寸不同，最終導致軋件精軋出口速度波動，造成吐絲機吐絲不穩(wěn)定，出現(xiàn)大小圈交替現(xiàn)象。

2.2 吐絲機甩尾的原因分析

甩尾是線材尾部經(jīng)吐絲機吐出后出現(xiàn)線圈紊亂、不成圈，甩尾幅度隨軋制速度提高而加重。吐絲機后專門設有剪頭尾崗位，為了保證圈形質量，便于打捆機打捆，剪頭尾崗位工需將甩亂的尾部線圈剪掉。甩尾嚴重時，甩出的線材四處飛濺，嚴重危及崗位工的安全，因此必須解決吐絲機的甩尾故障。吐絲甩尾的原因很多，經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤記錄分析，天鐵棒線廠吐絲機甩尾的主要原因是夾送輥夾持壓力設定和夾送輥輥縫調整不當。

2.2.1 夾送輥夾緊壓力太小

夾送輥打開和閉合是通過氣缸來控制的，夾緊壓力大小通過氣缸自帶的壓力調節(jié)閥控制，現(xiàn)場采用的是尾部夾送，夾送輥在軋件尾部脫離7#活套掃描器后即壓下，通過夾送輥實現(xiàn)對軋件尾部速度的控制。尾部夾送時夾送輥夾緊壓力采用高壓，因為軋件尾部脫離精軋機后處于失速狀態(tài)需要夾送輥采用較大的力矩，才能保證對軋件尾部速度的控制，因此夾緊壓力相對高些。夾送輥壓力值選取既要保證夾持穩(wěn)定，又要保證在軋件表面不留壓痕，最大夾持力要小于0.5 MPa。夾緊壓力值設置太大，超過0.5 MPa，會在軋件表面產(chǎn)生夾痕，甚至造成軋件拉斷造成堆鋼；夾緊壓力值設定太小，夾送輥不能穩(wěn)定夾持住軋件，接觸面產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，造成尾部甩尾?，F(xiàn)場曾發(fā)生過軋制Φ8規(guī)格線材時，因夾緊壓力值設定太小造成甩尾，被迫停產(chǎn)處理尾部甩尾線圈，嚴重影響生產(chǎn)。

2.2.2 夾送輥輥縫設置不當

夾送輥的輥縫分為兩種：一是夾送輥打開時的輥縫，保證軋件頭部順利通過，夾送輥不與軋件接觸，不起夾持作用；二是夾送輥閉合時的輥縫，保證夾送輥對軋件穩(wěn)定夾持。夾送輥閉合時的輥縫設定非常重要，輥縫設置太小，在軋件尾部會產(chǎn)生夾痕，影響產(chǎn)品表面質量；輥縫太大，起不到夾持作用，引起線圈尾部甩尾，造成線圈尾部紊亂，嚴重影響后續(xù)的集卷和打捆。

2.3 吐絲機振動大的原因分析

吐絲機振動大是現(xiàn)場比較常見的吐絲機故障之一，造成吐絲機振動大的原因比較多，例如軸承損壞、齒輪間隙大以及吐絲盤的質量偏心等。經(jīng)現(xiàn)場實踐證明，現(xiàn)場吐絲機振動大的主要原因是吐絲盤的質量偏心。吐絲管是通過吐絲管夾安裝在吐絲盤上，主要是吐絲管磨損、吐絲管夾安裝不當以及吐絲管緊固螺栓、螺母不統(tǒng)一等原因造成吐絲盤的質量偏心。

故以下著重對其3方面進行分析：

2.3.1 吐絲管的磨損

由于吐絲管的形狀不規(guī)則，軋件在吐絲管的變形段相對運動產(chǎn)生的慣性力、離心力、摩擦力最大，故吐絲管在該段磨損最嚴重，因此吐絲管內磨損是不均勻的。吐絲管磨損嚴重時如果不及時跟換吐絲管，不僅造成線圈圈形不穩(wěn)定，還會造成吐絲盤的質量偏心，引起吐絲機振動大。

2.3.2 吐絲管夾安裝不當

吐絲管夾共計14個，形狀相似，但重量不同，現(xiàn)場由于崗位工沒有按規(guī)定順序安裝，引起吐絲盤的質量偏心，造成吐絲機振動大。

2.3.3 吐絲管的緊固件不統(tǒng)一

由于現(xiàn)場崗位工對引起吐絲機振動大的原因認知有限，在安裝吐絲管時所用的緊固件，沒有使用相同規(guī)格和材質的螺栓和螺母，各緊固件間存在質量差異，引起吐絲盤的質量偏心，造成吐絲機振值增加。

3 控制措施

3.1 加強吐絲管的日常維護

由于吐絲管的問題引起吐絲機故障時有發(fā)生，吐絲管日常維護不好，不僅造成吐絲圈形不佳，而且還會造成吐絲機振動大，嚴重影響生產(chǎn)，降低設備使用壽命，因此加強吐絲管的日常維護迫在眉睫，故現(xiàn)場提出了控制措施。

因吐絲管磨損嚴重引起吐絲機故障發(fā)生是現(xiàn)場最常見的，為此，現(xiàn)場制定了相應的解決措施，制定吐絲管最大過鋼量，根據(jù)觀察分析日常吐絲管使用情況，制定了不同規(guī)格吐絲管的最大過鋼量。生產(chǎn)Φ8以上的大規(guī)格線材時，一根新吐絲管的最大過鋼量在4.5萬t左右；生產(chǎn)Φ6.5及其以下小規(guī)格線材時，由于軋制速度快，直徑小，造成吐絲管磨損加重，因此軋制小規(guī)格時一根新吐絲管的最大過鋼量在3.5萬t左右；混合生產(chǎn)大規(guī)格和小規(guī)格線材時，一根新的吐絲管先生產(chǎn)大規(guī)格線材2萬t左右后可以用于生產(chǎn)小規(guī)格線材近2萬t，累計吐絲管的最大過鋼量為4萬t左右，原因是大規(guī)格線材吐絲管內的運行軌跡相對較大，小規(guī)格線材在該吐絲管內沿大規(guī)格線材的運行軌跡運行時，磨損較均勻而且運行軌跡不固定，提高了吐絲管的使用壽命，降低了吐絲管的消耗。吐絲管達到所規(guī)定的過鋼量后，及時更換新的吐絲管，保證吐絲穩(wěn)定，減少吐大小圈、振動大等故障發(fā)生。

針對吐絲管內壁氧化鐵皮堆積問題，要求崗位工利用停機檢修時間，定期用鋼絲繩對吐絲管內堆積的氧化鐵皮進行清理，保證圈形質量。

吐絲管更換新廠家時，要求崗位工在保證吐絲管位置安裝正確的前提下，密切跟蹤記錄吐絲管的使用情況，如發(fā)現(xiàn)吐絲管材質不好，耐磨性差，立即更換廠家，保證吐絲管質量。

根據(jù)現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，常發(fā)生由于崗位工操作不當，沒有按規(guī)定安裝吐絲管夾以及吐絲管緊固件，從而造成吐絲機振動大。為了杜絕此類事故再次發(fā)生，根據(jù)現(xiàn)場需求，車間對各崗位工進行了現(xiàn)場實地培訓，例如更換吐絲管時要求把拆卸下來的吐絲管夾按順序排列好，方便安裝時不會弄混；安裝吐絲管所用的螺栓、螺母采用同廠家同規(guī)格的，保證緊固件的重量相同等，避免了因個人壞習慣而造成的事故隱患。

經(jīng)過一段時間的實踐證明，取得了非常好的效果，現(xiàn)場由于吐絲管的問題引起吐絲機故障發(fā)生的幾率大幅度下降，所以加強吐絲管的日常維護是很有必要的，既保證了生產(chǎn)的正常運行，也提高了設備的使用壽命。

3.2 軋件料型和張力的合理控制

為了避免因張力和料型設定不合理造成軋件沿長度方向各斷面尺寸大小不同，最終導致精軋出口速度產(chǎn)生波動，造成精軋機、夾送輥和吐絲機三者速度不匹配，影響吐絲質量，現(xiàn)場制定了相應的整改措施。

保證加熱爐空煤比為0.6～0.8，連鑄坯在加熱爐內加熱到要求的溫度后，保溫10～15 min，方可出爐軋制，在軋制過程中要密切檢查連鑄坯的溫度是否均勻。

崗位工要按標準調整輥縫值，保證料型符合要求，其中粗中軋料型尺寸偏差±1 mm以內；預精軋料型尺寸偏差±0.5 mm以內；精軋料型尺寸偏差要求±0.2 mm以內。由于軋輥和輥環(huán)經(jīng)一段軋制時間后，輥縫會出現(xiàn)或多或少的變大，要求崗位工每隔1 h檢查粗中軋料型尺寸并記錄，根據(jù)尺寸波動情況及時調整料型。

張力控制不合理，表現(xiàn)在成品直徑斷面尺寸和不圓度不符合標準，測量記錄成品線材沿長度方向不同位置的斷面尺寸和不圓度數(shù)據(jù)并進行比較，根據(jù)數(shù)據(jù)波動范圍及時調整張力。

3.3 合理設定夾送輥和吐絲機的參數(shù)

夾送輥和吐絲機的工藝參數(shù)設定得當與否直接影響到吐絲機吐絲的穩(wěn)定性，為了保證圈形穩(wěn)定，現(xiàn)場制定了相應的控制措施。

根據(jù)現(xiàn)場試軋經(jīng)驗，制定了與現(xiàn)場實際情況相匹配的不同規(guī)格的軋制程序表，保證精軋機、夾送輥和吐絲機三者速度匹配，參照軋制程序表合理設定吐絲機超前系數(shù)和夾送輥速度，具體設定見表1。天鐵棒線廠采用的是尾部夾送，軋制大規(guī)格線材時，為了避免尾部吐小圈，當線材尾部離開精軋機后，夾送輥采用尾部增速夾送；軋制小規(guī)格線材時，為了避免尾部幾圈出現(xiàn)大圈，當線材尾部離開精軋機后，夾送輥采用尾部降速夾送。

表1 不同規(guī)格的夾送輥和吐絲機參數(shù)設定表

軋制新規(guī)格線材前，現(xiàn)場通過觀察樣棒在夾送輥夾持狀態(tài)下的松緊程度和表面質量來調整夾送輥的輥縫和夾持力，輥縫調整以抽送樣棒時夾送輥輕松轉動為宜，夾送輥夾緊力設定以樣棒夾持穩(wěn)定在表面不會留有夾痕為宜，因現(xiàn)場采用的是尾部夾送，尾部夾送高壓設定為0.4 MPa。經(jīng)過對吐絲機和夾送輥的工藝參數(shù)的優(yōu)化，產(chǎn)生了非常好的效果，根據(jù)現(xiàn)場跟蹤記錄分析，先前因吐絲機超前系數(shù)、夾送輥速度、輥縫以及夾持力等工藝參數(shù)設定不當造成的吐絲機吐大小圈和吐絲甩尾等故障已經(jīng)得到了很好的控制。

4 產(chǎn)生的效果

通過分析近2年的現(xiàn)場數(shù)據(jù)得知，吐絲機的故障率明顯降低，成材率顯著提高。根據(jù)2012年產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，以生產(chǎn)線材5萬t為例，2012年平均每生產(chǎn)5萬t線材，因吐絲機故障產(chǎn)生廢材100 t，采取相應措施后，圈形質量明顯提高，據(jù)2014年產(chǎn)量數(shù)據(jù)記載，平均每生產(chǎn)5萬t線材，因吐絲機故障產(chǎn)生的廢材為20 t，之后廢材量逐年減少，大幅度提高成材率的同時，有效地降低了成本及工人的勞動強度。

5 結束語

通過加強吐絲管的日常維護和合理設定夾送輥和吐絲機的參數(shù)等一系列控制措施，大幅度降低了吐大小圈、吐絲甩尾以及吐絲機振動大等故障產(chǎn)生的幾率，保證了線材圈形質量，提高了吐絲機使用壽命，提高了經(jīng)濟效益。

Analysis on Laying Head Fault at High Speed Wire Rod Rolling and Controlling Measures

XIAO Guo-wei
(Bar and Wire Rolling Mill,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to tackle with the problems of big and small rings formation,flipping and big vibration at laying head at high speed wire rod rolling,measures were taken of enhancing the routine maintenance of laying pipe,rationally controlling stock profile and tension and setting parameters for laying head and pinch roll.The service life of the equipment was prolonged with reduced production cost.E-conomic benefits were improved and the normal production of rolling line was ensured.

high speed wire rod;laying head;fault

10.3969/j.issn.1006-110X.2015.06.014

2015-08-18

2015-09-10

肖國偉（1982—），男，本科，工程師，主要從事設備管理工作。