高速线材厂吐丝机吐圈过程分析及圈形保证

1、高速线材厂吐丝机吐圈过程分析及圈形保证摘要：吐丝机是高速线材生产的关键设备之一，吐丝的好坏直接影响高速线材 的实物质量。本文从吐丝机的吐丝原理入手，分析了吐丝过程的主要数据及吐丝 圈形不稳定的原因，并对如何保证圈形质量提出了方案。关键词：吐丝原理、吐丝机、吐丝盘、吐丝管、圈形、夹送辗、精轧机1、前言高速线材轧机一般是指最大轧制速度高于 40m/s的线材轧机，是冶金技术、 电控技术和机械制造技术的综合产物，在高速线材生产线上，线材在经过轧制后， 需要通过吐丝机吐丝成圈，才能完成由直线状线材向盘卷的转化。吐丝机是高速线材生产的关键设备之一，也是制约高速轧机进一步提速的一 个重要瓶颈，吐丝的好坏直接

2、影响高速线材的实物质量。 吐丝机以其特殊形状的 结构与一定的转速配合，把高速运动的直现状线材变成圈型稳定、问距均匀的线 圈。随着线材轧制速度和产量的提高， 对吐丝机的要求也越来越高，因此许多高 速线材生产企业在生产中都会出现因吐丝圈不稳定，而影响到产品质量和生产顺 行。2、吐丝原理2.1吐丝机的结构高速线材厂吐丝机为卧式结构，位于精轧机后控制冷却线的水冷箱与冷控辗 道之间。吐丝机由传动装置、空心轴、吐丝盘、吐丝管、锥齿轮等零部件组成。 吐丝机由一台电机驱动，通过齿轮箱内一对锥齿轮啮合带动空心轴旋转，吐丝管安装在吐丝盘上，吐丝盘与空心轴通过螺栓连接， 吐丝机的结构（如图1所示）CI -输入轴；2

3、-齿轮-入口导管；4-雅:齿轮;5 -空心轴;6 -吐丝盘打-吐挂管图表12.2吐丝机吐丝过程分析吐丝机工作时，通过吐丝机前的火送辗由吐丝机入口导管送入吐丝机的空心 轴内，空心轴带动吐丝盘和吐丝管一同旋转， 使进入空心轴内的线材通过旋转的 吐丝管沿着吐丝管出口圆周切线方向吐出线圈，并平稳的倾倒在风冷辗道上，形成连续不断的线圈。线材通过高速旋转的吐丝管时，受到吐丝管管壁的正压力、滑动摩擦力、精 轧机和火送辗的推力、自身的离心力的作用下，随着吐丝管的形状逐渐弯曲变形， 有直线运动逐渐弯曲，并在吐丝管出口达到所要求的曲率， 形成螺旋线圈，均匀 平稳的成圈吐出。3、吐丝机常见故障及问题(1) 甩尾，线

4、材尾部经吐丝机吐出时易出现线圈紊乱、 成圈不圆，大小不均、 排列不齐，甩尾幅度随轧制速度提高而越趋严重。吐圈不圆，吐丝机开始吐圈后，部分圈形不好或吐丝的圆度不够，导致 控冷轨道和集卷站经常发生堆钢、卡钢影响生产正常进行。(3) 吐丝左右摆动，在吐丝的过程中，出现吐出线圈左右摆动的现象，在一 定程度上增加集卷难度，并严重影响盘卷包装质量。(4) 吐丝管寿命短，吐丝管使用寿命短不但会增加生产成本，严重时吐丝管壁还会被摩穿，发生堆钢事故。(5) 振动，由丁吐丝机是高速旋转设备，因此振动也是吐丝机比较常见的故 障之一。振动使支撑轴承易受冲击载荷而损坏， 使用寿命缩短，设备固定基础被压碎，固定螺栓易断，

5、吐丝盘变形。备件费用增加，使用周期短，影响产量，甚 至人身安全。4、吐丝机吐圈主要参数分析根据对吐丝机原理的分析，影响吐丝机吐圈质量的因素主要包括吐丝管的曲 线，精轧机、火送辗、吐丝机的速度匹配。4.1吐丝管的空间曲线吐丝管曲线可分成三部分：（1）导入部分：为保证线材在进入吐丝管变形部 分前充分进入吐丝管，减小变形受力引起的轨迹偏移。 （2）变形区：吐丝管的中 问段是按阿基米德螺旋线展开（如图 2所示）。螺旋线从回转轴线方向开始，并且与回转轴线法向平面的火角由900逐渐减少，到螺旋线末端吐丝管出口处a =1.6 0 1.9° ,吐丝管轴线上各点到回转轴 的距离，即该点的回转半径 R逐

6、渐增大，出口段一定范围内 R=R。4.2线材对吐丝管的相对速度z -Y X图表3在连续工作条件下，线材进出吐丝管遵守秒流量相等原理，故线材在吐丝管中的速率均为V,方向为沿相应点的吐丝管的切线方向。由丁吐丝管喂螺旋曲线 方向是变化的，线材相对吐丝管速度的分量也随吐丝管的方向变化(如图 3所 示)。根据吐丝管螺旋曲线计算。线材相对吐丝管的速度 V分解为轴向V、切向V、径向Vz,设回转轴法向 上的速率为Vb。Vb = Vx2 Vy2 V； = .V； V；设X为线材速度V与吐丝机回转轴法向平面的火角，则VX =V sinxVb = V cosx吐丝管出口处线材对吐丝管的轴向速度分别为Vxo =Vsi

7、n(1.60 1.90)VBO =Vcos(1.6° 1.90)因为 VY =VB sin B = V cosxsin BVZ =VBcosB =VcosxcosB所以 VYO =Vcos(1.6° 1.90)cos0 =Vcos(1.6° 1.9o)VZO =Vcos(1.6° 1.90)sin0吐丝管沿着线材吐出的相反方向旋转，由丁只作定轴的圆周运动，所以吐丝管上各点只有其所在圆周的切向速度 乂 = R (R为相应各点的回转半径，缶为吐丝机的回转角速度)。得出结论吐丝管各点相对吐丝管的轴向速度 Vx、径向速度Vz均为0。由丁吐丝机出口 R = R0,

8、故YY0 = R0。4.3线材相对地面的速度根据欠量合成原则，线材对地的速度V地等丁线材对吐丝机的速度V与吐丝 机对地速度V'的欠量和。T . t -V 地 X =Vx Vx =Vx 0 =Vx.T _TTv 地 Y =Vy +Vy = Vy + RT T T Tv 地 Z =Vz +Vz =Vzv地X、v地Y、v地Z为线材对地速度v地的轴向分量、切向分量与径向分量，在吐丝管出口处，线材相对地面的速度为：V地X。=vsin(1.6° 1.90)VB zo = 0'00v地yo =Vyo +Vyo =vcos(1.6° 1.9。)+尺5、吐丝机吐圈不稳的因素及

9、影响5.1吐丝管的原因(1) 吐丝管在加工过程中成形不好或安装时位置不当，将会吐丝管空间曲 线和线材运行轨迹的改变，线材在吐丝管内的速度及受力都将改变， 而且将大大 降低吐丝管使用寿命；(2) 吐丝管内壁产生的磨损，使线材在吐丝管内的运行轨迹发生变化，造成圈形变差，严重时还会造成吐丝盘偏心吐丝机振动值增大。根据经验，一根 吐丝管应使用与不同规格的线材生产，从而在保证吐圈达到一定的整齐度时，并 大大降低生产成本。(3) 吐丝管内有氧化铁皮堆积使线材运行受阻，发生吐丝圈形乱。5.2吐丝盘5.2.1吐丝盘的质量偏心吐丝盘的质量偏心是引起吐丝机振动的主要原因。因为吐丝机工作在业共振 区，由振动理论知，

10、此时系统振幅将随着工作频率的增加而增大，转速越高，振 幅越大。吐丝机装有振动报警器，当吐丝机振动值达到一定数值时将报警跳闸， 严重制约生产。5.2.2吐丝盘的磨损当盘面发生屈曲变形或磨损较大时，因线圈与盘面的非正常接触，线圈前 行方向发生偏离，极易发生弹跳现象，从而使线圈的形状和节距发生紊乱。其次，吐丝盘外圆面(圆周面)如磨损过大，则外圆面与其护罩间的间隙增 大,吐丝机高速旋转时产生的气流出现剧烈波动， 从而使吐丝状况发生异常变化。5.3精轧机、线材、吐丝机的速度匹配根据E芬克前滑公式可知，线材的速度大于精轧机出口轧辗的线速度，而 且由于实际情况比较复杂，诸如钢温、摩擦、辗径及张力的变化都会引

11、起前滑值 的变化。所以要达到吐丝最为稳定，需保证吐丝机的速度略高于精轧机的速度而略 低于线材的实际速度，才能满足速度计算结果的吻合。6、吐丝圈形的保证6.1保证吐丝管的正确使用一根合格的吐丝管在安装时，与吐丝盘管座要自然吻合;如不能自然吻合, 则可认为该吐丝管曲线不符合要求。不合格的吐丝管不得使用，不得利用管夹强 制使吐丝管变形后安装就位。为得到正确的圈形，吐丝管安装时必须保证出口和入口位置正确。对出口 入口位置不能吻合的按不合格吐丝管处理。要保证吐丝管正向和反向空气吐扫正常，在小规格线材生产时，还应定期 使用钢丝绳对吐丝管内结成块状的氧化铁皮进行活理。6.2保证吐丝盘的正确使用6.2.1吐丝

12、盘的质量偏心实践表明，在影响吐丝机振动的诸因素(如齿轮间隙误差、轴承误差和损坏 情况、传动链的安装误差、旋转件的偏心质量等 )中，吐丝盘偏心是最主要的因 素。(1) 吐丝管的磨损.由丁吐丝管形状不规则，线材在吐丝管内运动时为非 匀加速运动，因此吐丝管的磨损是不均匀的， 造成重心偏移，可通过跟换吐丝管 解决。(2) 吐丝管火具的安装误差.吐丝管夹具质量相对较大且形状同, 检修安装 时，应严格按照编号进行安装，不得颠倒夹具顺序。(3) 吐丝盘安装螺栓的统一，因螺栓的材质不同会导致重量差异， 因此需使 用相同的螺栓、螺母及垫片，并对每组进行称量。6.2.2吐丝盘的修复(1) 盘面修复吐丝盘盘面应呈螺

13、旋状，螺旋升角为10 48。我们通过把吐丝盘放在一个检 验平台上，等角度均分盘面，测量盘面各点到平台的高度，再画出盘面展开后的 曲线图，以此来判断盘面磨损和变形情况。 一般在盘面前端(靠近吐丝管出口处) 磨损和变形都较大，盘面后端主要是变形。将实测曲线与理论曲线对照，采取气 焊加热校正变形部位，然后堆焊打磨修补磨损部位，使修复后的曲线与理论曲线 基本吻合。(2) 外圆面检查和修复外圆面的检查较为简捷，可以在线检查。打开吐丝机护罩，转动吐丝盘， 检查吐丝盘与护罩之间的间隙。图纸上此间隙为 2mm 一股超过4mnHP需对外圆 面进行修复。修复前需测出外圆面各点处间隙值，然后根据间隙曲线展开图对外

14、圆面进行堆焊后机加工修复。对吐丝盘修复后，安装新吐丝管后，对吐丝盘做动平衡配重。6.3保证火送辗、吐丝机工艺参数设定的匹配精轧机、火送辗和吐丝机三者的速度匹配要求较高，如火送辗或吐丝机工 艺参数设定不当，往往会造成堆钢或吐丝圈形不好。就火送辗与吐丝机而言，由R° =Vcos(1.60 1.90)可知，火送辗应稍超过 吐丝机0.04 %才能保证吐丝机的稳定工作状态，故火送辗应超前丁精轧机0.94 % 8.4%为宜。当夹送辗空转(不夹持到钢)时，夹送辗速度超前于精轧机。当线材尾部离 开精轧机后，为保证线圈尾部线圈的大小，对夹送辗的线速度给定有三种控制状 态：(1) 维持状态为了避免因轧件

15、的张力消失，而使夹送辗升速，造成线材的最后几圈直径 变大，故在轧件尾部离开精轧机后，将夹送辗的线速度给定减小，变为精轧出口 线速度减去一个轧件尾部滞后量，当滞后速度设定值为0时，轧件尾部脱离精轧 机后，轧件将保持原有的线速度。(2) 尾部降速在轧制较小的线材时，为了缩小最后几圈的圈径，以避免集卷筒内线材尾 部出现缠绕，便于集卷，故在轧件尾部离开精轧机后，将夹送辗的线速度给定减 少，变为精轧机出口线速度减去一个轧件尾部滞后量。当滞后速度设定值不等于零时，轧件尾部脱离精轧机后，轧件的线速度将低于精轧机的出口速度。(3) 尾部增速轧制大规格时，轧制速度低，线材需加一个动力才能通过吐丝机，故在轧 件尾部离开精轧机后，将夹送辗的线速度给定增大，变为精轧机出口线速度加上 一个轧件尾部滞后量，使轧件尾部脱离精轧机后，轧件的线速度将低于精轧机的 出口速度。在生产过程中，必须定时检查夹送辗夹持钢时的限幅电流值，只有当限幅 电流值稳定、转速速降3050RPM寸，方可认为工作正常，否则必须进行相应的 调整。夹送辗正常夹持气压一般设为2bar左右，尾部高压夹持气压一般为34bar。7、结束语高速线材生产对吐丝圈形的要求较高，吐丝质量的好坏直接影响生产的节 奏。吐丝机吐丝过程比较复杂，当吐丝状况不好时，要进行仔细观察表现出的状 况