吐丝机吐丝圈形稳定研究

摘要:针对线材吐丝稳定性进行研究，从吐丝盘结构及附件、螺旋弯管、夹送辊工艺参数等方面进行研究，分析影 响吐丝圈形稳定的因素，制定相应措施，大幅度提高了吐丝圈形稳定及吐丝管使用寿命。

0、前言

吐丝机是高线生产的关键设备之一，线材在经过精轧后，需要通过吐丝机吐丝成圈，完成由直件向盘卷的转化。线材圈形的稳定、间距均匀性将直接 影响到后续线卷在风冷线相变结果以及收集打包的质量。

宝武集团广东韶关钢铁有限公司( 以下简称 “韶钢” ) 高一线在轧制8.0 mm 以下规格时，经常出 现吐丝机吐圈摆动严重、圈型大小不一、吐丝管磨损 快等问题，严重影响了生产效率。为此，对吐丝机的 圈形稳定展开研究，有效提高了吐丝机吐丝圈形的 稳定性。

1、吐丝成形原理

1.1 吐丝机结构

吐丝机主要由传动装置( 电机、减速箱) 、直管、 空心轴、轴承座、吐丝盘和螺旋弯管组成，吐丝机结构如图1 所示。终轧后线材通过导槽经夹送辊后弯 管引导进入吐丝机直管，直管将线材导入螺旋弯管， 空心轴在电机作用下带动安装有螺旋弯管的吐丝盘 高速旋转，使进入螺旋弯管内的线材沿着吐丝盘出 口切线方向平稳吐出。

螺旋弯管在线材吐丝过程中起到诱导变形、充 当模具的作用，其结构在平面上看是一段螺旋曲线，如图2 所示。根据线材在螺旋弯管中的变形方式可 将螺旋弯管分为3 段:直线段，将线材顺利引入变形 段，线材在该段不发生弯曲变形; 变形段，该区域螺 旋弯管曲率由小变大，线材随吐丝管形状发生强制 塑性弯曲变形，使用中此段磨损最为严重; 稳定段， 该段对线材圈形进行调整，线材在此段进一步发生 弯曲塑性变形，最终在出口处形成稳定的线圈吐出。

1.2 、吐丝机理想成圈的条件

1) 线材能够顺利吐出

为保证线材能够从吐丝管中顺利吐出，要求线 材轴向力大于摩擦力。若将吐丝管分为 n 个微段， 则线材在吐丝管中所受轴向作用力需满足

式中: Ti ——线材在吐丝管第 i 段上的内部轴向拉力， N;

fi ——线材在吐丝管第 i 段上的摩擦力，N。

2) 线材产生弹塑性弯曲变形

为保证吐丝管吐出的线材呈理想半径的盘条，既不能散圈，也不能缩小半径，那么线材需克服自身 阻力矩发生弯曲变形。这种弯曲变形与线材在吐丝 管中的位置有关，吐丝管不同部位的曲率不同，线材 自身的阻力矩也随之变化。因此线材在吐丝管某一 微段所受的合外力矩需满足:

M ＞ Mep ( 2)

式中: M ——作用在线材上的弯矩，N·m;

Mep ——线材自身的阻力矩，N·m。

2 、吐丝圈形不稳定成因

2.1、 吐丝机直管定位环磨损

吐丝机直管的作用是将经过夹送辊后弯管的线 材诱导引入螺旋弯管，吐丝机直管安装后通过在吐 丝机内部的定位键进行定位，从而确保直管与螺旋弯管入口中心线保证在一条直线上，见图 3。如果 直管定位环磨损严重，将导致直管发生偏移，从而导 致与螺旋弯管中心线不在一条直线上，最终引起线 材在螺旋弯管中的轨迹变化造成圈形不稳定。同 时，因定位环磨损，无法将直管固定，在运行过程中 直管将会因为设备振动、线材抖动等因素，造成一定 的串动现象，也会引起线材吐丝的不稳定。

2.2、 螺旋弯管影响

2．2.1 、螺旋弯管的安装影响

同一曲率的螺旋弯管，在安装过程中若不能够 统一安装标准，就会产生螺旋弯管实际曲率发生偏 移的现象，也会造成对吐丝机圈形的影响。现场跟 踪显示如表1，螺旋弯管入口至定位法兰盘距离( 即 直线段长度) 变化时，对吐丝圈形稳定性影响大。

2.3 、吐丝机半圆环磨损及吐丝盘盘面变形

吐丝机半圆环安装在吐丝机本体上，位置位于 与吐丝盘末端衔接处，见图 4。其主要作用是确保 吐丝盘与保护罩之间的间隙，降低吐丝过程中的气 流波动，提高吐丝圈形的稳定性。当半圆环磨损到一定程度，吐丝机在高速旋转时，冷却用压缩空气将 在此处产生剧烈波动，从而造成圈形波动不定，无法 流畅吐丝。

吐丝盘盘面最终决定了螺旋弯管安装时出口的 的位置变化，对线圈的前冲起到助推作用，因此盘面 的状况好坏将直接影响到吐丝质量的好坏。盘面如 发生屈曲变形或者盘面上的导流槽磨损严重，导致 线圈与盘面无法正常接触，螺旋弯管出来后的线圈 前进方向将发生偏离，极易产生弹跳、线卷间距不均 以及大小圈现象。

2.4、 吐丝机托板调整不当

吐丝机托板主要作用是对线圈的底部产生一个 附加摩擦力，以实现线圈能够顺利倾翻在散卷运输 线上。如果托板调节过高，线圈底部所受阻力过大 落在散卷辊道上时就容易产生一定滞后，从而出现 线圈弹跳现象，导致线卷凌乱; 托板调节过低，线圈 底部与托板接触较少，线圈容易前扑，软线则易产生 鹅蛋形线圈;托板两边调整不一致，线圈容易向托板 偏低的一方发生偏斜，不但容易造成线圈凌乱，而且 可能会因为偏斜过多造成线圈在散冷运输线上擦边 板，从而形成擦伤。

2.5 、终轧速度及温度波动 吐丝机出口处的线速度与线材的进给速度匹 配，才能够确保线材稳定吐丝成圈。吐丝机出口处 的旋转角速度需满足以下要求:

2,6 、夹送辊夹持不当

夹送辊的作用是夹持线材顺利通过吐丝机，按 照夹持的状态可以分为: 全程夹送、头部夹送、尾部 夹送、头尾夹送及不夹送五种。夹送辊工艺参数必 须正确调整，才能保证精轧机与夹送辊的速度匹配， 在高速轧制时不堆钢，吐丝均匀稳定。

为避免夹送辊对线材表面形成夹痕、刮伤等质 量缺陷，夹送辊多采用夹尾功能。对小于 8． 0 mm 的线材生产，要降低夹送辊尾部夹持时的速度，使线 材的尾部实现减速，同时夹送辊行程适当调小，确保 夹送辊的夹持压力，避免吐丝机在脱尾时由于线材 速度过大形成大圈、甩尾现象。对于8． 0 ～14． 0 mm 的线材，可以不采用夹送辊夹持功能。对于大于 14． 0 mm 的线材，要增加夹送辊尾部夹持的速度，使 线材的尾部增速，同时夹送辊行程适当调大，降低夹 送辊夹持压力，以确保线材尾部获得足够的速度，实 现吐丝机正常脱尾，避免因吐丝机脱尾时速度不足 导致行程小圈或无法吐丝。

2.7、 其他影响因素

螺旋弯管内部磨损严重，使线材在螺旋弯管中 的运行轨迹发生变化或导致线材在磨损轨迹中的摩 擦力增大，就会造成吐丝圈形变差甚至出现穿盘堆 钢现象。同时，在轧制螺纹钢时，由于橫肋极易将氧 化铁皮带至螺旋弯管形成堆积，也会使线材在螺旋 弯管中的运行轨迹发生变化，从而影响圈形。

夹送辊后弯管以及吐丝机直管磨损严重，也会 影响线材的给进速度，从而影响吐丝机的圈形。

3、 提高圈形稳定性的对策

3.1、 吐丝机的检查和部件修复

外圆盘起规整圈型作用，如外圆盘圆周面磨损 大，导致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。因此日常检查时，转动吐丝盘检查 外圆盘与护罩间隙，超过技术要求 2 mm 时，必须对 外圆盘进行修复或更换处理。另外外圆盘侧壁在运 行过程中，由于与线圈存在摩擦，其侧壁容易出现磨 损不均匀情况，造成线圈受到不均匀挤压力，容易出 现圈型不规则情况。因此，外圆盘侧壁磨损超过 1. 5 mm，必须进行更换处理。

3.2 、螺旋弯管的使用

由于盘面及螺旋弯管存在差别，该细微差别会 对吐丝圈型造成很大影响。因此螺旋弯管更换时， 需根据吐丝盘情况，选择合适安装参数。结合现场 跟踪，螺旋弯管直线段长度及出口端距导流槽距离 等参数对吐丝圈型影响较大。因此，螺栓弯管安装 需选择合适的直线段长度及出口端距导流槽距离， 另外吐丝管定位块焊接位置尤为重要，根据不同吐 丝盘，选择最佳的焊接位置。

3,3 、夹送辊的工艺参数设定

3.3.1、夹送辊辊缝设定

由于夹送辊是夹持轧件，而不使轧件产生塑性 变形，所以其辊缝设定必须使用标准样棒。夹送辊 的辊缝分为两种，第一种是夹送辊在打开时的辊 缝——行程;第二种是夹送辊闭合时的辊缝——闭 口度。行程的设定主要是为了保证轧件的头部能够 顺利进入夹送辊，所以夹送辊的行程与夹送辊的孔 槽尺寸及规格有关。为保证夹送辊对轧件能有效地 夹持，同时考虑夹送辊孔槽的磨损，对于所有轧制 规格，夹送辊的闭口度一般设定为0．5 mm，避免夹 送辊夹持时出现贴辊。因此，根据不同规格，制定最 佳夹送辊最佳辊缝。

3.3.2、夹送辊压力调整

夹送辊压力值有两个设定，即正常压力和尾部 夹持压力。一般情况下后者比前者高0. 02 ～ 0. 08MPa，这是因为当 3 号飞剪前热金属检测器检测到 轧件尾部后，通过夹送辊对轧件尾部需进行升速或 降速控制，所以对轧件尾部的夹持需用较大力矩， 相应的气缸压力也要高一些。大规格的最大夹持压 力可达到0. 4 MPa，但不能高于 0．5 MPa，确保对轧 件充分夹持，但又不能在轧件表面产生明显的压痕， 影响成品质量。

3.3.3、 夹送辊超前率调整

现场跟踪夹送辊应稍超过吐丝机 0．04%，才能 保证吐丝机的稳定工作状态，故夹送辊应超前于精 轧机0．94% ～8．4%为宜。

3.4 、吐丝盘更换及检测

吐丝盘拆卸后需对吐丝机吐丝锥法兰面和定位 孔进行清理。吐丝盘安装时，定位标记必须对中吐 丝机空心轴上的标记，连接螺栓必须按固定位置安 装( 即从哪个位置拆卸的装回哪个位置) ，同时为避 免螺栓、螺母、垫圈磨损对吐丝盘运行影响，需定期 更换。生产运行过程中，每班对吐丝管厚度进行测 量，壁厚低于一定厚度时，需及时更换吐丝管。

3.5、生产过程控制

为避免吐丝盘运行过程中，因高温影响导致螺 旋弯管曲率与吐丝锥头曲率不吻合，影响曲率和吐 丝质量，采用水汽冷却方式对吐丝管进行冷却。水 汽冷却的压缩空气压力 0．2 ～ 0．35 MPa，冷却水流 量按球阀阀门开度 0 ～ 1/2。冷却气压和冷却水流 量可根据现场情况进行调整设置，钢种切换时，根据 吐丝实际情况，调整吐丝机托板最佳角度，确保圈形 稳定。

4 、结语

综上所述，吐丝盘附件及盘面、螺旋弯管安装、 张力、轧制速度及温度是影响吐丝圈型稳定性的主 要因素。但各因素不是独立作用，而是一个相互作 用的过程。因此要提高吐丝质量，提升产品外观形 象，需结合各产线自身工艺特点，经过大量数据分 析，摸索出适合自身产线的各类参数。