肖国伟

（天津天铁冶金集团棒线厂，河北涉县056404）

高线吐丝机故障原因分析及控制措施

肖国伟

（天津天铁冶金集团棒线厂，河北涉县056404）

针对高速线材吐丝机常出现的吐大小圈、吐丝甩尾、吐丝机振动大等问题，分析其产生的原因，通过加强吐丝管日常维护、合理控制料型及张力、合理设定吐丝机和夹送辊的参数等措施，提高了设备使用寿命，降低了生产成本，提高了经济效益，保证了轧线的正常生产。

高速线材；吐丝机；故障

1 引言

棒线厂自2009年投产以来，吐丝机出现的故障比较多，主要的故障有吐丝吐大小圈、吐丝甩尾、吐丝机振动大等。吐丝机发生故障不仅会影响线圈圈形的质量，进而影响到后续的集卷和打捆工序，而且严重影响吐丝管、吐丝盘等设备的使用寿命，造成人力、物力的消耗，同时也增加了生产成本，因此分析解决吐丝机故障问题至关重要。

2 吐丝机故障的原因分析

吐丝机是高速线材生产线的重要设备，主要由传动装置、吐丝管、吐丝盘等零部件组成。线材经过精轧机轧制后，通过夹送辊出口导卫、吐丝机入口导管、吐丝机螺旋吐丝管后形成一定直径的线圈，平铺在风冷辊道上。现场常出现的吐丝机故障比较繁多，但主要的故障有吐丝甩尾、吐大小圈、吐丝机振动大。故以下着重对其三方面的故障进行分析，提出解决措施。

2.1 吐丝机吐大小圈的原因分析

吐丝机吐出的正常线圈应该是圈形稳定，间距均匀，保持一定直径的线圈，但现场往往出现吐丝机吐大小圈，即线圈直径大小不一，造成集卷困难，线圈卡在下集卷芯棒上，被迫停止生产，工人采用工具强行将线圈捅下去，造成线圈圈形不佳，甚至影响到产品的表面质量，同时对后续的打捆工序带来了严重的影响。

2.1.1 吐丝管的问题

图1 吐丝管形状图

吐丝管安装在吐丝盘上，是呈空间锥形的螺旋曲线，见图1。该曲线可分为三段：一是直线段，也称导入段，线材在该段不发生塑性变形；二是变形段，线材通过直线段后随着吐丝管的弯曲形状发生纯塑性变形；三是成形段，线材在该段继续发生塑性变形并形成稳定的线圈。根据现场实践证明，吐丝管内壁磨损严重、吐丝管加工质量差、吐丝管安装不当以及吐丝管内壁氧化铁皮堆积等吐丝管问题，都会造成吐丝机吐圈过程不稳定，吐丝吐大小圈，造成圈形质量不佳。具体分析如下：

（1）吐丝管内壁磨损严重。线材与吐丝管内壁在高温、高速的环境下不断地进行剧烈摩擦，造成吐丝管内壁不断磨损，而且线材在吐丝管变形段相对运动产生的惯性力、离心力、摩擦力相对较大，所以该段吐丝管磨损较严重，见图2。当吐丝管内壁磨损较严重时，使线材在吐丝管内的运动轨迹发生变化，使线材运行受阻，破坏吐丝过程的稳定性，形成不规则大小圈，如果不及时更换吐丝管，还会引发严重后果，造成吐丝管壁磨穿，引起堆钢事故发生。

图2 吐丝管内壁磨损图

（2）吐丝管加工质量差和吐丝管安装不当。吐丝管在加工过程中材质选择不当，耐磨性差，在吐丝过程中线材与吐丝管内壁摩擦时，加快吐丝管磨损，容易使线材运行轨迹发生改变，造成吐丝不稳定，形成大小圈；吐丝管在现场安装不当，会使吐丝管的空间曲线和线材运行轨迹发生改变，造成线材在吐丝管内的速度和受力发生改变，破坏了吐丝机的动平衡，不仅使吐丝管的使用寿命大幅度下降，而且影响吐丝机圈形质量。

（3）吐丝管内壁氧化铁皮堆积。吐丝管内氧化铁皮如果不定时清理，会造成吐丝管内氧化铁皮堆积，见图3，线材在吐丝管中被卡阻，破坏了吐丝的稳定性，从而发生大小圈交替现象，严重影响了线圈的圈形质量。

图3 吐丝管内氧化铁皮堆积图

2.1.2 吐丝机超前系数设置不当

吐丝机超前系数的变化对线圈的直径大小和线圈的分布方向有直接的影响，根据不同规格及轧制速度，吐丝机超前系数一般设定范围在2%～ 10%。经现场实践证明，吐丝机超前系数设定过大，会使吐丝机吐出的线圈直径偏小，同时线圈分布方向是顺着吐丝机旋转方向向左偏移；相反，吐丝机超前系数设定过小，会使吐丝机吐出的线圈直径偏大，同时线圈分布方向是顺着吐丝机旋转方向向右偏移。吐丝机超前系数设置不当，造成圈形不佳，甚至影响到集卷筒正常集卷。

2.1.3 夹送辊速度设置不当

夹送辊的夹送方式有对线材全程夹送、头部、尾部夹送，既夹头部又夹尾部，现场采用的是对线材进行尾部夹送。高速小规格轧制时，线材尾部在离开精轧机后轧件尾部由于失张瞬间升速，使尾部离开吐丝机的状态失控，线圈尾部容易产生大圈。相反，低速大规格轧制时，轧制速度低，许多新厂因经验不足，为了保证线材表面质量采用尾部不夹送，导致线材尾部进吐丝机的速度下降，造成尾部线圈直径偏小。轧制不同规格的线材时，根据尾部成圈状况调整夹送辊的速度来控制轧件尾部的速度，从而降低产生大小圈和堆钢事故的几率，保证线圈圈形质量。做好精轧机、夹送辊、吐丝机三者的速度匹配，才能保证吐丝机吐圈稳定，圈形质量佳。

2.1.4 料型控制不当

加热炉加热不均匀引起连铸坯沿长度方向各点温度不均匀、各轧机辊缝值调整不当、各机架间张力控制不合理等，造成轧件沿长度方向各断面的尺寸不同，最终导致轧件精轧出口速度波动，造成吐丝机吐丝不稳定，出现大小圈交替现象。

2.2 吐丝机甩尾的原因分析

甩尾是线材尾部经吐丝机吐出后出现线圈紊乱、不成圈，甩尾幅度随轧制速度提高而加重。吐丝机后专门设有剪头尾岗位，为了保证圈形质量，便于打捆机打捆，剪头尾岗位工需将甩乱的尾部线圈剪掉。甩尾严重时，甩出的线材四处飞溅，严重危及岗位工的安全，因此必须解决吐丝机的甩尾故障。吐丝甩尾的原因很多，经过现场跟踪记录分析，天铁棒线厂吐丝机甩尾的主要原因是夹送辊夹持压力设定和夹送辊辊缝调整不当。

2.2.1 夹送辊夹紧压力太小

夹送辊打开和闭合是通过气缸来控制的，夹紧压力大小通过气缸自带的压力调节阀控制，现场采用的是尾部夹送，夹送辊在轧件尾部脱离7#活套扫描器后即压下，通过夹送辊实现对轧件尾部速度的控制。尾部夹送时夹送辊夹紧压力采用高压，因为轧件尾部脱离精轧机后处于失速状态需要夹送辊采用较大的力矩，才能保证对轧件尾部速度的控制，因此夹紧压力相对高些。夹送辊压力值选取既要保证夹持稳定，又要保证在轧件表面不留压痕，最大夹持力要小于0.5 MPa。夹紧压力值设置太大，超过0.5 MPa，会在轧件表面产生夹痕，甚至造成轧件拉断造成堆钢；夹紧压力值设定太小，夹送辊不能稳定夹持住轧件，接触面产生打滑现象，造成尾部甩尾。现场曾发生过轧制Φ8规格线材时，因夹紧压力值设定太小造成甩尾，被迫停产处理尾部甩尾线圈，严重影响生产。

2.2.2 夹送辊辊缝设置不当

夹送辊的辊缝分为两种：一是夹送辊打开时的辊缝，保证轧件头部顺利通过，夹送辊不与轧件接触，不起夹持作用；二是夹送辊闭合时的辊缝，保证夹送辊对轧件稳定夹持。夹送辊闭合时的辊缝设定非常重要，辊缝设置太小，在轧件尾部会产生夹痕，影响产品表面质量；辊缝太大，起不到夹持作用，引起线圈尾部甩尾，造成线圈尾部紊乱，严重影响后续的集卷和打捆。

2.3 吐丝机振动大的原因分析

吐丝机振动大是现场比较常见的吐丝机故障之一，造成吐丝机振动大的原因比较多，例如轴承损坏、齿轮间隙大以及吐丝盘的质量偏心等。经现场实践证明，现场吐丝机振动大的主要原因是吐丝盘的质量偏心。吐丝管是通过吐丝管夹安装在吐丝盘上，主要是吐丝管磨损、吐丝管夹安装不当以及吐丝管紧固螺栓、螺母不统一等原因造成吐丝盘的质量偏心。

故以下着重对其3方面进行分析：

2.3.1 吐丝管的磨损

由于吐丝管的形状不规则，轧件在吐丝管的变形段相对运动产生的惯性力、离心力、摩擦力最大，故吐丝管在该段磨损最严重，因此吐丝管内磨损是不均匀的。吐丝管磨损严重时如果不及时跟换吐丝管，不仅造成线圈圈形不稳定，还会造成吐丝盘的质量偏心，引起吐丝机振动大。

2.3.2 吐丝管夹安装不当

吐丝管夹共计14个，形状相似，但重量不同，现场由于岗位工没有按规定顺序安装，引起吐丝盘的质量偏心，造成吐丝机振动大。

2.3.3 吐丝管的紧固件不统一

由于现场岗位工对引起吐丝机振动大的原因认知有限，在安装吐丝管时所用的紧固件，没有使用相同规格和材质的螺栓和螺母，各紧固件间存在质量差异，引起吐丝盘的质量偏心，造成吐丝机振值增加。

3 控制措施

3.1 加强吐丝管的日常维护

由于吐丝管的问题引起吐丝机故障时有发生，吐丝管日常维护不好，不仅造成吐丝圈形不佳，而且还会造成吐丝机振动大，严重影响生产，降低设备使用寿命，因此加强吐丝管的日常维护迫在眉睫，故现场提出了控制措施。

因吐丝管磨损严重引起吐丝机故障发生是现场最常见的，为此，现场制定了相应的解决措施，制定吐丝管最大过钢量，根据观察分析日常吐丝管使用情况，制定了不同规格吐丝管的最大过钢量。生产Φ8以上的大规格线材时，一根新吐丝管的最大过钢量在4.5万t左右；生产Φ6.5及其以下小规格线材时，由于轧制速度快，直径小，造成吐丝管磨损加重，因此轧制小规格时一根新吐丝管的最大过钢量在3.5万t左右；混合生产大规格和小规格线材时，一根新的吐丝管先生产大规格线材2万t左右后可以用于生产小规格线材近2万t，累计吐丝管的最大过钢量为4万t左右，原因是大规格线材吐丝管内的运行轨迹相对较大，小规格线材在该吐丝管内沿大规格线材的运行轨迹运行时，磨损较均匀而且运行轨迹不固定，提高了吐丝管的使用寿命，降低了吐丝管的消耗。吐丝管达到所规定的过钢量后，及时更换新的吐丝管，保证吐丝稳定，减少吐大小圈、振动大等故障发生。

针对吐丝管内壁氧化铁皮堆积问题，要求岗位工利用停机检修时间，定期用钢丝绳对吐丝管内堆积的氧化铁皮进行清理，保证圈形质量。

吐丝管更换新厂家时，要求岗位工在保证吐丝管位置安装正确的前提下，密切跟踪记录吐丝管的使用情况，如发现吐丝管材质不好，耐磨性差，立即更换厂家，保证吐丝管质量。

根据现场跟踪发现，常发生由于岗位工操作不当，没有按规定安装吐丝管夹以及吐丝管紧固件，从而造成吐丝机振动大。为了杜绝此类事故再次发生，根据现场需求，车间对各岗位工进行了现场实地培训，例如更换吐丝管时要求把拆卸下来的吐丝管夹按顺序排列好，方便安装时不会弄混；安装吐丝管所用的螺栓、螺母采用同厂家同规格的，保证紧固件的重量相同等，避免了因个人坏习惯而造成的事故隐患。

经过一段时间的实践证明，取得了非常好的效果，现场由于吐丝管的问题引起吐丝机故障发生的几率大幅度下降，所以加强吐丝管的日常维护是很有必要的，既保证了生产的正常运行，也提高了设备的使用寿命。

3.2 轧件料型和张力的合理控制

为了避免因张力和料型设定不合理造成轧件沿长度方向各断面尺寸大小不同，最终导致精轧出口速度产生波动，造成精轧机、夹送辊和吐丝机三者速度不匹配，影响吐丝质量，现场制定了相应的整改措施。

保证加热炉空煤比为0.6～0.8，连铸坯在加热炉内加热到要求的温度后，保温10～15 min，方可出炉轧制，在轧制过程中要密切检查连铸坯的温度是否均匀。

岗位工要按标准调整辊缝值，保证料型符合要求，其中粗中轧料型尺寸偏差±1 mm以内；预精轧料型尺寸偏差±0.5 mm以内；精轧料型尺寸偏差要求±0.2 mm以内。由于轧辊和辊环经一段轧制时间后，辊缝会出现或多或少的变大，要求岗位工每隔1 h检查粗中轧料型尺寸并记录，根据尺寸波动情况及时调整料型。

张力控制不合理，表现在成品直径断面尺寸和不圆度不符合标准，测量记录成品线材沿长度方向不同位置的断面尺寸和不圆度数据并进行比较，根据数据波动范围及时调整张力。

3.3 合理设定夹送辊和吐丝机的参数

夹送辊和吐丝机的工艺参数设定得当与否直接影响到吐丝机吐丝的稳定性，为了保证圈形稳定，现场制定了相应的控制措施。

根据现场试轧经验，制定了与现场实际情况相匹配的不同规格的轧制程序表，保证精轧机、夹送辊和吐丝机三者速度匹配，参照轧制程序表合理设定吐丝机超前系数和夹送辊速度，具体设定见表1。天铁棒线厂采用的是尾部夹送，轧制大规格线材时，为了避免尾部吐小圈，当线材尾部离开精轧机后，夹送辊采用尾部增速夹送；轧制小规格线材时，为了避免尾部几圈出现大圈，当线材尾部离开精轧机后，夹送辊采用尾部降速夹送。

表1 不同规格的夹送辊和吐丝机参数设定表

轧制新规格线材前，现场通过观察样棒在夹送辊夹持状态下的松紧程度和表面质量来调整夹送辊的辊缝和夹持力，辊缝调整以抽送样棒时夹送辊轻松转动为宜，夹送辊夹紧力设定以样棒夹持稳定在表面不会留有夹痕为宜，因现场采用的是尾部夹送，尾部夹送高压设定为0.4 MPa。经过对吐丝机和夹送辊的工艺参数的优化，产生了非常好的效果，根据现场跟踪记录分析，先前因吐丝机超前系数、夹送辊速度、辊缝以及夹持力等工艺参数设定不当造成的吐丝机吐大小圈和吐丝甩尾等故障已经得到了很好的控制。

4 产生的效果

通过分析近2年的现场数据得知，吐丝机的故障率明显降低，成材率显著提高。根据2012年产量数据显示，以生产线材5万t为例，2012年平均每生产5万t线材，因吐丝机故障产生废材100 t，采取相应措施后，圈形质量明显提高，据2014年产量数据记载，平均每生产5万t线材，因吐丝机故障产生的废材为20 t，之后废材量逐年减少，大幅度提高成材率的同时，有效地降低了成本及工人的劳动强度。

5 结束语

通过加强吐丝管的日常维护和合理设定夹送辊和吐丝机的参数等一系列控制措施，大幅度降低了吐大小圈、吐丝甩尾以及吐丝机振动大等故障产生的几率，保证了线材圈形质量，提高了吐丝机使用寿命，提高了经济效益。

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

肖国伟（1982—），男，本科，工程师，主要从事设备管理工作。