超聲波測厚儀在吐絲管磨損監(jiān)測中的應用

1 前言

　　吐絲機是高線廠生產(chǎn)線上關(guān)鍵設備之一，線材在高速經(jīng)過吐絲機吐絲成圈過程中，溫度達到1000℃左右，而吐絲管作為吐絲機的重要部件，其磨損情況直接影響吐絲圈形的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的外形質(zhì)量，嚴重時會造成風冷線或集卷桶堆鋼。目前國內(nèi)同行業(yè)中吐絲管的壽命一般在1～2萬噸，短的僅6千噸左右。南鋼高線廠通過利用超聲波測厚儀對在線吐絲管壁厚的監(jiān)測，逐步找出吐絲管的磨損規(guī)律，使得其壽命zui高可以達到7萬噸以上。在同行中具有較高的度，多項指標處于國內(nèi)水平。

 
2 吐絲管磨損情況
 
2.1 吐絲外型結(jié)構(gòu)管介紹
　　吐絲機的作用是將線材通過安裝在吐絲盤上的吐絲管，使其受各種力的綜合作用下進行塑性變形，線材由直件向盤卷進行轉(zhuǎn)化。吐絲管形狀如圖1，吐絲管可根據(jù)其作用不同可分為三個部分：
　　導入段：將線材順利導入變形段；
　　變形段：將線材按阿基米德空間螺旋線強制彎曲變形；
　　定形段：對線圈進行整形。

2.2 造成吐絲管磨損原因
　　吐絲管的磨損隨著我廠品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高強度、合金鋼的產(chǎn)量不斷提升；小規(guī)格線材軋制速度的提高、產(chǎn)量的增加；部分吐絲管由于加工成形不好、運輸不當、安裝定位不準等原因造成外形曲線不符合要求。吐絲管上線使用后頻繁出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象。由于吐絲管內(nèi)壁磨損狀況不易跟蹤，在使用超聲波測厚儀之前，主要根據(jù)軋制噸位和吐絲圈型狀況來更換吐絲管，容易造成對產(chǎn)品質(zhì)量影響和停機故障。生產(chǎn)Φ5.5、Φ6.5等規(guī)格產(chǎn)品時容易出現(xiàn)吐絲不穩(wěn)、圈型變差，甚至還造成生產(chǎn)過程中出現(xiàn)吐絲管被磨通被迫停機更換的情況。

3 超聲波測厚儀

　　超聲波測量厚度的原理與光波測量的原理相似，探頭發(fā)射的超聲波脈沖到達被測物體并在物體中傳播，到達材料分界面時被反射回探頭，通過測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。
　　性能指標：測量范圍：1.2～225.0mm
　　　　　　　測量誤差：±（1%H+0.1）mmH為被測物實際厚度
　　　　　　　使用溫度范圍：0-60℃
　　　　　　　精度為：0.1mm

 
4 利用超聲波測厚儀對在線吐絲管管壁磨損進行監(jiān)控

　　新吐絲管壁厚一般在8mm左右，上線使用后通過分段解剖換下的吐絲管，觀察內(nèi)部磨損情況，大致確定管子zui薄弱區(qū)域在第6和第7個定位卡之間，嚴重時磨通后發(fā)生堵鋼事故。通過利用每天早換輥時間對冷卻后的在線吐絲管zui薄弱區(qū)域使用測厚儀檢測，并對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可以看出在一些特定的情況下會加劇吐絲管的磨損。
　　1）吐絲管本體的曲線形狀：當新的吐絲管曲線和吐絲盤裝配位置差別較大，尤其是變形段的曲線不符合要求時，安裝就十分困難，上線使用后吐絲狀況不好，甚至會造成吐絲管管壁異常磨損，在生產(chǎn)中就出現(xiàn)一次新吐絲管上線使用一個班次出現(xiàn)吐絲圈型異常，用超聲波測厚儀檢查壁厚只有1.5mm，更換吐絲管后通過冷坯具發(fā)現(xiàn)其外形曲線與標準偏差較大。所以要求吐絲管安裝前應先用胎具進行檢查，彎曲曲線與吐絲盤安裝處貼合較好，吐絲管與吐絲盤安裝處間隙小于1.25mm，只有滿足要求的吐絲管方可上線使用。
　　2）吐絲管內(nèi)部的曲線磨和狀況：根據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)吐絲盤更換新吐絲管后，直接上線用于Φ5.5、Φ6.5小規(guī)格線材生產(chǎn)；吐絲管管壁會出現(xiàn)異常磨損，通過超聲波測厚儀對吐絲管壁厚測量可知，其磨損量為正常生產(chǎn)時磨損量的2～3倍，吐絲管管壁每天磨損量高達0.5mm。然而新吐絲管在生產(chǎn)大規(guī)格成品如Φ8、Φ10以后換成小規(guī)格成品后，吐絲圈型都比較穩(wěn)定，吐絲管管壁每天磨損量也比較正常。說明大規(guī)格成品對吐絲管的內(nèi)部曲線有明顯的修正作用。所以要求吐絲盤更換新吐絲管后，盡量不要直接上線用于小規(guī)格線材生產(chǎn)（Φ6.5以下規(guī)格，含Φ6.5）；更換新吐絲管后，吐絲盤必須在生產(chǎn)Φ8mm以上規(guī)格（含Φ8mm規(guī)格）時上線磨合，上線磨合二天以后才能作為正式的備用盤，高線廠根據(jù)實際生產(chǎn)情況，要求必須保持兩個備用盤都經(jīng)過實際生產(chǎn)檢驗，處于隨時可用狀態(tài)。設備部門通過根據(jù)生產(chǎn)計劃情況合理地進行吐絲盤更換，基本能保持備用吐絲盤都處在熱備用的狀況，從而滿足各種規(guī)格品種的生產(chǎn)需要。
　　3）同一種規(guī)格連續(xù)軋制：同一種規(guī)格連續(xù)軋制時間越長對吐絲管管壁磨損越大，尤其是Φ5.5、Φ6.5規(guī)格線材，通過超聲波測厚儀對吐絲管壁厚測量可知，如果連續(xù)軋制吐絲管管壁每天磨損量將比正常情況下增加0.1～0.2mm。因此為延長吐絲管的壽命，要求在生產(chǎn)規(guī)格安排上應盡可能避免同種規(guī)格長時間連續(xù)軋制。
　　4）一些特殊規(guī)格、鋼種對吐絲管磨損的影響:當生產(chǎn)Φ5.5規(guī)格的焊絲鋼, Φ6規(guī)格螺紋鋼吐絲管管壁磨損是zui嚴重。通過超聲波測厚儀對吐絲管壁厚測量可知，生產(chǎn)以上兩種規(guī)格時每天磨損量約為0.5mm，這主要是因為焊絲鋼強度較硬、螺紋鋼吐絲溫度較高，這些外部條件就會造成吐絲管出現(xiàn)異常磨損，針對生產(chǎn)螺紋時吐絲溫度高造成吐絲管異常磨損，經(jīng)過試驗臨時把尾部吹掃通過旁通改為空氣常吹掃，來降低吐絲管內(nèi)的溫度，雖然吐絲管內(nèi)氧化鐵皮會不易吹干凈，可以定期用專業(yè)工具通一下已確保吐絲圈型穩(wěn)定。
　　5）吐絲機的動平衡水平：新管子安裝后吐絲盤的平衡狀況會變化，不平衡程度越大，越不利于吐絲管的內(nèi)部曲線的形成，吐絲質(zhì)量也難以保證，也會造成吐絲管的異常磨損，嚴重時威脅設備安全導致報警停機。所以每次使用新吐絲管前必須使用專門儀器將動平衡級別調(diào)整到允許范圍內(nèi)。
　　隨著吐絲管磨損量的增加，內(nèi)部曲線就會發(fā)生變化，吐絲狀況也會動態(tài)地隨其變化。只有通過對吐絲管定期進行檢查，做好分規(guī)格、分品種對吐絲管的在線生產(chǎn)噸位進行統(tǒng)計，每天檢查吐絲管表面有無裂紋并且利用超聲波測厚儀對吐絲管的壁厚進行測量，觀察、分析其變化情況。由于吐絲管磨損有一個過程，因此保持經(jīng)常的觀察、測量，可以在對生產(chǎn)發(fā)生影響之前就安排對吐絲管進行更換。設備部門根據(jù)目前吐絲管的使用情況認為一旦超聲波測厚儀測得在線使用的吐絲管壁厚zui小點在3mm左右時就有必要安排更換，如果檢查發(fā)現(xiàn)吐絲管有明顯的裂紋時則必須安排更換吐絲盤。

 
5 結(jié)束語

　　通過使用超聲波測厚儀對吐絲管的監(jiān)控，了解了不同規(guī)格、不同鋼種對吐絲管磨損量的大小，通過合理的安排生產(chǎn)計劃，增加吐絲管的使用壽命。能夠?qū)崟r地掌握在線使用地吐絲管的厚度，對合理安排更換吐絲管提供依據(jù)。從目前情況看吐絲機的吐絲不穩(wěn)的問題基本得到了解決，半年來非計劃更換吐絲管、吐絲亂等故障延誤由原來每月十幾小時下降到現(xiàn)在每月十幾分鐘，同時消除了對成品質(zhì)量連續(xù)的影響，高質(zhì)量的圈型得到了保證，對一些重要的鋼種如鋼纖維、鋼簾線、出口材的圈型有較大的提高。