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超聲波測(cè)厚儀在吐絲管磨損監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
1 前言
吐絲機(jī)是高線廠生產(chǎn)線上關(guān)鍵設(shè)備之一，線材在高速經(jīng)過(guò)吐絲機(jī)吐絲成圈過(guò)程中，溫度達(dá)到1000℃左右，而吐絲管作為吐絲機(jī)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(yán)重時(shí)會(huì)造成風(fēng)冷線或集卷桶堆鋼。目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)中吐絲管的壽命一般在1～2萬(wàn)噸，短的僅6千噸左右。南鋼高線廠通過(guò)利用超聲波測(cè)厚儀對(duì)在線吐絲管壁厚的監(jiān)測(cè)，逐步找出吐絲管的磨損規(guī)律，使得其壽命zui高可以達(dá)到7萬(wàn)噸以上。在同行中具有較高的度，多項(xiàng)指標(biāo)處于國(guó)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(jī)的作用是將線材通過(guò)安裝在吐絲盤(pán)上的吐絲管，使其受各種力的綜合作用下進(jìn)行塑性變形，線材由直件向盤(pán)卷進(jìn)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(gè)部分：
導(dǎo)入段：將線材順利導(dǎo)入變形段；
變形段：將線材按阿基米德空間螺旋線強(qiáng)制彎曲變形；
定形段：對(duì)線圈進(jìn)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(qiáng)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(yùn)輸不當(dāng)、安裝定位不準(zhǔn)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(cè)厚儀之前，主要根據(jù)軋制噸位和吐絲圈型狀況來(lái)更換吐絲管，容易造成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響和停機(jī)故障。生產(chǎn)Φ5.5、Φ6.5等規(guī)格產(chǎn)品時(shí)容易出現(xiàn)吐絲不穩(wěn)、圈型變差，甚至還造成生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)吐絲管被磨通被迫停機(jī)更換的情況。
3 超聲波測(cè)厚儀
超聲波測(cè)量厚度的原理與光波測(cè)量的原理相似，探頭發(fā)射的超聲波脈沖到達(dá)被測(cè)物體并在物體中傳播，到達(dá)材料分界面時(shí)被反射回探頭，通過(guò)測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。
性能指標(biāo)：測(cè)量范圍：1.2～225.0mm
測(cè)量誤差：±（1%H+0.1）mmH為被測(cè)物實(shí)際厚度
使用溫度范圍：0-60℃
精度為：0.1mm
4 利用超聲波測(cè)厚儀對(duì)在線吐絲管管壁磨損進(jìn)行監(jiān)控
新吐絲管壁厚一般在8mm左右，上線使用后通過(guò)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(gè)定位卡之間，嚴(yán)重時(shí)磨通后發(fā)生堵鋼事故。通過(guò)利用每天早換輥時(shí)間對(duì)冷卻后的在線吐絲管zui薄弱區(qū)域使用測(cè)厚儀檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出在一些特定的情況下會(huì)加劇吐絲管的磨損。
1）吐絲管本體的曲線形狀：當(dāng)新的吐絲管曲線和吐絲盤(pán)裝配位置差別較大，尤其是變形段的曲線不符合要求時(shí)，安裝就十分困難，上線使用后吐絲狀況不好，甚至?xí)斐赏陆z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(gè)班次出現(xiàn)吐絲圈型異常，用超聲波測(cè)厚儀檢查壁厚只有1.5mm，更換吐絲管后通過(guò)冷坯具發(fā)現(xiàn)其外形曲線與標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。所以要求吐絲管安裝前應(yīng)先用胎具進(jìn)行檢查，彎曲曲線與吐絲盤(pán)安裝處貼合較好，吐絲管與吐絲盤(pán)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(pán)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(huì)出現(xiàn)異常磨損，通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)吐絲管壁厚測(cè)量可知，其磨損量為正常生產(chǎn)時(shí)磨損量的2～3倍，吐絲管管壁每天磨損量高達(dá)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(shuō)明大規(guī)格成品對(duì)吐絲管的內(nèi)部曲線有明顯的修正作用。所以要求吐絲盤(pán)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(pán)必須在生產(chǎn)Φ8mm以上規(guī)格（含Φ8mm規(guī)格）時(shí)上線磨合，上線磨合二天以后才能作為正式的備用盤(pán)，高線廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，要求必須保持兩個(gè)備用盤(pán)都經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，處于隨時(shí)可用狀態(tài)。設(shè)備部門(mén)通過(guò)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃情況合理地進(jìn)行吐絲盤(pán)更換，基本能保持備用吐絲盤(pán)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(shí)間越長(zhǎng)對(duì)吐絲管管壁磨損越大，尤其是Φ5.5、Φ6.5規(guī)格線材，通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)吐絲管壁厚測(cè)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(zhǎng)吐絲管的壽命，要求在生產(chǎn)規(guī)格安排上應(yīng)盡可能避免同種規(guī)格長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)軋制。
4）一些特殊規(guī)格、鋼種對(duì)吐絲管磨損的影響:當(dāng)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(yán)重。通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)吐絲管壁厚測(cè)量可知，生產(chǎn)以上兩種規(guī)格時(shí)每天磨損量約為0.5mm，這主要是因?yàn)楹附z鋼強(qiáng)度較硬、螺紋鋼吐絲溫度較高，這些外部條件就會(huì)造成吐絲管出現(xiàn)異常磨損，針對(duì)生產(chǎn)螺紋時(shí)吐絲溫度高造成吐絲管異常磨損，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)臨時(shí)把尾部吹掃通過(guò)旁通改為空氣常吹掃，來(lái)降低吐絲管內(nèi)的溫度，雖然吐絲管內(nèi)氧化鐵皮會(huì)不易吹干凈，可以定期用專(zhuān)業(yè)工具通一下已確保吐絲圈型穩(wěn)定。
5）吐絲機(jī)的動(dòng)平衡水平：新管子安裝后吐絲盤(pán)的平衡狀況會(huì)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(huì)造成吐絲管的異常磨損，嚴(yán)重時(shí)威脅設(shè)備安全導(dǎo)致報(bào)警停機(jī)。所以每次使用新吐絲管前必須使用專(zhuān)門(mén)儀器將動(dòng)平衡級(jí)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(huì)發(fā)生變化，吐絲狀況也會(huì)動(dòng)態(tài)地隨其變化。只有通過(guò)對(duì)吐絲管定期進(jìn)行檢查，做好分規(guī)格、分品種對(duì)吐絲管的在線生產(chǎn)噸位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每天檢查吐絲管表面有無(wú)裂紋并且利用超聲波測(cè)厚儀對(duì)吐絲管的壁厚進(jìn)行測(cè)量，觀察、分析其變化情況。由于吐絲管磨損有一個(gè)過(guò)程，因此保持經(jīng)常的觀察、測(cè)量，可以在對(duì)生產(chǎn)發(fā)生影響之前就安排對(duì)吐絲管進(jìn)行更換。設(shè)備部門(mén)根據(jù)目前吐絲管的使用情況認(rèn)為一旦超聲波測(cè)厚儀測(cè)得在線使用的吐絲管壁厚zui小點(diǎn)在3mm左右時(shí)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(shí)則必須安排更換吐絲盤(pán)。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)使用超聲波測(cè)厚儀對(duì)吐絲管的監(jiān)控，了解了不同規(guī)格、不同鋼種對(duì)吐絲管磨損量的大小，通過(guò)合理的安排生產(chǎn)計(jì)劃，增加吐絲管的使用壽命。能夠?qū)崟r(shí)地掌握在線使用地吐絲管的厚度，對(duì)合理安排更換吐絲管提供依據(jù)。從目前情況看吐絲機(jī)的吐絲不穩(wěn)的問(wèn)題基本得到了解決，半年來(lái)非計(jì)劃更換吐絲管、吐絲亂等故障延誤由原來(lái)每月十幾小時(shí)下降到現(xiàn)在每月十幾分鐘，同時(shí)消除了對(duì)成品質(zhì)量連續(xù)的影響，高質(zhì)量的圈型得到了保證，對(duì)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。