φ8.0mm盘螺尾部吐丝失控的原因及处理

φ8.0mm盘螺尾部吐丝失控的原因及处理

甘超军

广西柳州钢铁集团公司广西柳州545002

摘要：针对柳钢高线φ8.0mm盘螺频繁出现尾部吐丝乱圈、圈形失控、严重影响轧制节奏的问题，进行了理论和实践两方面的分析。根据现场实际工况从工艺、设备等方面进行逐一排查，最终找出φ8.0mm盘螺尾部吐丝频繁乱圈的产生原因，并给出了解决问题的方案。

关键词：尾部吐丝；圈形失控；解决方案

1概述

柳钢高线自2016年10月开始生产抗震盘螺，尤其是2017年3月后φ8.0mm规格盘螺降低吐丝温度后频繁出现尾部吐丝乱圈、圈形失控、极不规则的现象。该现象的主要特征是：尾部吐丝后倒数第12或13圈呈椭圆形、而且此圈形大小与前后圈形存在着明显差别；尾部圈形小且椭圆在上集卷落圈很困难，需要人工干预才能落料集卷(见图1、图2)。现场生产时出现尾部吐丝小圈的情况毫无征兆，往往之前都是正常轧制正常集卷，在任何参数都没有改变的情况下，突然出现一根或两根尾部吐丝小圈的情况，待处理完集卷故障后又恢复正常轧制正常集卷。

（图1）（图2）

尾部小圈现象的频繁出现，使现场操作人员的精神高度紧张，处理集卷、废卷的劳动强度大大增加。为了减少尾部小圈造成的损失，现场一旦发现尾部小圈，轧钢操作工立即人为停止STM风冷线辊道处理故障、这样产生非正常工艺生产的“爬行钢”需判废，或人为启动1#和2#飞剪碎断轧机区域轧件，严重的影响了生产节奏，增加了废品率和故障处理时间，成为限制产能发挥的瓶颈。

2原因分析

φ8.0mm规格盘螺尾部圈形不规整，通过观察基本上出现在尾部倒数第12圈或13圈，圈形呈椭圆形，盘卷倒数第1圈到盘卷倒数12或13圈直线长度大概在39.60-42.90米。通过查阅图纸可知精轧机28#架到3#夹送辊直线距离42.56米，由此可知φ8.0mm规格盘螺尾部倒数第12圈或13圈出现不规整小圈是由于轧件尾部在螺纹成品孔脱槽瞬间受到横肋槽切割附加拉力造成的。

横肋是成品前孔的椭圆轧件进入成品孔的基圆时，金属受挤压而形成的，当轧件脱槽时凸起的横肋往往受到横肋槽的切割，就会有一个拉力附加到轧件上，从而影响轧件顺利脱槽。

φ8.0mm规格盘螺轧制时3#夹送辊使用全夹模式、尾部使用尾部减速模式，轧件尾部脱槽瞬间受到阻力F1包括螺纹成品孔槽的附加拉力、精轧后水箱的冷却水阻力和喷嘴导槽摩擦阻力、以及夹送辊环对轧件摩擦阻力，这三个阻力之和大于夹送辊给轧件向前的输送力F2就会影响轧件吐丝圈形，造成尾部圈形不规整（见图3）。

图3夹送辊受力分析图

3原因排查

对于φ8.0mm规格盘螺尾部圈形不规整的问题，要从工艺、设备两方面进行全面排查：

3.1工艺方面

一、控冷参数

2016年10月开始生产抗震盘螺后，控轧控冷工艺参数经过几次优化调整在2017年3月后基本上稳定了，产品力学性能已完全满足要求。前后工艺对比：（见表1）

表1控轧控冷工艺参数对比

由表1的控轧控冷工艺参数可知抗震盘螺的进精轧温度和吐丝温度降低了50-80℃，尤其是盘螺进精轧温度降低了50℃、加上精轧机间水冷，盘螺终轧温度降低了70-80℃，轧件在精轧机内低温轧制加剧螺纹成品孔磨损，降低了成品使用寿命。因此必须改进螺纹成品提高轧制量。

二、螺纹成品孔

盘螺成品辊环一般使用牌号为YG55、硬度HRC80.0硬质合金辊环，硬度太高的辊环加工螺纹成品孔难度大、月牙槽难加工，而且容易崩孔。因此利用现有材质的辊环加工螺纹成品孔，要提高孔槽轧制量必须加大加深月牙槽:（见表2）

在螺纹横肋斜角α、横肋与轴线夹角β不变前提下，加大加深螺纹月牙槽可以有效提高轧制量。

改进后的螺纹成品孔出现新的问题：φ8.0mm规格盘螺精轧机每次改轧、大换或小换后随着料型和张力恢复，螺纹月牙槽充满度提高，频繁出现盘螺尾部圈形不规整、尾部倒数第12或13圈呈椭圆形，容易出现集卷故障，基本上发生在轧制量1000吨以内；轧制量1000吨以上螺纹月牙槽磨损变浅，没有出现盘螺尾部圈形异常现象。

原因分析：见图4、图5[1]。

图4横肋斜角受力分析图

由图4可知：

横肋底宽B=b+2h.ctanα，在横肋顶宽b和横肋斜角α不变前提下，增大横肋深度h，横肋底宽B变大，横肋充满度良好，孔槽轧制量高。

横肋最高处的垂直横截面积F=bh+h2.ctanα,在横肋顶宽b和横肋斜角α不变前提下，增大横肋深度h,垂直横截面积F增大，轧件受到阻力会随着增大。

作用在横肋侧面上的正压力的速度V1=Vsinα,横肋斜角α变小V1减小，轧件受到阻力会随着减小。

图5横肋与轴线夹角受力分析图

由图5可知：作用在横肋侧面上的正压力的速度V2=Vsinβ,横肋与轴线夹角β变小V2减小,轧件受到阻力会随着减小。

对比验证：

验证一，重新使用横肋高度1.1mm的螺纹成品孔，相同的轧制工艺参数下一直没有出现盘螺尾部圈形异常现象，说明横肋高度变小、在横肋顶宽不变的前提下横肋底宽变小，轧件容易脱槽，但是螺纹成品孔轧制量会降低。

验证二，使用横肋高度1.3mm的螺纹成品孔，出现盘螺尾部圈形异常现象时通过改变精轧后水箱尾部不冷段，不冷段由0.0米增加到40.0-50.0米，也同样可以消除盘螺尾部圈形异常现象，说明增加水箱尾部不冷段长度可以减轻冷却水对轧件横肋阻力、轧件更加容易脱槽，但是这样会增加成品修剪量影响成材率。

3.2设备方面

通过轧件在3#夹送辊受力分析可知夹送辊给轧件向前的输送力F2大于等于轧件所受阻力F1就能够保证轧件正常吐丝，当其它条件不变的前提下增大夹持力N、即增加正压力达到增大摩擦力，夹送辊给轧件向前的输送力F2会增大，有利于轧件脱槽。

对比验证：

通过增加夹送辊夹持力可以消除轧件尾部圈形异常现象，但是由于夹送辊电机功率185KW、额定电流340A，增大夹送辊夹持力会造成电机超负荷运转损坏设备；夹送辊气缸的气源来自动力管道，无法保证稳定的高压力。

4、解决措施

4.1改进螺纹成品孔

良好的螺纹成品孔设计既能保证孔型具有高轧制量、又能保证轧件尾部顺利脱槽。由图4和图5分析可知，增大横肋深度h、横肋顶宽b和横肋底宽B可以提高孔槽轧制量，减小横肋斜角α和横肋与轴线夹角β可以减小轧件阻力，轧件容易脱槽。但是由于考虑螺纹孔槽加工难易程度，一般不改变横肋顶宽b和横肋斜角α，可以增大横肋深度h和减小横肋与轴线夹角β，这样就可以达到目的。

4.2稳定3#夹送辊夹持力

改造夹送辊气缸的气源，由动力管道气源改造为空气压缩机+储气罐模式，最大压力6.5bar，稳定压力4.3-4.8bar，具有高压、稳定的特点，完全适应了轧制需要。

5、结束语

良好的螺纹成品孔设计既能保证孔型具有高轧制量、又能保证轧件尾部顺利脱槽；稳定、高压的送辊气缸气源能够给轧件提供良好的夹持力，这两者是保证盘螺尾部圈形正常的主要因素。

今后随着高线生产超细晶粒盘螺，吐丝温度会大幅度降低至720-780℃，加大精轧后水箱控冷能力使轧件吐丝温度降低，轧件受到更大的阻力，螺纹成品孔受到标准限制无法有更大的改进，只能增大夹送辊夹持力，可以考虑在精轧机后水箱之间增加1-2个夹送辊，提升轧件夹持力，从而能够保证轧件顺利吐丝成圈。

参考文献

1、郁荣华、马正洪.盘卷带肋钢筋成品孔横肋α、β角的优选.轧钢，2013，30（5）。