超声波测厚仪在吐丝管磨损监测中的应用

　　吐丝机是高线厂生产线上关键设备之一，线材在高速经过吐丝机吐丝成圈过程中，温度达到1000℃左右，而吐丝管作为吐丝机的重要部件，其磨损情况直接影响吐丝圈形的稳定性和产品的外形质量，严重时会造成风冷线或集卷桶堆钢。目前国内同行业中吐丝管的寿命一般在1～2万吨，短的仅6千吨左右。南钢高线厂通过利用超声波测厚仪对在线吐丝管壁厚的监测，逐步找出吐丝管的磨损规律，使得其寿命最高可以达到7万吨以上。在同行中具有较高的知名度，多项指标处于国内领先水平。粘度计| 折射计| 滴定仪| 密度计| 热流计| 浓度计| 折射仪| 采样仪|

 

2.1 吐丝外型结构管介绍

　　吐丝机的作用是将线材通过安装在吐丝盘上的吐丝管，使其受各种力的综合作用下进行塑性变形，线材由直件向盘卷进行转化。吐丝管形状如图1，吐丝管可根据其作用不同可分为三个部分：

　　导入段：将线材顺利导入变形段；

　　变形段：将线材按阿基米德空间螺旋线强制弯曲变形；

　　定形段：对线圈进行整形。

2.2 造成吐丝管磨损原因

　　吐丝管的磨损随着我厂品种结构的调整，高强度、合金钢的产量不断提升；小规格线材轧制速度的提高、产量的增加；部分吐丝管由于加工成形不好、运输不当、安装定位不准等原因造成外形曲线不符合要求。吐丝管上线使用后频繁出现异常磨损现象。由于吐丝管内壁磨损状况不易跟踪，在使用超声波测厚仪之前，主要根据轧制吨位和吐丝圈型状况来更换吐丝管，容易造成对产品质量影响和停机故障。生产Φ5.5、Φ6.5等规格产品时容易出现吐丝不稳、圈型变差，甚至还造成生产过程中出现吐丝管被磨通被迫停机更换的情况。

3 超声波测厚仪

　　超声波测量厚度的原理与光波测量的原理相似，探头发射的超声波脉冲到达被测物体并在物体中传播，到达材料分界面时被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。

超声波测厚仪UTG-1500

超声波测厚仪UTG-2600

超声波测厚仪UTG-2800

　　性能指标：测量范围：1.2～225.0mm

　　　　　　　测量误差：±(1%H+0.1)mmH为被测物实际厚度

　　　　　　　使用温度范围：0-60℃

　　　　　　　精度为：0.1mm

　　新吐丝管壁厚一般在8mm左右，上线使用后通过分段解剖换下的吐丝管，观察内部磨损情况，大致确定管子最薄弱区域在第6和第7个定位卡之间，严重时磨通后发生堵钢事故。通过利用每天早换辊时间对冷却后的在线吐丝管最薄弱区域使用测厚仪检测，并对检测数据进行统计分析，可以看出在一些特定的情况下会加剧吐丝管的磨损。

　　1)吐丝管本体的曲线形状：当新的吐丝管曲线和吐丝盘装配位置差别较大，尤其是变形段的曲线不符合要求时，安装就十分困难，上线使用后吐丝状况不好，甚至会造成吐丝管管壁异常磨损，在生产中就出现一次新吐丝管上线使用一个班次出现吐丝圈型异常，用超声波测厚仪检查壁厚只有1.5mm，更换吐丝管后通过冷坯具发现其外形曲线与标准偏差较大。所以要求吐丝管安装前应先用胎具进行检查，弯曲曲线与吐丝盘安装处贴合较好，吐丝管与吐丝盘安装处间隙小于1.25mm，只有满足要求的吐丝管方可上线使用。

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　　2)吐丝管内部的曲线磨和状况：根据观察，发现吐丝盘更换新吐丝管后，直接上线用于Φ5.5、Φ6.5小规格线材生产；吐丝管管壁会出现异常磨损，通过超声波测厚仪对吐丝管壁厚测量可知，其磨损量为正常生产时磨损量的2～3倍，吐丝管管壁每天磨损量高达0.5mm。然而新吐丝管在生产大规格成品如Φ8、Φ10以后换成小规格成品后，吐丝圈型都比较稳定，吐丝管管壁每天磨损量也比较正常。说明大规格成品对吐丝管的内部曲线有明显的修正作用。所以要求吐丝盘更换新吐丝管后，尽量不要直接上线用于小规格线材生产(Φ6.5以下规格，含Φ6.5)；更换新吐丝管后，吐丝盘必须在生产Φ8mm以上规格(含Φ8mm规格)时上线磨合，上线磨合二天以后才能作为正式的备用盘，高线厂根据实际生产情况，要求必须保持两个备用盘都经过实际生产检验，处于随时可用状态。设备部门通过根据生产计划情况合理地进行吐丝盘更换，基本能保持备用吐丝盘都处在热备用的状况，从而满足各种规格品种的生产需要。

　　3)同一种规格连续轧制：同一种规格连续轧制时间越长对吐丝管管壁磨损越大，尤其是Φ5.5、Φ6.5规格线材，通过超声波测厚仪对吐丝管壁厚测量可知，如果连续轧制吐丝管管壁每天磨损量将比正常情况下增加0.1～0.2mm。因此为延长吐丝管的寿命，要求在生产规格安排上应尽可能避免同种规格长时间连续轧制。

　　4)一些特殊规格、钢种对吐丝管磨损的影响:当生产Φ5.5规格的焊丝钢, Φ6规格螺纹钢吐丝管管壁磨损是最严重。通过超声波测厚仪对吐丝管壁厚测量可知，生产以上两种规格时每天磨损量约为0.5mm，这主要是因为焊丝钢强度较硬、螺纹钢吐丝温度较高，这些外部条件就会造成吐丝管出现异常磨损，针对生产螺纹时吐丝温度高造成吐丝管异常磨损，经过试验临时把尾部吹扫通过旁通改为空气常吹扫，来降低吐丝管内的温度，虽然吐丝管内氧化铁皮会不易吹干净，可以定期用专业工具通一下已确保吐丝圈型稳定。

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　　5)吐丝机的动平衡水平：新管子安装后吐丝盘的平衡状况会变化，不平衡程度越大，越不利于吐丝管的内部曲线的形成，吐丝质量也难以保证，也会造成吐丝管的异常磨损，严重时威胁设备安全导致报警停机。所以每次使用新吐丝管前必须使用专门仪器将动平衡级别调整到允许范围内。

　　随着吐丝管磨损量的增加，内部曲线就会发生变化，吐丝状况也会动态地随其变化。只有通过对吐丝管定期进行检查，做好分规格、分品种对吐丝管的在线生产吨位进行统计，每天检查吐丝管表面有无裂纹并且利用超声波测厚仪对吐丝管的壁厚进行测量，观察、分析其变化情况。由于吐丝管磨损有一个过程，因此保持经常的观察、测量，可以在对生产发生影响之前就安排对吐丝管进行更换。设备部门根据目前吐丝管的使用情况认为一旦超声波测厚仪测得在线使用的吐丝管壁厚最小点在3mm左右时就有必要安排更换，如果检查发现吐丝管有明显的裂纹时则必须安排更换吐丝盘。

　　通过使用超声波测厚仪对吐丝管的监控，了解了不同规格、不同钢种对吐丝管磨损量的大小，通过合理的安排生产计划，增加吐丝管的使用寿命。能够实时地掌握在线使用地吐丝管的厚度，对合理安排更换吐丝管提供依据。从目前情况看吐丝机的吐丝不稳的问题基本得到了解决，半年来非计划更换吐丝管、吐丝乱等故障延误由原来每月十几小时下降到现在每月十几分钟，同时消除了对成品质量连续的影响，高质量的圈型得到了保证，对一些重要的钢种如钢纤维、钢帘线、出口材的圈型有较大的提高。