CN110842037B - 一种内嵌型吐丝管及内嵌型吐丝管内管规格选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌型吐丝管及内嵌型吐丝管内管材料选取方法，包括外管，所述外管具有直线导入段、弯曲变形段和稳定段，还包括由耐磨材料制成的内管，所述内管为直管，其轴向尺寸小于外管的轴向尺寸，所述内管从外管的直线导入段插入外管中，两者于入口端固定；所述外管由热稳定材料制成。本发明的内嵌型吐丝管能将整根高耐磨材料制成的管道应用于传统吐丝管中，解决吐丝管局部易磨穿的问题，延长吐丝管的使用寿命，提高生产量。

Description

一种内嵌型吐丝管及内嵌型吐丝管内管规格选取方法

技术领域

本发明涉及吐丝管技术领域，特别涉及一种内嵌型吐丝管及内嵌型吐丝管内管规格选取方法。

背景技术

吐丝机是高速线材精轧机生产线上的关键设备，位于精轧机后控冷却线的水冷段与散卷运输机之间。而吐丝管作为吐丝机最重要的部件之一，线材在由夹送棍和吐丝机引起的推动力、相对惯性力、摩擦力、正压力等综合作用下，改直线运动为螺旋运动，形成直径大约为Ф1080mm的稳定线圈从吐丝管吐出。

《中国工程科学》期刊2006年第8卷第11期中刊登的名称为《高速线材吐丝机吐丝管空间曲线研究和改进》的论文中记载了吐丝管工作时，线材在吐丝管内向前运动，由于受到吐丝管壁向后的摩擦阻力，某微段线材总是受其前后相邻部分的推拉作用，故线材有一定的“轴向力”，并且总是沿线材中心线方向；同时还记载了吐丝管中线材相对速度变化趋势图、吐丝管内壁所受压力分布图 (如图3所示)和吐丝管内壁所受摩擦力分布图(如图4所示)。

经过研究分析，线材在进入吐丝管入口后所受的急剧增大，摩擦力最大的位置在距离吐丝管入口500mm左右，该位置为吐丝管的变形起始段，线材在此位置与吐丝管壁接触面积有限，由于长时间磨损，该处必然首先磨穿。后经解刨发现，磨损超过壁厚80％的位置长度只占材料总长的5％。

目前，业内已经普遍认可的：通过增加吐丝管壁厚，径向上将线材限制在较小的空间内，能够提高线材轧制速度，提高过钢量。

公告号为CN100333848C的专利文献公开了一种套管形式，加厚了吐丝管入口段的材料厚度，即缩小了吐丝管入口段的内径。但在实际生产中，这种套管形式的吐丝管在磨损严重位置会形成更深的沟壑导致乱丝，此种吐丝管的寿命对比单层吐丝管提升较小，经试验证明至多提升30％便因乱丝导致提前下线。

现阶段吐丝管均使用热稳定材料制作，例如锅炉管、双相不锈钢等，但是其耐磨性能并不优秀，例如使用10CrMo918材料制作的吐丝管专轧小规格线材时，过钢量不超过3千吨，需要每天更换。双相不锈钢吐丝管一周左右过钢量 1.5万吨，但是由于其高昂的售价尚未得到市场认可。

高速钢、沉淀硬化不锈钢等耐磨材料的自身强度都很高，无法锻造成吐丝管这样的连续弯曲管道。公告号为CN206199882U的专利文献公开了一种高速线材生产线吐丝机吐丝管结构，该吐丝管结构也采用套管形式，不同点在于其内管由多节长度不超过4cm的球墨铸铁内圈组成。球墨铸铁具备吐丝管所需的高耐磨性，但多节结构的内管在弯制后会形成一道道的切向沟槽，线材在该内管中走线时会直接卡顿导致乱丝，并且切向沟槽还会划伤线材，直接影响线材的品质。所以分节内管在实际应用中是根本行不通的。

如何延长吐丝管寿命，增加吐丝管的过钢量仍是生产型企业急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的一在于提供一种内嵌型吐丝管，它能将整根高耐磨材料制成的管道应用于传统吐丝管中，解决吐丝管局部易磨穿的问题，延长吐丝管的使用寿命，提高生产量。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种内嵌型吐丝管，包括外管，所述外管具有直线导入段、弯曲变形段和稳定段，还包括由耐磨材料制成的内管，所述内管为直管，其轴向尺寸小于外管的轴向尺寸，所述内管从外管的直线导入段插入外管中，两者于入口端固定；所述外管由热稳定材料制成。

通过采用上述技术方案，内管从外管直线导入段内嵌固定于外管中，直管的内管不受自身材料锻造工艺限制，真正实现了特种耐磨材料在吐丝管中的应用，提高吐丝管直线导入段和弯曲变形段的入口处的耐磨性，同时加厚了吐丝管入口段的材料厚度，缩小了吐丝管入口段的内径，而线材摩擦应力与理论轨迹偏差距离程正比，线材越偏离理论轨迹，吐丝管内壁磨损速率越高；耐磨内管通过限制线材使其贴近理论轨迹，减缓磨损速率，大幅度提高了吐丝管的使用寿命，减少工厂吐丝管的消耗量，也相应减少了更换吐丝管的次数，最终有效提高工厂的生产效率及经济效益。

本发明进一步设置为：所述内管由高速钢、沉淀硬化不锈钢、高锰钢、球墨铸铁、双相不锈钢中任意一种材料制成。

本发明进一步设置为：所述内管的轴向尺寸为500-2000mm。

本发明进一步设置为：所述内管的壁厚为2-10mm。

本发明的目的二在于提供一种内嵌型吐丝管内管规格选取方法，在保证吐丝管正常使用的前提下加入耐磨材料制作的内管，能够提高吐丝管过钢量，提高工厂生产效率及经济效益。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种内嵌型吐丝管内管规格选取方法，包括以下步骤：

步骤一、计算吐丝机设备总不平衡量；

步骤二、根据吐丝机设备使用的吐丝管曲线建立不同长度和壁厚的内管模型，将内管材料密度带入到内管模型中，计算出各内管的总不平衡量，并形成各内管总不平衡量、长度及壁厚的对照表；

步骤三、选择处于吐丝机设备总不平衡量允许范围内的内管规格。

本发明进一步设置为：所述步骤一的吐丝机设备总不平衡量的基础数据取自以下过程：

S1、确定吐丝机设备的运转速度、精度评级以及自重；

S2、将吐丝机运转速度带入到ISO 1940-1动平衡试验标准中查出允许的单位质量不平衡量，然后用允许的单位质量不平衡量乘以吐丝机自重即得出吐丝机总不平衡量。

本发明进一步设置为：所述步骤二包括以下过程：

S1、3D扫描吐丝机设备所使用的吐丝管曲线，扫描所得的数据导入CAD软件中，建立吐丝管曲线的CAD模型；

S2、根据该CAD模型建立各规格的内管模型；

S3、将内管材料密度导入到CAD软件中，通过CAD软件计算相应材料的每种规格内管的质心坐标及重量；

S4、对比内管质心坐标和CAD模型质心坐标得到内管的偏心距，重量乘以偏心距得到相应内管的总不平衡量；

S5、形成总不平衡量、长度和壁厚的对照表。

本发明进一步设置为：所述吐丝管内管规格包括内管的长度和壁厚。

综上所述，本发明具有以下有益效果：在保证吐丝管正常使用的前提下加入耐磨材料制作的内管(不破坏吐丝机动平衡且使用当中不出现形变导致乱丝)，能够提高过钢量五倍以上，对吐丝管寿命的提升效果超出预期，同时避免了非计划性的停产检修对工厂正常生产秩序的影响，对工厂生产效率及经济效益的提升都是显著的。

附图说明

图1是实施例中外管的结构示意图；

图2是实施例中内嵌型吐丝管的半成品结构示意图；

图3是吐丝管内壁所受压力分布图；

图4是吐丝管内壁所受摩擦力分布图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种内嵌型吐丝管，如图1所示，包括外管1，外管1沿其输入端至输出端依次设置为直线导入段1A、弯曲变形段1B和稳定段1C，直线导入段1A、弯曲变形段1B和稳定段1C一体成型。外管1的材料为现有单层吐丝管常用的热稳定材料，如10CrMo918。

如图2所示，还包括内管2，内管2为耐磨材料制成的直管，耐磨材料可选为双相不锈钢、高速钢、沉淀硬化不锈钢、高锰钢、球墨铸铁等。内管的轴向尺寸小于外管的轴向尺寸，优选为500-1000mm；内管2与外管1过渡配合。

内嵌型吐丝管制作时，先选取10CrMo918材料制作的外管1和耐磨材料制成的内管2，内管2和外管1均为直管，采用机械或人工的方式将内管2从外管1的直线导入段1A插入外管1中，内管2的输入端和外管1的输入端平齐时停止，然后将两者的入口端焊接固定或螺纹固定，得到内嵌型吐丝管直管状态的半成品。

将制得的半成品入炉加热，后续的加热、弯制、冷却等工序与传统的单层吐丝管的成型工艺相同，直管的内管不受自身材料锻造工艺限制，真正实现了特种耐磨材料在吐丝管中的应用，提高吐丝管直线导入段和弯曲变形段的入口处的耐磨性，同时加厚了吐丝管入口段的材料厚度，缩小了吐丝管入口段的内径，而线材摩擦应力与理论轨迹偏差距离程正比，线材越偏离理论轨迹，吐丝管内壁磨损速率越高；耐磨内管通过限制线材使其贴近理论轨迹，减缓磨损速率，大幅度提高了吐丝管的使用寿命，减少工厂吐丝管的消耗量，也相应减少了更换吐丝管的次数，最终有效提高工厂的生产效率及经济效益。

但需要注意的是，工厂使用的吐丝机是针对原单层吐丝管做好的动平衡 (吐丝机与动平衡的关系可以参考《轧钢》2013年第3期中的《吐丝机震动与减震措施》)，单层吐丝管加入内管后质心会偏离原单层吐丝管的质心，而质心位置的变化同时会影响原单层吐丝管的不平衡量。

单层吐丝管加入内管后的不平衡量如仍在原吐丝机允许不平衡量内，则说明这种内嵌型吐丝管能够直接替换原单层吐丝管在原吐丝机上使用，不需要重新做动平衡，保证吐丝机的正常运作；反之，如超过原吐丝机允许不平衡量，吐丝机就必须停机针对内嵌型吐丝管重新做动平衡，但这种非计划性的停产检修，会直接影响工厂正常的生产秩序，时间成本和停产成本均会给工厂带来额外的负担。

所以，在解决吐丝管内壁局部过度磨损的前提下，将内嵌型吐丝管的不平衡量保持在原吐丝机允许不平衡量内，是提高工厂生产效率及经济效益最直接的方法之一。

确定内嵌型吐丝管内管规格时，主要包括以下步骤：

步骤一、计算吐丝机的总不平衡量。

吐丝机总不平衡量的基础数据取自以下过程：

1、确定吐丝机的运转速度、精度评级以及自重；

2、将吐丝机运转速度带入到ISO 1940-1动平衡试验标准中查出允许的单位质量不平衡量，然后用允许的单位质量不平衡量乘以吐丝机自重即得出吐丝机总不平衡量。

步骤二、计算内管的总不平衡量。

1、用3D扫描仪扫描单层吐丝管曲线，然后将扫描所得的数据导入CAD 软件中转化形成单层吐丝管曲线的CAD模型；

2、按该CAD模型建立各规格的内管模型(长度500-2000mm，壁厚2-10mm)；

3、将内管材料密度导入到CAD软件中，用CAD软件计算相应材料的每种规格内管的质心坐标；

4、每种规格的内管以十厘米为单位进行分段，用CAD软件计算比较每段内管的质心坐标与单层吐丝管CAD模型的质心坐标得到每段内管的偏心距和自身重量；

5、重量乘以偏心距得到每段内管的不平衡量，进而得到相应规格内管的总不平衡量；

6、形成总不平衡量、长度和壁厚的对照表。

步骤三、确定内管规格。

选择处于吐丝机总不平衡量允许范围内的内管规格。

例如一个G6.3评级的吐丝机设备，运转速度为1000rpm，带入到ISO 1940-1标准中可知每公斤吐丝机设备允许的不平衡量是60mm·g，如该吐丝机设备的自重为1500公斤，则最大允许90000mm·g的总不平衡量。此处的吐丝机设备为吐丝机使用单层吐丝管调整好动平衡，使用单层吐丝管时吐丝机工作稳定。

根据上述步骤，基于该吐丝机设备使用的吐丝管曲线建立各规格内管，内管材料的密度设为7.8g/cm³，带入各规格内管中，形成内管规格对照表如表1 所示。

表1

表1中，长度单位为mm；壁厚单位为mm；不平衡量单位为mm·g。

内管模型的长度是根据《高速线材吐丝机吐丝管空间曲线研究和改进》确定的，由该论文记载的吐丝管内壁所受压力分布图和吐丝管内壁所受摩擦力分布图可知，吐丝管内壁所受摩擦力主要集中在距吐丝管入口500mm-1000mm的位置处，所以将内管模型的长度优选为500-1000mm；实际应用中，内管长度可延长至2000mm。

吐丝管大小规格混轧线材的试验过程：

1.使用10CrMo918制作吐丝管，壁厚7mm，过钢量约1万吨，磨穿下线，最小剩余壁厚0.5mm。

2.使用10CrMo918制作内外管，内壁厚4mm，外壁厚7mm，过钢量1.3 万吨，乱丝下线，最小剩余壁厚4mm。

3.使用10CrMo918制作外管，高速钢(密度为7.8g/cm3)制作内管，内管壁厚4mm，外管壁厚7mm，过钢量4.5万吨，尚未出现乱丝现象，剩余壁厚5mm。

双相不锈钢、高速钢、沉淀硬化不锈钢、高锰钢及球墨铸铁，经试验表明磨损失重对比关系如下：高速钢<高锰钢<沉淀硬化不锈钢<球墨铸铁<双相不锈钢。

综上，在保证吐丝管正常使用的前提下加入耐磨材料制作的内管(不破坏吐丝机动平衡且使用当中不出现形变导致乱丝)，能够提高过钢量五倍以上，对吐丝管寿命的提升效果超出预期，故提出此发明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种内嵌型吐丝管，其特征在于：包括用3D扫描仪扫描单层吐丝管曲线，将扫描所得的数据导入CAD软件中转化形成单层吐丝管曲线的CAD模型的单管吐丝管，单管吐丝管作为外管，具有直线导入段、弯曲变形段和稳定段；

还包括在CAD软件中依照单层吐丝管曲线的CAD模型建立不同长度、壁厚规格的内管模型，所述内管的轴向尺寸为500-2000mm，内管壁厚2-10mm；

将内管材料密度导入到CAD软件中、用CAD软件计算相应材料的每种规格内管的质心坐标，每种规格的内管以十厘米为单位进行分段，用CAD软件计算比较每段内管的质心坐标与单管吐丝管曲线的CAD模型的质心坐标得到每段内管的偏心距和自身重量；重量乘以偏心距得到每段内管的不平衡量，进而得到相应规格内管的总不平衡量，选择处于吐丝机总不平衡量允许范围内的内管规格；

所述内管为直管，所述内管的轴向尺寸小于外管的轴向尺寸，所述内管从直线导入段插入外管中，两者于入口端固定；所述内管由耐磨材料制成，所述外管由热稳定材料制成。

2.根据权利要求1所述的内嵌型吐丝管，其特征在于：所述内管由高速钢、沉淀硬化不锈钢、高锰钢、球墨铸铁、双相不锈钢中任意一种材料制成。

3.一种内嵌型吐丝管内管规格选取方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、计算吐丝机设备总不平衡量；

步骤二、根据吐丝机设备使用的吐丝管曲线建立不同长度和壁厚的内管模型，从双相不锈钢、高速钢、沉淀硬化不锈钢、高锰钢、球墨铸铁材料中选择内管材料，将内管材料密度带入到内管模型中，计算出各内管的总不平衡量，并形成各内管总不平衡量、长度及壁厚的对照表；

步骤三、选择处于吐丝机设备总不平衡量允许范围内的内管规格。

4.根据权利要求3所述的内嵌型吐丝管内管规格选取方法，其特征在于：所述步骤一的吐丝机设备总不平衡量的基础数据取自以下过程：

S1、确定吐丝机设备的运转速度、精度评级以及自重；

S2、将吐丝机运转速度带入到ISO 1940-1动平衡试验标准中查出允许的单位质量不平衡量，然后用允许的单位质量不平衡量乘以吐丝机自重即得出吐丝机总不平衡量。

5.根据权利要求3所述的内嵌型吐丝管内管规格选取方法，其特征在于：所述步骤二包括以下过程：

S1、3D扫描吐丝机设备所使用的吐丝管曲线，扫描所得的数据导入CAD软件中，建立吐丝管曲线的CAD模型；

S2、根据该CAD模型建立各规格的内管模型；

S3、将内管材料密度导入到CAD软件中，通过CAD软件计算相应材料的每种规格内管的质心坐标及重量；

S4、对比内管质心坐标和吐丝管曲线的CAD模型质心坐标得到内管的偏心距，内管重量乘以偏心距得到相应内管的总不平衡量；

S5、形成总不平衡量、长度和壁厚的对照表。

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