潘志敏，王志中，楊德正，陳紅軍

（重慶水泵廠有限責(zé)任公司，重慶 400033）

高壓水除鱗系統(tǒng)在熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用

潘志敏，王志中，楊德正，陳紅軍

（重慶水泵廠有限責(zé)任公司，重慶 400033）

高壓水除鱗系統(tǒng)是熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線的重要設(shè)備，其除鱗效果、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行至關(guān)重要。離心泵式除鱗系統(tǒng)較傳統(tǒng)的柱塞泵式除鱗系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

除鱗；柱塞式除鱗泵；離心式除鱗泵

熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線一般指寬度在650mm以內(nèi)的鋼帶生產(chǎn)線，產(chǎn)品以成卷的狀態(tài)供應(yīng)，作為焊管、金屬構(gòu)件及日用品等的原料。高壓水除鱗系統(tǒng)是熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線配套的重要設(shè)備，用于去除鋼坯表面的初生和二次氧化鐵皮，提升產(chǎn)品表面質(zhì)量和機(jī)械性能。

1 背景

高壓水泵產(chǎn)生的高壓水，在噴嘴的作用下形成一個(gè)扇形水束，噴射至鋼坯表面，在高壓扇形射流的作用下，氧化鐵皮依次經(jīng)歷被切割、激冷、剝離和沖刷的作用，從而達(dá)到除鱗的目的。熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線一般具有2～3個(gè)除鱗點(diǎn)，爐后除鱗點(diǎn)、粗軋機(jī)除鱗點(diǎn)和精軋機(jī)除鱗點(diǎn)。爐后除鱗點(diǎn)和粗軋機(jī)除鱗點(diǎn)用于去除鋼坯表面的初生氧化鐵皮，除鱗時(shí)間較短，一般10～15s，除鱗水量約50～60m3/h。精軋機(jī)除鱗點(diǎn)用于去除軋制過程中產(chǎn)生的二次氧化鐵皮，除鱗時(shí)間較長(zhǎng)，約40～50s，除鱗水量約40～50m3/h。除鱗效果影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和機(jī)械性能，是熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝的重要指標(biāo)。

2 除鱗參數(shù)

鋼坯經(jīng)除鱗后的除凈率反映了除鱗效果的好壞，除凈率與除鱗打擊力有關(guān)，而除鱗打擊力受除鱗壓力、噴嘴流量、噴射距離、介質(zhì)屬性、除鱗速度等多個(gè)參數(shù)的影響，除鱗打擊力的計(jì)算如下：

H=ρ·Q·Cv·V

式中，V為噴嘴噴射后所得流速，m/s；C為流量系數(shù)，0．85；h為壓力水頭，m；H為打擊力，N/mm；ρ為密度，kg/m3；Q為流量，m3/s；Cv為大氣中的流速減速系數(shù)。

噴射距離為200mm時(shí)，Cv=1；噴射距離為300mm時(shí)，Cv=0．95；噴射距離為 500mm 時(shí)，Cv=0．85。

（1）除鱗壓力。除鱗壓力根據(jù)待除鱗坯料材料和軋制工藝等確定，基本參數(shù)如下：普碳鋼約18～20MPa，低合金鋼與高碳鋼約20～22MPa，高合金鋼與不銹鋼25～30MPa。

（2）噴嘴流量。鋼坯表面的氧化鐵皮在除鱗過程中，依次經(jīng)歷被切割、激冷、剝離和沖刷的作用，如噴嘴水量太小，表面氧化鐵皮不能形成強(qiáng)烈的收縮，影響除鱗效果，而水量過大會(huì)造成表面溫降過大，影響產(chǎn)品軋制性能，并增加軋機(jī)和除鱗系統(tǒng)的能耗。

（3）噴射距離。高壓水通過除鱗噴嘴高速射出，因鋼坯頭尾有一定翹曲，如噴射距離過短，易與噴嘴發(fā)生撞擊，而噴射距離過大，則水流與空氣摩擦后能量損失較大，影響除鱗效果。

3 除鱗系統(tǒng)配置

根據(jù)除鱗泵結(jié)構(gòu)形式的不同，目前熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線有兩種除鱗系統(tǒng)配置方案，一是采用柱塞式除鱗泵的方案，另一種為采用離心式除鱗泵的方案。

（1）柱塞泵式除鱗系統(tǒng)。柱塞式除鱗泵系統(tǒng)主要配置有低壓供水系統(tǒng)、柱塞式除鱗泵組、高低壓管路及閥門設(shè)備、除鱗箱和電氣控制系統(tǒng)等。低壓供水系統(tǒng)包含低壓進(jìn)水管路、高位水箱、自清洗過濾器等設(shè)備。電氣控制系統(tǒng)包含低壓電氣控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。柱塞泵式除鱗系統(tǒng)原理如圖1。系統(tǒng)工作過程為：低壓濁環(huán)水通過自清洗過濾器1過濾后，輸送到高壓柱塞泵2，經(jīng)高壓柱塞泵打壓后輸送到除鱗箱3進(jìn)行除鱗作業(yè)。生產(chǎn)線不除鱗時(shí)，循環(huán)閥4開啟，降壓后的水返回至低壓供水管路中。柱塞泵式除鱗系統(tǒng)運(yùn)行壓力高、單泵流量較小，由于柱塞泵本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)水質(zhì)要求高（較多生產(chǎn)線使用凈環(huán)水或工業(yè)新水），日常維護(hù)量較大，總體設(shè)備投資較低。

圖1 柱塞泵式除鱗系統(tǒng)原理圖

（2）離心泵式除鱗系統(tǒng)。離心泵式除鱗系統(tǒng)主要配置有低壓供水系統(tǒng)、離心式除鱗泵組、進(jìn)出口閥組、蓄能器系統(tǒng)、高低壓管路、除鱗箱、電氣控制系統(tǒng)等。低壓供水系統(tǒng)包含低壓進(jìn)水管路、自清洗過濾器和低壓緩沖水罐等設(shè)備。進(jìn)出口閥組包含低壓進(jìn)水閥組、出口止回閥、氣動(dòng)閘閥和最小流量閥組等。蓄能器系統(tǒng)包含高壓蓄能器、空壓機(jī)、最低液面閥組和充氣閥組等。電氣控制系統(tǒng)包含高壓電氣控制系統(tǒng)、低壓電氣控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。離心泵式除鱗系統(tǒng)原理如圖2。

圖2 柱塞式除鱗系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)工作過程為：低壓濁環(huán)水通過自清洗過濾器1過濾后，通過離心泵打壓輸送到高壓管路中，結(jié)合軋線用水的需求系統(tǒng)配有高壓蓄能器設(shè)備3。當(dāng)軋線除鱗時(shí)，除鱗閥4開啟。軋線不除鱗時(shí)，除鱗閥4關(guān)閉。除鱗系統(tǒng)通過高壓變頻器調(diào)節(jié)除鱗泵的壓力，從而達(dá)到良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。離心式除鱗泵揚(yáng)程高，流量大，最高壓力可達(dá)40MPa，單泵流量多在200m3/h以上。熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏較快，各除鱗點(diǎn)瞬時(shí)用水量不同，除鱗點(diǎn)重合峰值水量多在100m3/h以上。因柱塞式除鱗泵單泵流量較小，如配置在窄帶鋼生產(chǎn)線需配備多臺(tái)除鱗泵及配套設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性較差，同時(shí)后期維護(hù)工作量非常大；而此流量區(qū)間對(duì)離心泵而言則偏小。

小流量高揚(yáng)程離心泵的水力性能區(qū)間非常窄，開發(fā)難度大。針對(duì)窄帶鋼除鱗市場(chǎng)的需求，重慶水泵廠有限責(zé)任公司開發(fā)了專用的小流量高揚(yáng)程離心式除鱗泵，單泵流量120～150m3/h，額定壓力20～25MPa，該型號(hào)離心式除鱗泵完全滿足了窄帶鋼除鱗用水的需求，性能試驗(yàn)及實(shí)際使用均穩(wěn)定可靠。離心式除鱗泵系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，除鱗用水時(shí)，使用工業(yè)濁環(huán)水即可，無需日常維護(hù)，整體設(shè)備投資稍高，但后期維護(hù)成本低，代表了目前窄帶鋼行業(yè)最先進(jìn)的除鱗工藝。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

山東某鋼廠窄帶鋼生產(chǎn)線，有RE0、RE1、FE1等3個(gè)除鱗點(diǎn)，各除鱗點(diǎn)參數(shù)如表1。生產(chǎn)線初期采用柱塞泵式除鱗系統(tǒng)，設(shè)置2個(gè)除鱗泵站，粗軋泵站為RE0和RE1除鱗點(diǎn)供水除鱗，精軋泵站為FE1供水除鱗。自設(shè)備投用以來，除鱗系統(tǒng)尤其是除鱗泵因除鱗水質(zhì)和自身結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致故障率高，維護(hù)工作量非常大。為保證系統(tǒng)運(yùn)行，一方面被迫將除鱗泵降壓使用（最高壓力16MPa），另一方面則將工業(yè)濁環(huán)水改為新水，雖暫時(shí)解決了故障率高的問題，但產(chǎn)品表面質(zhì)量和環(huán)保指標(biāo)無法得到有效控制，降低了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2015年通過充分論證和研討后，新上離心泵式除鱗系統(tǒng)。新建1個(gè)除鱗泵站為3個(gè)除鱗點(diǎn)供水除鱗，系統(tǒng)設(shè)有蓄能器系統(tǒng)和高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。除鱗系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)為25MPa，單泵流量120m3/h，滿足3個(gè)除鱗點(diǎn)同時(shí)用水的需求。新系統(tǒng)可根據(jù)不同鋼種調(diào)節(jié)除鱗壓力，滿足普碳鋼和品種鋼的除鱗要求。結(jié)合離心式除鱗泵的特點(diǎn)，新系統(tǒng)將除鱗用水改為濁環(huán)水，減少新水消耗。自離心泵式除鱗系統(tǒng)投用以來，除鱗噸鋼消耗新水由0．35噸降為0．26噸，降低25%；一次除凈率98%以上，除鱗效果明顯改善；噸鋼電耗與改造前基本一致。至2017年6月份，設(shè)備投用1年多來，沒有任何維修，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

表1

5 結(jié)語

離心泵式除鱗系統(tǒng)較柱塞泵式除鱗系統(tǒng)在熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線具有顯著優(yōu)勢(shì)，代表了目前最先進(jìn)的除鱗工藝。熱軋型鋼及軌梁生產(chǎn)線與熱軋窄帶鋼除鱗系統(tǒng)的參數(shù)類似，同樣可選用離心泵式除鱗系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)數(shù)條生產(chǎn)線上得以成功應(yīng)用。

[1]姜國(guó)輝，溫齊全，史國(guó)梁．高壓水除鱗噴嘴的分析 [J] ．液壓氣動(dòng)與密封，2000（1）：42-45．

TG334.9

A

1671-0711（2017）10（下）-0212-02