李鵬來(lái)，黃 爽，伍中原，張宏杰，崔金棟，張衛(wèi)國(guó)

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

0 前言

在熱軋帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中，鋼坯在加熱爐中加熱時(shí)會(huì)氧化而生成很厚的一次氧化鐵皮，在軋制過(guò)程中又存在二次氧化過(guò)程，形成較薄的二次氧化鐵皮[1]。在軋制過(guò)程中氧化鐵皮會(huì)被壓入帶鋼表面而形成夾雜和疤痕[1-8]，影響金產(chǎn)品的性能質(zhì)量。

隨著帶鋼市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈以及開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、高附加值的帶鋼產(chǎn)品的需求，有效去除鋼坯表面的氧化鐵皮已成為急需解決的問(wèn)題[9-14]。高壓水除鱗技術(shù)對(duì)氧化鐵皮除凈效率高、無(wú)污染、綜合成本低，被廣泛采用[3]。目前熱軋帶鋼生產(chǎn)線通常設(shè)置粗軋高壓水除鱗系統(tǒng)與精軋高壓水除鱗系統(tǒng)[15-20]。

1 高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

1.1 粗軋高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋除高壓水除鱗系統(tǒng)為離心泵+蓄能器組配置，離心泵提供平均水量，蓄能器提供峰值時(shí)的泵供之外的水量。由于粗軋除鱗系統(tǒng)的工作制為間斷供水，當(dāng)除鱗點(diǎn)開(kāi)始用水時(shí)，噴射閥打開(kāi)，由蓄能器提供所需高壓水，蓄能器的水位開(kāi)始下降，蓄能器壓力下降到切換點(diǎn)(21 MPa)時(shí)，由壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，兩臺(tái)離心泵同時(shí)升速至工作轉(zhuǎn)速(2 800 r/min)，排出高壓水，對(duì)鋼坯進(jìn)行高壓水除鱗，當(dāng)除鱗點(diǎn)停止用水時(shí)，噴射閥關(guān)閉，兩臺(tái)離心泵繼續(xù)保持工作轉(zhuǎn)速向蓄能器補(bǔ)充消耗掉的高壓水。當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到設(shè)定上限值(22 MPa)或水位達(dá)到蓄能器設(shè)定的5#水位時(shí)，兩臺(tái)離心泵同時(shí)由工作轉(zhuǎn)速降至基速(650 r/min)，此時(shí)離心泵輸出近似零流量，完成一個(gè)工作循環(huán)。

1.2 精軋高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線精軋高壓水除鱗系統(tǒng)采用3臺(tái)離心泵直供形式，分別供應(yīng)精軋高壓水除鱗箱前排和后排集水管用水，而且兩臺(tái)工作離心泵分別與前后排集水管對(duì)應(yīng)且互不干涉；第三臺(tái)離心泵是兩臺(tái)工作泵的備用泵，通過(guò)兩個(gè)高壓截止閥開(kāi)或關(guān)的切換分別實(shí)現(xiàn)與前排或后排集水管高壓水主管道相通。當(dāng)軋線發(fā)出開(kāi)始除鱗信號(hào)時(shí)，兩臺(tái)工作離心泵升速(2 800 r/min)升壓(22 MPa)進(jìn)行帶鋼除鱗(噴射閥處于“長(zhǎng)開(kāi)”狀態(tài))，精軋除鱗離心泵相對(duì)于粗軋離心泵來(lái)說(shuō)是較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定壓力供水的模式；當(dāng)軋線發(fā)出終止除鱗信號(hào)時(shí)，離心泵降至基速狀態(tài)(650 r/min)，此時(shí)除鱗噴射閥仍處于“長(zhǎng)開(kāi)”狀態(tài)，系統(tǒng)壓力通常不會(huì)超過(guò) 3 MPa，完成精軋除鱗系統(tǒng)一個(gè)工作循環(huán)。

2 除鱗泵站裝置

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋、精軋高壓水除鱗泵站均主要由3套工頻電機(jī)+液力偶合器+離心泵(2用1備)、3臺(tái)出口閥組(2用1備)、1個(gè)低壓水罐等裝置組成。此外，粗軋高壓水除鱗泵站還包括2組蓄能器組，如圖1所示。

圖1 除鱗泵站原理圖

2.1 工頻電機(jī)+液力偶合器+離心泵

電機(jī)額定功率為3 000 kW，轉(zhuǎn)速恒定2 980 r/min；液力偶合器最大功率為3 250 kW；離心泵額定流量為280 m3/h，揚(yáng)程為2 450 m。

電機(jī)與液力偶合器輸入軸端連接，恒定轉(zhuǎn)速為2 980 r/min。液力偶合器輸出軸端與離心泵輸入軸端連接， 用于控制離心泵的轉(zhuǎn)速，即液力偶合器可帶動(dòng)離心泵迅速?gòu)幕?650 r/min)升至工作轉(zhuǎn)速(2 800 r/min)，也可帶動(dòng)離心泵迅速?gòu)墓ぷ鬓D(zhuǎn)速降至基速狀態(tài)(基速為節(jié)能狀態(tài))。

離心泵處于工作轉(zhuǎn)速時(shí)，在離心力作用下輸出高壓水(22 MPa)，離心泵處于基速時(shí)，輸出近似零流量。

電機(jī)輸入、輸出端軸瓦潤(rùn)滑，液力偶合器傳動(dòng)及其輸入、輸出端軸瓦潤(rùn)滑，離心泵輸入、輸出軸瓦潤(rùn)滑由一套獨(dú)立的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)提供。液力偶合器的升降速通過(guò)勺管伸縮實(shí)現(xiàn)，勺管的伸縮采用液壓控制。

2.2 出口閥組

出口閥組由循環(huán)閥組、逆止平衡閥、液動(dòng)錐閥組成。

循環(huán)閥組(DN65)也稱(chēng)為過(guò)熱閥組，由可調(diào)節(jié)流量閥和氣控噴射閥組成。其作用是調(diào)節(jié)離心泵體溫度，當(dāng)泵體溫度達(dá)到程序中設(shè)定溫度(45 ℃)時(shí)，循環(huán)閥組開(kāi)啟，泵低速外排水至渣溝，當(dāng)泵體溫度降低至40 ℃時(shí)，循環(huán)閥組關(guān)閉?？烧{(diào)節(jié)流量閥用于調(diào)節(jié)泵循環(huán)管線的過(guò)水截面積，過(guò)水截面積隨著閥的開(kāi)啟高度而變化。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)流量閥閥桿為減小過(guò)水截面積。

逆止平衡閥(DN150)采用插裝閥結(jié)構(gòu)形式，用以防止離心泵輸出的高壓水倒流，其本質(zhì)就是一個(gè)插裝式單向閥。

液動(dòng)錐閥(DN150)同樣采用插裝閥結(jié)構(gòu)形式，主要作用是在啟動(dòng)離心泵時(shí)，其處于關(guān)閉狀態(tài)，防止啟泵過(guò)程中對(duì)除鱗管路系統(tǒng)造成較大沖擊，同時(shí)可以調(diào)節(jié)離心泵的出口流量。

現(xiàn)階段，通過(guò)一個(gè)氣缸帶動(dòng)一組滑閥式閥芯上下動(dòng)作控制高壓水啟閉的出口閥的應(yīng)用也越來(lái)越多，該類(lèi)型的出口閥的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，便于拆裝維護(hù)。

2.3 蓄能器組

粗除鱗每套蓄能器組包含1個(gè)氣-水罐，1個(gè)氣罐，容積均為8 m3，在除鱗系統(tǒng)中的作用是輔助提供峰值水量和瞬時(shí)水量，每套蓄能器組有壓力和液位兩個(gè)控制點(diǎn)；其中壓力點(diǎn)取自蓄能器組中的氣-水罐的壓縮空氣管路，其用于檢測(cè)蓄能器的工作壓力(確定離心泵升降速切換的壓力點(diǎn))；液位控制點(diǎn)共3個(gè)：1#水位為低低液位，氣-水罐實(shí)際水位≤此液位控制點(diǎn)時(shí)，最低液面閥關(guān)閉，噴射閥停止除鱗而處于關(guān)閉狀態(tài)；2#水位為低液位，實(shí)際水位≤此液位控制點(diǎn)時(shí)，發(fā)出水位低報(bào)警信息；3#與4#水位為參考水位，即除鱗系統(tǒng)運(yùn)行期間，氣-水罐處于的理想水位；5#水位為高液位，當(dāng)實(shí)際水位≥此液位時(shí)，離心泵自動(dòng)降至基速運(yùn)行，離心泵不升速；6#水位為高高液位，當(dāng)實(shí)際水位≥此液位時(shí)，粗除鱗系統(tǒng)發(fā)生“跳泵”，粗軋除鱗系統(tǒng)停止工作，如圖2所示。

圖2 蓄能器組原理圖

2.4 低壓緩沖水罐

離心泵在升速和啟動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)流量較大，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)，供水管線的流量及壓力波動(dòng)對(duì)鱗系統(tǒng)的運(yùn)行有較大影響，低壓緩沖水罐可以消除這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。

低壓緩沖水罐容積為8 m3，在工作時(shí)為一個(gè)封閉的低壓氣-水罐，充水液位為罐容積的1/2左右；罐內(nèi)通入壓縮空氣，當(dāng)罐內(nèi)壓縮空氣壓力與供水壓力(0.5 MPa)平衡后，打開(kāi)供水管線之間的手動(dòng)閥門(mén)投入自動(dòng)運(yùn)行。低壓緩沖水罐設(shè)有最低液位保護(hù)，當(dāng)液位降低至最低液位時(shí)，關(guān)斷閥自動(dòng)關(guān)閉，罐內(nèi)的水不能排出，但可以向罐內(nèi)補(bǔ)水；當(dāng)液位恢復(fù)后，關(guān)斷閥自動(dòng)打開(kāi)。

3 噴射閥組

粗軋除鱗噴射閥結(jié)構(gòu)形式為先導(dǎo)水控制錐式閥組，閥組包含一個(gè)DN150手動(dòng)閘閥、一個(gè)DN150噴射閥、一個(gè)DN50低壓預(yù)充水閥組。其中，噴射閥的啟閉采用先導(dǎo)水控制方式，低壓預(yù)充水閥組是雙單向閥+安全閥結(jié)構(gòu)，安全閥的設(shè)定壓力1 MPa，當(dāng)預(yù)充水管線因高壓水瞬時(shí)作用壓力超過(guò)1 MPa 時(shí)，安全閥溢流。粗除鱗噴射閥在非工作狀態(tài)時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，在噴射閥出口至除鱗集管之間管路通過(guò)低壓預(yù)充水閥組實(shí)現(xiàn)充滿(mǎn)低壓水，目的是防止噴射閥出口管道進(jìn)入空氣，從而避免噴射閥開(kāi)啟除鱗瞬間對(duì)管道及除鱗集管造成強(qiáng)烈沖擊。在噴射閥出口管道上設(shè)置預(yù)充水流量計(jì)，其用于檢測(cè)預(yù)充水流量，并與噴射閥聯(lián)鎖，當(dāng)流量計(jì)未檢測(cè)到水流量信號(hào)時(shí)，噴射閥不開(kāi)啟，離心泵不升速。

精軋除鱗噴射閥結(jié)構(gòu)形式與粗除鱗噴射閥相似，區(qū)別在于：精除鱗噴射閥設(shè)定為“長(zhǎng)開(kāi)”模式，在離心泵基速狀態(tài)下，仍有低壓水從噴射閥流出，因此精除鱗噴射閥沒(méi)有設(shè)置預(yù)充水閥。

粗軋除鱗系統(tǒng)包含6組噴射閥、精軋除鱗系統(tǒng)包含2組噴射閥，每組噴射閥出口管路連接上、下兩組除鱗集管，噴射閥具體分布：

(1)側(cè)壓機(jī)前除鱗箱入口噴射閥、出口噴射閥組；

(2)粗軋機(jī)R1入口噴射閥、出口噴射閥組；

(3)粗軋機(jī)R2入口噴射閥、出口噴射閥組；

(4)精軋機(jī)F1前入口噴射閥、出口噴射閥組。

隨著技術(shù)進(jìn)步，通過(guò)一個(gè)氣缸帶動(dòng)一套滑閥式閥芯上下動(dòng)作控制高壓水啟閉的噴射閥組應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，該類(lèi)型的噴射閥組的優(yōu)點(diǎn)噴射高壓水時(shí)動(dòng)作平穩(wěn)，沖擊振動(dòng)小；另外該類(lèi)型閥組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝維護(hù)方便。

圖3 粗軋機(jī)R2入口與出口噴射閥原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著對(duì)帶鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，很多熱軋帶鋼生產(chǎn)線精除鱗系統(tǒng)實(shí)施改造，將精軋除鱗壓力提高至30 MPa甚至更高；還有在精軋機(jī)F1出口、F2出口增設(shè)了機(jī)架間除鱗，除鱗壓力通常在10～12 MPa之間，其工作原理與精軋除鱗相類(lèi)似。為進(jìn)一步降低能耗成本，現(xiàn)在改造或新建的除鱗泵站流行采用變頻電機(jī)+離心泵結(jié)構(gòu)形式，也有為提高響應(yīng)速度，采用變頻電機(jī)+增速機(jī)+離心泵結(jié)構(gòu)形式，或者采用變頻電機(jī)+離心泵結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)的工頻電機(jī)+液力偶合器+離心泵結(jié)構(gòu)形式相比，節(jié)省電能幅度達(dá)到20%以上。