高压水除鳞技术的应用

)&摘技术交流高压水除鳞技术的应用刘寿华!!罗建华!!李湘文!!朱金清!吴伊蓝!王林敏#!$长沙矿山研究院!湖南长沙%!&&!’杭州钢铁股份有限公司!浙江杭州(!&&)要#在热轧钢材生产中!钢坯表面的炉生氧化铁皮是影响钢材表面质量的主要原因之一!长沙矿山研究院与杭州钢铁股份有限公司热轧带钢厂合作!设计了!套高压水除鳞装置$介绍了该装置的工作原理及其技术参数的确定方法!关键零部件的研制及使用效果等$关键词%高压水射流钢坯除鳞装置中图分类号%#$%&’()文献标识码%*文章编号%!&&!*(!!+&&()&$*&&&*&+!#$%&’$()(*+$,-.//0-.12’.-3./425$)67.48)$90.,-./01.0.2!3,.14-250.2!6,-7-2589:5!3;0.4-5-583=.-?25,=258,-5@-5#!’A0258B02C:B:2DE0F5BG-G.G:1HI-5-586A0258B02%!&&!6A0-52J’K258L01.FM/A1’6,GN’6K258L01.(!&&6A0-52O!#$%&’$PQ1D@25.H2EG.D-581H01G-D1??:NBG::?RD1N.EGB615:1HG0:S:T:?:@:5GB2HH:EG-58G0:RD1N.EG.2?-GT-BG0:H.D52E:0:2G-58-E2.B:NBE2?:15B.DH2E:1HG0:BG1ES’U0--RD:BB.D:92G:DN:BE2?:D-BV1-5G?TN:W:?1R:NXTA0258B02C:B:2DE0F5BG-G.G:1HI-5-5825N.0:K1G-D1??:N/GD-R/G::?Y?25G6K258L01.FM/A1’6,GN’Z0:B2-NN:BE2?:D-BN:BED-X:N0:D:9-G0N:G2-?B2X1.G-GB91DSRD-5E-R?:6N:G:D@-52G-151HG0:G:E05-E2?N2G26CM[1HG0:E1@R15:5GB2B9:??2BG0::HH:EG-W:5:BB’()*+,%-#PK--RD:BB.D:92G:DV:GH?19J[:BE2?-581HBG::?BG1ESJ[:W-E:!前言高压水除鳞的机理在热轧钢材生产过程中!钢坯表面的炉生氧化铁皮是影响钢材表面质量的主要原因之一!由于它的存在!使钢材表面产生凹坑&麻点&氧化铁压入等多种产品缺陷$为了解决这一问题!国内外已经采用多种除鳞方法$相比之下!高压水除鳞技术具有适应钢种范围广!除净率高!综合成本低等优点!在热态除鳞和冷态除鳞中得到了广泛应用!成为当今除鳞方法的主流$长沙矿山研究院在&&!年\月与杭州钢铁股份有限公司热轧带钢厂’简称杭钢(合作)完成了/套高压水除鳞装置)并于当年的]月!日投入使用$到目前为止)该设备运转正常)除鳞工作可靠)除鳞效果良好$刘寿华’!0%/-()男)湖南长沙人)高压水射流技术研究所所长)教授级高级工程师)长期从事高压水射流技术研究工作)获多项国家专利)多项省&部级成果奖$$%&&’()(&123’&&(6^1?’(3_1’4待除鳞的热轧钢坯在经过除鳞点时)高压泵站产生的高压水经喷嘴形成高速射流)在水流的冲蚀和剥离及热爆效应作用下)钢坯表面的鳞皮迅速从其表面脱落下来)此时除鳞工作即告完成$#高压水除鳞装置的系统组成及工作原理系统组成及高压水除鳞原理如图!)所示$其工作流程如下%源水经供水站送入高位水箱)经过滤器后进入管道泵)加压后输入自动反冲过滤器再进入高压泵$当不除鳞时)高压水从卸荷阀溢流回高位水箱$高压系统处于低压循环工作状态)以利于节能$当加热的红钢坯送到除鳞箱之前)4E!红外探测仪检测到红钢坯后传出电信号)油泵站的电磁换向阀打开)液压油通过电磁换向阀进入卸荷阀控制的油缸)此时阀芯下移)关闭高压水溢流口)高压钢管&&(年&月第(卷第4期水进入喷嘴进行喷水除鳞!红钢坯从除鳞箱内出来时!#红外探测仪检测到红钢坯后传出电信号系统恢复原位并进入下一个循环除鳞结束!技术交流$(对不同的钢种可通过调节高压泵电机的转速!*钢坯$*探测仪%*除鳞箱&*辊道来调节系统的流量和压力以保证系统工作处于最佳状态!图!高压水除鳞装置系统组成!*喷嘴$*除鳞箱%*钢坯&*辊道*截止阀’*调压阀(*截止阀)*卸荷阀**单向节流阀!#*电磁换向阀!!*油泵站!$*变频器!%*高压泵!&*反冲式过滤器!*管道泵!’*过滤器!(*高位水箱图$高压水除鳞原理当电磁控制卸荷阀出现故障时关闭高压截止表!高压水压力和除鳞效果0阀系统仍可正常工作!若变频器出现故障时可通过设置的手动转换装置使系统正常工作!轧件材质!$+(!%+(%喷嘴出口水压,-./!&+(!!+’*!’+’(!(+’该系统的特点是#实现间隙除鳞控制!高压水碳素钢*#!##关$开的卸荷阀安装在旁路上每次除鳞结束时合金钢*#!##不需要旁路单向阀控制!主管内高压水的压力始终不锈钢*#!##保持$%#&’(这样当高压水除鳞时可减小水锤对管路及设备的冲击震动!系统使用的高压水控制阀体积小!该系统已申请专利!!除鳞系统技术参数确定!#高压水额定工作压力的确定系统工作压力是影响除鳞质量的主要因素其值取决于所轧钢种氧化铁皮的状况!对于形成的一次氧化铁皮为%干结构&采用较低水压’$#%$)&’(*和水量+#%,-!.#*即可除去!对于许多合金钢来说其氧化铁皮与钢坯表面粘着较紧要用较高水压+$/%$0&’(*的水才能有效地除去!表$是采用不同的高压水压力对各种钢坯的除鳞效果比较!刘寿华等#高压水除鳞技术的应用根据杭钢待除鳞钢坯一般为普碳钢和部分合金钢的具体情况一般系统工作压力为$)%$1&’(其值可通过变频调速实现!考虑到管路的压力损失确定高压泵的额定工作压力为#2&’(!!$高压泵额定流量的确定确定高压泵额定流量的依据是钢坯断面尺寸$除鳞速度及钢坯允许温降!杭钢热轧带钢坯料的断面规格’..#(为$)23!#$/23#22#223$##)长度为,4)%)42.)除鳞速度为240%$4#.!5)钢坯经除鳞后的温降小于#26)一次性除鳞后钢坯表面无氧化铁皮!根据实际经验和国际上有关高压水热态除鳞的通用设计准则对于普碳钢和低合金钢采用钢管#22,年’月第,#卷第%期#+技术交流!#$!%&!的高压水可以有效地清除炉生氧化铁皮!为此!取除鳞速度为’()&!*!钢坯断面尺寸为!++&&,!++&&!高压水总流量为+()-+(!-.-!-/+0!-#1++2.13&#!45根据上述计算结果!综合考虑其他因素!取高#!!除鳞温降校核高压水最大实际除鳞时间均匀!影响了除鳞效果*对此!笔者研制了一种红宝石喷嘴镶嵌喷头!其结构见图#*此种结构的喷头与用传统的相贯设计原理制作的喷头截然不同!其水流结构好!能用生产浊环水!抗腐耐磨!除鳞干净!已用于杭钢钢坯除鳞*该种喷头已申请专利*组合式圆形宝石喷嘴孔)的计算式为)2’.%!#(/.$/!!*!实2!#21(!67*8允许高压水除鳞时间!允2#1’’!%!&/9#$2:(!13*8#&$!#$#!$’#$式中$(钢坯比热容)!(钢坯密度)(钢坯厚度)#(总散热系数!主要包括高压水冷却散热!空气辐射散热!辊道传热)图%红宝石喷嘴结构示意$(钢坯表面温度和沿厚度上的平均温度之比值)!+(钢坯入除鳞箱温度)!/(钢坯除鳞后最低温度)!;(高压水温度!!+3常温8*经上述计算得+!允!实*杭钢采用激光测温仪对钢坯除鳞前后的温度进行测量!其结果是温差不到!*实践证明高压水除鳞只要满足!允!实!温降影响就不大*!#喷嘴面积及形状的确定’/$喷嘴面积的确定#喷头在除鳞环上的安装位置考虑到待除鳞钢坯断面尺寸不同和钢坯表面鳞皮厚度不一致!为满足对不同钢坯尺寸的除鳞要求!除鳞装置设置了两个除鳞环!每个除鳞环上安装/!个喷头!每个面各#个*如用于/6+&&,/6+&&断面的钢坯!各面喷头间隔距离为6+&&)用于!++&&,!++&&断面的钢坯!各面喷头间隔距离为:+&&*设计高压水除鳞环时!相邻两喷嘴射流设计重叠量为/+C#+&&*为了防止两喷头水流在同一断面相互干涉!在设计上使除鳞环上喷头布置位置都&!$#’%%(%$&’%$’’$相互错开*喷嘴与钢坯运动方向的前倾斜安装角为/6D*除鳞箱置于钢坯输送线特定位置!箱内安装两个除式中%(水射流速度!&!*)&(水射流压力!=?)鳞环*该除鳞箱用于收集鳞皮和废水*%(喷嘴面积!&&!)’(高压泵总流量!@!&A9)((喷嘴数量*’!$喷嘴结构形状的确定目前!国内外热轧钢材高压水除鳞!喷嘴结构!!压泵总流量为.6&!4%2..()%2大体相同!由于都是采用相贯的原理设计的!故喷嘴出口处机械强度低!磨损很快!使用寿命较短7喷嘴面积扩散率达/#B8!导致除鳞不干净!喷嘴更换频繁*同时!这种类型喷嘴喷射的扇形水射流中心部位水流量小!两侧流量较大!导致打击力不&’(()*+*(()*(!++#EFGH(#!EIG(%$高压设备的关键部件设计研究$%高压泵高压泵是整个系统的心脏!其性能的好坏对整个系统有决定性的影响!杭钢的钢坯除鳞属周期性间隙喷水除鳞!压力从+到)=?!工作.*后又降为零!对高压泵动力端冲击较大*为了解决这个问题!在设计高压泵时!对动力端采用.个支撑!以保证高压泵运转时受力均匀!工作平稳*由于除鳞的高压泵是连续!.4运转!高压密封的使用寿命也是一个关键问题!对此!所研制的高压密技术交流&+封采用!种软硬不同的材料组成!经现场运行考验!工作可靠!#高压水的控制阀高压卸荷阀除鳞阀#为间隙式!除鳞时使用频繁!阀芯和阀座接合面受周期性开启和水锤作用!容易损坏!对此采用了专用材料镶嵌阀芯和阀座的措施!由此!其使用寿命大大提高!且工作更加可靠学&合理!主体设备运行正常&稳定!除鳞效果好’(%$该系统采用的组合式红宝石喷嘴!其耐磨性远远高于国内外目前使用的不锈钢座碳化钨喷嘴!解决了常见的喷嘴磨损快问题)另外!由于采用了红宝石喷嘴!该系统便有条件使用浊环水!为此可节约大量的新水费用!避免废水外排!既有可观的经济效益!又有显著的环保效益(&$该系统采用的组合式高压密封!质量稳定!使用寿命长!很适合钢厂的高压水除鳞$结语#$$长沙矿山研究院与杭钢合作的这套高压水(修定日期%%’’!(’(#$$除鳞系统!经杭钢生产实践证明%该系统设置科!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!信息&’’!年第一季度乌克兰钢管产量同比大幅增长据乌克兰工业政策部的资料!&’’!年第一季度乌克兰的钢管总产量比上年同期增长了&%)!达到#($!万)第一季度乌克兰大部分钢管生产企业的钢管产量比上年同期大幅增长!其中%下第聂伯罗夫斯克钢管厂(原卡尔(李卜克内西钢管厂$的钢管产量比上年同期增长了*(+,!达到#!(##万)*哈尔岑钢管厂的钢管产量比上年同期增长了#’’)!达到+(!%万)*尼科波利南方钢管厂的钢管产量比上年同期增长了&(#,-达到.(%&万)*新莫斯科钢管厂的钢管产量比上年同期增长了&$(#,!达到!(.#万)*鲁甘斯克钢管厂的钢管产量比上年同期增长了#.’)!达到(#!万)*第聂伯罗彼得罗夫斯克科明捷尔纳冶金厂的钢管产量比上年同期增长了#)!达到&(’!万)*第聂伯罗彼得罗夫斯克钢管厂的钢管产量比上年同期微增了’(%,!达到!(!万))&’’!年第一季度俄钢管冶金公司钢管发运量同比大幅增长&’’!年第一季度俄罗斯最大的钢管生产集团,钢管冶金公司的钢管发运量比上年同期增长了#’)!达到.%(%万)*钢产量达到#(&万)!比上年同期增长了#$))尽管钢管发运量比上年同期大幅增长!但该公司的盈利却比上年同期有所下降)因为今年年初以来!俄罗斯钢铁市场上无缝钢管及焊管用坯料的价格平均上涨了#*,/#$))第一季度俄罗斯钢管冶金公司属下的四大钢管生产企业的钢管产销量均比上年同期有所增长%北方钢管厂的钢管产量比上年同期增长了#+(*,!达到