热轧带钢高压水除鳞系统的设计

中国冶金装备网—中国冶金人的网第1页共16页700mm热轧带钢高压水除鳞系统的设计摘要：较详细地介绍了热轧窄带钢项目高压水除鳞系统的工作原理；喷嘴打击力计算；设备选型配置及应用。高压水除鳞系统通过近几十年来国内各大冶金热轧窄带钢厂和型材、棒材、线材、管材厂等鞍钢、首钢几十家实践，提高了产品质量，经济效果显著，替代了进口设备。该系统及设备典型应用，有着广泛的推广价值，可供广大冶金行业的专业技术人员及相关人员参考和使用。关键词：高压水除鳞气动喷射阀自清洗过滤器变频调速DesignofHighPressureWaterDescalingSystemfor700mmHotRolledStripWangZhiminMaQixianABSTRACT：Thispaperintruoducestheprincipleofhighpressurewaterdescalingsystemforhot-rollednarrowstripsteel.Thecomputingofnozzlehigh-pressurewaterjetforce,configuresofequipmenttypeselectionandapplication.Throughnearly10yearsmajordomestichot--rollednarrowstripsteelplantandprofiles,rods,wire,pipefactory,AnshanIronandSteelCo.,ShouGangetc.ofyearspractice,andimproveproductquality,economicresultsandobvious,replacetheimportedequipment.中国冶金装备网—中国冶金人的网第2页共16页Theapplicationofhigh--pressurewaterdescalingsystemanddevice,hasabroadscopeofthepromotionalvalueofthemetallurgicalindustryforthegeneralprofessionalandtechnicalstaffandrelatedpersonnelforreferenceanduse.KEYWORDS：High-pressurewaterdescalingPneumaticinjectionvalueSelf-cleaningfilterFrequency1．概述：高压水除鳞的原理是利用高压水的急冷，氧化铁皮与钢坯体产生温差，使表面基体材料和氧化铁皮层冷却收缩率不同产生的剪切力，水渗入基体材料和氧化铁皮之间，产生的蒸汽爆炸等诸多综合力的作用下，使氧化铁皮迅速脱离基体，同时高压水按设定方向冲走铁皮。为了提高钢材质量，在轧线上安装一套高压水除鳞系统是非常重要的。热轧氧化铁皮的产生：钢坯在高温下，表面与空气中的氧发生反应，生成氧化物。在氧化物中，氧化亚铁具有最低的氧含量，并且处于氧化物层的最内层，即最接近铁的一层。当温度低于570℃时，氧化亚铁处于不稳定的状态，氧化亚铁在氧化铁皮中的含量随着钢坯表面温度的增加而增加，当钢的温度超过700℃时，氧化亚铁在氧化铁皮中的含量大约有95%。氧化亚铁与氧化铁皮中的其他相比，熔点较低，一般在1370～1425℃就可以熔化。氧化亚铁层的熔化往往加速中国冶金装备网—中国冶金人的网第3页共16页喷射宽191mm435mm380mm310mm275mm220mmcdeba测试结果测试条件：喷射压力14MPa0220275310380435喷射距离(mm)(每单位面积冲击力mN/φ1mm)400300200100500cdeab不同喷射角度下的冲击力变化C上部集水管下部集水管钢坯运动方向hHw15°hHEA除鳞喷嘴的配置与分部氧化铁皮的生成速率，增大向晶界的渗透，从而引起钢材表面的质量问题，同时增加了能源消耗，降低了钢的屈服强度。我公司开发研制了新型的除鳞设备，主要采取的措施是，进一步优化除鳞机喷嘴到钢坯表面的距离和角度，以达到更好的除鳞效果。选用的新型高压小流量喷嘴，具有使用水量小，打击力大；钢坯表面温降小的特点。在消化吸收国外先进技术的基础上，研发设计了各种新型除鳞机，除鳞效果提高，设备使用寿命延长。因钢坯材质的不同，所生成的氧化铁皮的厚度、附着力也不同；因此，所需除鳞的打击力也不同。2.除鳞系统所提供的打击力与喷嘴参数成函数关系：公式：H=ρ·Q·CV·V中国冶金装备网—中国冶金人的网第4页共16页计算范例：除鳞喷嘴在15MPa压力，喷射距离300mm下的冲击力计算：Q=111L/min=1.85×10-3m3/sV=C√2gh=0.85×√2×9.8×1530=147.2m/s将Q与V所得数值代入上述公式。H=1000×1.85×10-3×0.95×147.2=258.7kg·m/s2=258.7N将上述所得的冲击力除以喷射横截面面积可得每单位面积的冲击力。上式中：H:冲击力；ρ：密度=1000kg/m3；Q:流速m3/s；V：喷嘴喷射后所得流速m/s；CV：大气中的流速减速系数距离200mm；CV=1；距离300mm；CV=0.95；距离500mm；CV=0.85C:流量系数=0.85，g:重力加速度=9.8m2/s；h：压力水头1MPa=102m3.热轧带钢常用的基本技术参数3.1工艺参数及坯料参数3.1.1坯料规格：出炉坯料：160x600X7000120X360X7000精轧坯料：25x（560～600）x(17500～35000)3.1.2除鳞速度：出炉辊道速度：1.5～2.0m/s粗轧机速度：1.5～2.0m/s精轧机速度：1.2～2.4m/s3.1.3钢种：普碳钢、优质碳素结构钢、低合金钢和硅钢等。3.1.4轧制节奏：30～60根/小时3.1.5公辅设施：中国冶金装备网—中国冶金人的网第5页共16页供电：低压动力电源：380V/220V±10﹪频率50HZ±1﹪，三相四线制中性点接地系统。控制电源：AC220V；DC24V；电磁阀工作电源：DC24V。供水：压力：≥0.15MPa；流量：30m3/h；水质：浊环水或净环；水温＜35℃,。压缩空气：压力：0.4～0.6MPa；流量：280L/min。3.1.6出炉温度：1100～1200℃4.除鳞点设置及工艺技术参数4.1除鳞点设置4.1.1除鳞箱（初除鳞）HSB：除鳞箱设置在加热炉至粗轧机之间辊道上，用于清除坯料上下表面在加热炉加热过程中产生的炉生氧化铁皮。设计一套除鳞环，分别满足小于160mm厚度坯料和560～620mm宽坯料的除鳞。配置喷嘴型号：644.687.27；数量2x8套；4.1.2粗轧机（中除鳞）RSB：除鳞集管设置在粗轧机立辊入口处，用于清除坯料上下表面在除鳞箱至粗轧机输送过程中产生的二次氧化铁皮。配置喷嘴型号：644.688.27；数量2x9套；4.1.3精轧机（精除鳞）FSB：除鳞集管设置在精轧机立辊入口处，用于清除坯料上下表面在粗轧机至精轧机输送过程中产生的再生二次氧化铁皮。中国冶金装备网—中国冶金人的网第6页共16页配置喷嘴型号：644.688.27；数量2x9套；除鳞系统喷嘴总数：52套。4.1.4除鳞点工艺技术参数轧制宽度mm品种初除鳞机HSB粗、精轧机R、FSB坯料精轧坯MPaL/minMPaL/min120-160650Q235-3451544.081534.29品种钢1848.291837.56特殊钢2050.912039.6表中流量依据公式：P1/P2=(Q1/Q2)2，式中：P-压力MPa；Q-流量L/min。5.除鳞系统设备组成及原理5.1设备组成：由一套高位水箱装置；六套高压卧式三柱塞泵组及自润滑系统装置；四台气动喷射阀组；两台手动闸阀，粗、中、精三套除鳞装置及高低压输水管线、二套手动水滤器、一套自动反冲洗过滤器及各种阀门和管路等组成。另外还有一套PLC电气控制系统。5.2.高压水除鳞系统工作原理根据轧制钢品种所需除鳞压力，设定变频电机转数（30~50Hz），从而实现除鳞压力在14~21MPa之间可调，以达到工艺要求为准。除鳞箱、粗轧机除鳞为一个系统，由四套高压卧式柱塞泵组组成。两台工作，两台备用；靠两台气动喷射阀之间相互切换，优先选择除中国冶金装备网—中国冶金人的网第7页共16页15324控制原理图1=进气口4、2=工作口5、3=排气口鳞箱除鳞。可选择“手动/自动”控制除鳞。粗轧机除鳞由粗轧操作室“手动”控制。精轧机除鳞为一个独立的除鳞系统，，由两套高压卧式三柱塞泵组成。一工一备。可选择“手动/自动”控制除鳞。5.2.1气动喷射阀工作原理：在两个除鳞系统的总管路上，设置两套气动循环阀组。它们是除鳞系统的核心设备。当系统除鳞时，先打开气源球阀，这时气动喷射阀气缸下腔进气，阀门处于“开启”壮态；当钢坯在轧线运行头部接近除鳞箱约2米处时，HMD检查到信号使气缸上腔进气，活塞自动换向或手动换向，此时气动喷射阀开闭一次，即除鳞一次。该阀的开闭速度由气控阀组控制，可适当调解气压控制阀中的单向节流阀，使气动喷射阀的最佳开启时间（0.5~5秒），此时管路震动、冲击减小，即延长阀的使用寿命。阀芯采用可调节流滑阀式，用于控制高压水泵的卸荷压力，通过预充节流阀口的开口度的大小，可使泵的最佳卸荷力（一般设定在0.3~0.8MPa）,也可保证高压管路里充满低压水,防止“水锤”产生。中国冶金装备网—中国冶金人的网第8页共16页300160φ89X12540φ260228119612345678910进水口出水口1、活塞2、活塞杆3、阀杆4、连接套5、阀芯6、接管7、阀体8、上盖9、换向阀10、缸套基本结构：除鳞喷射阀由主阀、气缸和气控装置三大部分组成。主阀为柱塞密封结构，主要由阀体、滑阀芯套、密封件等组成。气控装置主要由气动三联件、调速阀、电磁换向阀等组成，气源压力为0.4～0.6Mpa，电源为DC24V，气源经三联件处理。产品特点：气动控制、阀门响应快、切换迅速、控制简单、维修简便、无污染。主要密封件采用进口材料制做，性能稳定可靠，使用寿命长。结构紧凑，运作灵敏，换向频率高，抗污能力强。使用与维护：安装时应严格按阀门工作介质流向安装；油雾器需定期加油，建议选用透平油1号ISOVG32。定期更换密封件，定期维护及保养。阀门压力试验标准：试验标准：GB/T13927-92专利号：ZL200820218662.6主要连接尺寸及外形尺寸：中国冶金装备网—中国冶金人的网第9页共16页在系统工作时，柱塞泵的压力由泵本体的调压预先设定，在柱塞泵启动前和除鳞用水前，循环阀组均处于开启状态，泵排出的水全部回到高位水箱；当轧机操作台对轧件发出信号，循环阀关闭，高压柱塞泵排出的高压水经喷嘴喷向轧件表面，清除轧件炉生氧化铁皮。在高压水管路上，设置了两个压力传感器，给控制室传递压力信号，当系统工作压力超过设定的安全压力25MPa时，声光报警，同时水泵电机跳闸。高位水箱贮存除鳞系统所需的水，设置带液位信号的磁浮子液位计，可直接显示水位变化，并参与系统控制，起到节水作用。另外在泵的吸水口产生一定的压力，改善泵的自吸功能，并有减少气蚀、净化水质、收集泵卸荷循环水的功能。5.3除鳞泵装置电机功率计算及选型：N=QP/612η=(24.6x1000/60)x(21x10)/612x72%=195kw取200kw式中：Q-流量m3/h；P-压力MPa；η-效率72%。选用变频电机型号：YTSP-315M1-4额定功率：200kw；额定电压：AC380V；额定转速：1480r/min。变频范围：0～50Hz，恒转矩；50～100Hz恒功率。除鳞泵技术参数：中国冶金装备网—中国冶金人的网第10页共16页选用泵型号：3D3B-SZ350/23流量：Q=350L/min(max)；压力：P=23MPa(max)配用电机功率：N=200kw（变频电机）除鳞泵自润滑系统：自润滑系统组成：自润滑系统由齿轮油泵、本体油箱、管路、冷却器组成