热轧线水除鳞系统的优化改造

【摘 要】通过在粗轧前加装第二组水除鳞系统来彻底清除钢坯表面的氧化铁皮。该设计的原理是通过增加1组喷嘴、1组蓄能器和一组单向阀来完成第二次除鳞，以达到除鳞彻底的效果。

【关键词】二次水除鳞；粗轧机；设计

1.存在的问题

高压水除鳞设备的作用是在钢坯轧制前通过高压水的喷射，彻底清除其表面氧化铁皮，以保证钢坯顺利咬入粗轧机和坯料在后序轧制中的表面质量。目前，由于高压水除鳞只有1组喷嘴，除鳞不彻底，主要是钢坯的两个侧表面经除鳞后还存有一定量的氧化铁皮，在粗轧机进行往复轧制的过程中容易造成以下问题：

（1）钢坯在咬入粗轧机孔型时由于头部存有氧化铁皮而发生打滑的现象，造成堆钢。

（2）过量的氧化铁皮堆积在粗轧机附近，容易造成自动检测元件的误检测，从而造成自动控制程序出错，也容易造成堆钢。

（3）由于钢坯表面氧化铁皮的存在，轧制过程中轧件容易出现麻面、异物压入等产品缺陷，导致轧制出大量的废品。

（4）粗轧机接轴在咬入轧件时，其所受的扭振在除鳞不好的情况下是其扭振峰值的三倍，严重缩短了粗轧机接轴的使用寿命。

由于以上问题的存在，造成了非常频繁的设备停机和大量的产品缺陷，严重制约了型钢厂中型线生产的顺行。

2.高压水除鳞系统的改造

2.1改造前高压水除鳞工作原理

如图示：

1、吸入水箱 2、过滤器 3、电机 4、高压软管 5、蓄能器（120L×3） 6、压力调节阀 7、排放阀 8、单向阀 9、高压柱塞泵

工业用水从吸入水箱经过过滤器到达高压柱塞泵进行加压，通过软管输送到蓄能器（蓄能器最高工作压力为16.2Mpa，最低压力为12.7Mpa）保压。钢坯经过水除鳞设备时，喷嘴阀门打开，高压水喷射在钢坯表面进行除鳞，蓄能器卸载；钢坯经过后，喷嘴阀门关闭，蓄能器加载，等待下一个工作周期。

2.2设备改造方案：

针对高压水除鳞清除钢坯表面氧化铁皮不彻底的问题，具体采取以下措施：

（1）增加1组喷嘴，和原有的1组并联使用。

（2）增加1组蓄能器，和新增加的喷嘴配套使用。

（3）新增加的喷嘴改变分布方式，因轧件在加热炉至粗轧机辊道行走的过程中，辊道外缘已将轧机下表面的氧化铁皮磨掉，所以下喷嘴不需要增加；如果1台柱塞泵容量不能够同时满足两组喷嘴工作，则要再安装1台高压泵。

设备改造后原理如下图示：

1、吸入水箱 2、过滤器 3、电机 4、高压软管 5、排放阀 6、压力调节阀 7、蓄能器 8、单向阀 9、高压柱塞泵 10、单向阀 11、排放阀 12、蓄能器

增加1组蓄能器和1组喷嘴与原来的并联使用，两组喷嘴单独控制。钢坯经过水除鳞设备时第一组喷嘴首先喷鳞，通过延时控制，第二组喷鳞接着喷鳞，等同于一支钢坯进行2次除鳞；并且针对钢坯侧表面除鳞效果不好的问题，重新调整新增加喷嘴的分布位置和喷射角度。

2.3增加蓄能器的容量选择和柱塞泵容量校核

高压水除鳞使用的蓄能器为皮囊式蓄能器，使用时皮囊内充氮气。皮囊式蓄能器具有结构紧凑、重量轻、惯性小等特点，可以吸收急速的压力变化和脉冲，具有良好的减震和稳定压力的作用，特别适用于柱塞泵往复作用所导致的压力脉冲。因此新增加的蓄能器仍然选用皮囊式蓄能器。

皮囊式蓄能器按气体定律的原理工作，因而，其气体的压力与体积之间的基本关系由下式表达：

p1v1n=p2v2n

式中：p1与p2――初始气体压力与最终气体压力；

v1与v2――初始气体体积与最终气体体积；

在等温条件下，即气体的压缩和膨胀是缓慢发生的，有足够的散热时间；

则n=1，故等温条件下p1v1=p2v2；

在绝热条件下，n等于气体的定压比热对定容比热的比值，绝热条件下的氮气n=1.4，则p1v11.4=p2v21.4。

2.3.1根据原来的蓄能器的排量计算新增蓄能器容量及数量

如图示：

在充气、加载和卸载状态下，皮囊内气体的体积分别为v1、v2、v3，vx即为一个蓄能器的液体排量。

气体的充气压力 p1和蓄能器最低工作压力p3的关系为：

p1≤0.9p3

加载过程平均为20秒钟，此过程可作为等温过程计算按p1=0.9 p3计算：

根据公式：p1v1=p2v2

分别将 p1=0.9×p3=0.9×12.7=11.43Mpa

p2=16.2Mpa

v1=120L代入公式

可得：v2=84.67L

卸载时间平均为3秒钟，此过程可作为绝热过程，根据公式：p2v21.4=p3v31.4

分别将

p2=16.2Mpa

v2=84.67L

p3=12.7Mpa代入公式

可得：v3=100.74L

一个蓄能器的液体排量vx=v3-v2=100.74-84.67=16.07L

3个蓄能器的总排量为V=3×vx=3×16.07=48.22L

根据绝热功率曲线图可查出容积为100 L的蓄能器最能满足有效液体排量为 16.07 L的要求。

根据气体定律同理可得：

容积为100L的1个蓄能器的实际液体排量为：

vx新=v3-v2=13.4 L

设定第一组喷嘴和第二组喷嘴的排量相同，那么新加蓄能器的数量为：

n=V/vx新=48.22/13.4=3.6≈4个

2.3.2校核增压泵的容量

目前高压水除鳞共有2台三级高压柱塞泵，正常工作时1台工作，1台备用，额定工作压力为150kgf/cm2，最高压力为170kgf/cm2，额定流量为350L/分，两组蓄能器同时工作，按加载时间平均20秒钟，卸载时间平均为3秒钟，轧钢节奏（两支钢坯经过高压水除鳞的间隔时间）平均为120秒钟计算，每个工作周期2组蓄能器的总排量为：

3vx+4vx新=3×16.07+4×13.4=101.8L

1台泵在1个工作周期内的排水量按输出功率95%计算：

350/60×120×95%=665L>>101.8L

另外，1组蓄能器在1个工作周期内的加载时间平均为20秒钟，那么2组蓄能器同时工作的加载时间为：

20×（1+400/360）=42秒

再增加4个容量为100 L的蓄能器和原来的1组蓄能器共同使用1台泵完全能够满足工作上要求，因此不需要再安装1台增压泵。

3.结束语

粗轧机高压水除鳞经改造后，彻底解决了钢坯表面氧化铁皮清除不彻底的问题，大大减少了因氧化铁皮造成的设备停机、轧废和产品表面缺陷，并大大延长了粗轧机接轴的使用寿命。

【参考文献】

[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].备件：北京理工大学出版社，1998.

[2]章宏甲，等.液压传动[M].备件：机械工业出版社，1993.