中厚板轧机高压水除鳞系统问题分析及优化

1 引言
       根据金属加热原理， 方坯、板坯等在加热炉中加热都会发生氧化，并生成很厚的氧化铁皮，附着在金属材料表面上。另外，金属在轧制过程中，还会发生二次氧化，形成一层薄薄的二次氧化铁皮。在轧辊的辗压作用下，一部分氧化铁皮被破碎成小片状自动脱落，另一部分则被压入金属表面，形成夹杂、麻点、疤痕等，不仅直接影响着钢板表面质量和成材率，同时加快轧辊的磨损。因此，在钢坯轧制前和轧制中及时清除氧化铁皮已成为影响钢板表面质量的重要工序。随着我国钢铁工业产品板管比不断提高，板材市场投放量越来越大，市场竞争日趋激烈，对钢材表面质量的要求越来越高。本文针对我厂中厚板轧机高压水除鳞系统所存在的问题进行了分析及优化，取得了较好效果。

2 高压水除鳞系统简介
2.1 系统组成
       我厂中厚板轧机高压水除鳞系统设有4台高压除鳞泵，通过对电机实施变频调速的方式达到高压水除鳞泵的流量控制要求。泵入口管路安装有带接近开关的蝶阀、流量计和低压压力传感器，泵出口装有高压压力传感器。同时泵出口高压止回阀和高压电动闸阀、小流量阀、除鳞喷射阀和管路，保证了除鳞箱除鳞和轧机机上除鳞的压力、流量。配以计算机二级模型和一级自动化控制，满足了除鳞系统的自动除鳞需求和操作人员的远程监测和操作控制。系统内不设蓄势器和高压空压机，系统操作简单、节约能源，但在泵出口高压水总管和主轧除鳞阀前设置有小容量的管道式缓冲罐，以降低高压水系统压力波动产生的水锤力，提高系统的可靠性和安全性。
2.1 系统功能特点
       高压水除鳞系统水源由动力厂提供，供水压力0.4～0.5MPa，供水量3000L/min，水为混浊循环水。经自清洗过滤器过滤后，供三柱塞高压水泵使用。高压水泵将低压水吸入加压至15～23MPa后，供给除鳞箱和四辊轧机除鳞使用。除鳞箱用于一次除鳞，它能将板坯上绝大多数的氧化铁皮除去。四辊轧机除鳞则用于去除轧制过程中产生的再生氧化皮。经过除鳞后的水沿主轧线冲渣沟流入旋流井内，经沉淀后再用水泵分别送入过滤间内的4台自清洗过滤器进行过滤和送入2台化学除油器去除水中废油，然后经过降温，进入循环水泵站循环使用。

3 所存在的问题分析及优化
3.1 系统管道
       高压水除鳞系统管道存在的问题主要为振动大，常引发管道泄漏事故。高压水泵房距离轧机除鳞集管较远，管路中间三通、弯头和阀门多，局部阻力系数大；打水过程中有水击现象。
       对此我们采取的主要改进措施有：
       （1）在中间管道弯头和三通处，增加重型金属管夹；管夹基础震裂位置重新制作基础。
       （2）制定合理的点检周期，加强管夹、法兰和阀门的检查，发现松动漏水等问题及时处理；改良金属垫片，防止击穿漏水。
       （3）除鳞喷射阀的配套管道预充水阀门保持常开，调节合适水量；泵房蓄能器水罐根据生产需求调整合适水位，稳定系统水压。通过上述措施，因振动导致的开焊和漏水等问题得到解决。
3.2 除鳞水喷嘴及其支管
       除鳞水喷嘴及其支管的使用寿命短，造成备件费用的增加。我厂轧机为四辊可逆轧机，采用周期性间断式喷水除鳞方式，除鳞打水频率高。每个轧制道次，高压水除鳞系统在钢坯头部超前喷水时间短为1～2s，钢坯尾部滞后停水时间为1～2s。在提前和滞后打水的这段时间，钢坯不在高压水喷嘴打击区域，下上集管的喷嘴互相高压冲刷，支管长时间受高压水冲击，管壁变薄，受高压水打击炸裂，焊接部位开裂导致喷嘴脱落，不仅增加停机检修时间，而且存在安全隐患。
       优化措施包括：
       （1）为喷嘴支管设计、安装防护套，保护套用厚壁无缝钢管制成，长度约200mm，仅在下集管喷嘴上套装。上集管安装在导卫上，喷嘴支管由导卫下底板保护，无需安装。
       （2）为降低每年喷嘴的更换检修费用，对喷嘴进行国产化。选择国内优良产品，性能达到进口产品，缩短供货周期，每年节约费用数万元。
       （3）加强点检力度，每次换辊期间派专人对喷嘴和支管进行检查，发现隐患及时处理。
3.3 除鳞不彻底
       现场使用的除鳞喷射装置为了防止喷嘴与带钢发生碰撞，人为地较大幅度增加了喷射距离，且喷射装置与机座刚性连接，喷射距离无法随板坯厚度变化而调节，大大降低了射流对氧化铁皮的冲击压力，带钢的表面经除鳞后还存有一定量的氧化铁皮，由于氧化铁皮的存在，严重影响热带钢的表面质量。除不尽的氧化渣加剧了轧辊磨损，增加了轧辊的消耗，降低了轧辊的使用寿命，增加了生产成本；同时频繁的换辊，浪费了大量的时间，降低了设备的有效作业率。高压水除鳞在去除氧化铁皮的同时，对带钢表面也进行了高强度的冷却，除鳞后的带钢出现了肉眼清晰可见的明暗条纹，即带钢表面冷却不均，形成了一定的温差，从而影响轧制效果，影响到产品的表面质量。
       好的除鳞效果是：以尽可能少的耗水量，获得较大的单位面积打击力。在保证除鳞效果前提下，遵循这一要求不但能直接降低高压水的消耗，同时也能减少带钢的温降，给钢坯轧制带来好处，而实现这个要求有效的办法就是缩短喷射距离。梅钢现场使用的除鳞系统高压水压力为18MPa，除鳞喷嘴距辊道平面的垂直距离为230mm，高度不可随带钢厚度变化而调节，其喷射距离较长，除鳞打击力较小。
       改进方法：缩短喷射距离，当带钢厚度变化时，喷嘴集管采用随动机构，始终保持喷嘴与带钢上表面垂直距离为160mm。
       影响除鳞效果的另一个因素是喷嘴入射角，入射角过小，会大大降低射流对氧化铁皮的冲击压力，入射角过大，会增加喷嘴到钢坯的喷射距离，降低喷嘴的喷射压力。除鳞喷嘴的布置：每个扁平喷嘴喷射方向逆向轧制方向与辊道垂直面成15°角，这样的角度配置可以得到较好的除鳞效果。由于喷嘴在喷射宽度两个边部的打击力比中间区域要小，为避免边部因打击力的降低而产生的除鳞效果不好的后果，需在边部保持一定的重叠量。射流宽度重叠度的准确控制，对于提高除鳞后带钢表面温度的均匀性至关重要。较好的喷射重叠量为5mm，若>5mm，重叠处会造成冷却过度，带钢表面出现黑条；反之，若<5mm，重叠处会造成冷却不足，带钢表面出现红条。两种情况下都会造成带钢表面温度不均。这也是除鳞后的带钢出现了肉眼清晰可见的明暗条纹的主要原因。
3.4 除鳞机供水系统
       供水问题主要是针对现有高压水泵的性能问题。高压水泵为卧式三柱塞高压水泵，其特点是压力高、抗污染能力强、可连续作业。
       然而主要存在以下问题：
       （1）噪音大，操作人员工作环境差。
       （2）供水量低，连续供水能力较差，除鳞时间稍长，就会产生供水不足的现象，直接影响到板材的表面质量。
       （3）故障率较高，需要经常进行维修，维修人员工作强度大。
       优化措施主要有：
       （1）更换原有的4台三柱塞式高压水泵为2台5000L/min，额定压力23MPa的离心式水泵（开1备1）。离心泵具有系统压力高、流量大、噪音小、故障率低等特点。但是对水源的水质有较高的要求（悬浮物含量需≤10mg/L），因此水处理系统也需相应进行改造。
       （2）将混浊循环水改为静环水，降低水中悬浮物含量，同时改造自清洗过滤器，选用质量优良、性能好、过滤精度高的自清洗过滤器，从而提高除鳞系统整体设备的使用效能。

4 结束语
       针对我厂中厚板生产线高压水除鳞系统在生产运行中出现的问题进行摸索和试验，找出了经济有效的解决方案和改进措施。高压水除鳞系统除鳞集管的寿命和更换周期得到延长；根据生产情况优化了泵组运行模式，取得了很好地节能降耗效果，在电机容量增加的同时， 电能消耗不升反降，降低了水泵的维修费用；同时除鳞系统运行的稳定性、安全性得到提高。