炉卷轧机高压水除鳞系统优化改造

供稿|周静， 李艳峰， 张静 / ZHOU Jing， LI Yan-feng， ZHANG Jing

概况

安阳钢铁集团公司第二炼轧厂炉卷轧机生产线，2005年9月底投产。该生产线由意大利DANIELI公司设计，具备年生产能力110万t，其装备水平在国内同类生产线中属于较高水平。

高压水除鳞是决定板材质量的第一道重要的关口。其除鳞效果的好坏直接影响到轧制后的板材质量。为了改善除鳞质量，提高板材成材率，根据现场实际使用情况进行了为期一年的全方位的优化改造，最大程度的完善了除鳞效果。大大降低了由于除鳞产生的协议材、废品，提高了成材率。

系统原理

根据金属加热原理，钢坯在加热过程中会生成很厚的氧化铁皮，附着在钢坯表面，并且在轧制过程中也容易出现二次氧化，氧化铁皮如不及时清除，不仅会使钢材表面的氧化铁皮在轧制过程压入钢材中，形成夹杂和疤痕，使钢材表面质量降低，还会加速轧辊的磨损，缩短轧辊使用寿命。这就需要对金属表面的氧化铁皮进行清理。

高压水除鳞的工作原理是利用高压水通过除鳞喷嘴喷出后，打击到钢坯表面，对钢坯产生一定的冲击力和推铲力，由于板坯基体材料和氧化铁皮层冷却收缩率不同，水渗入基体材料和氧化铁皮之间，产生的蒸汽膨胀爆裂，使氧化铁皮破碎成小碎片迅速与基体表面分离，同时高压水按设定方向冲击走氧化铁皮，从而起到除鳞的作用提高板坯的表面质量。

存在问题及改进

由意大利DANIELI公司设计的该除鳞系统在生产中存在一定的缺陷。

设备在投产以后的生产过程中陆续出现问题，直接影响到正常的轧制节奏和产品的质量，在市场竞争日益严峻的今天，我们必需对系统不断进行针对性的改进完善，才能满足实际工况和生产的要求，才能让我们的产品长期拥有稳定且广阔的市场。

问题发现

随着产品多元化，轧机在尝试生产品种钢以来，经过除鳞机的板坯表面有明显的氧化铁皮黑点，经过轧制后的成品则出现有麻点现象，严重影响产品表面质量。

优化除鳞制度

由于存在除鳞不净的问题，操作人员普遍认为除鳞次数越频繁，除鳞效果越好，故将轧机精除鳞的除鳞制度定为6道次/块，即每块钢板进入轧机，进行连续的6道除鳞，但除鳞次数的提高并没有改善除鳞效果。

图1 高压水系统的保压装置—高压气水罐

分析：高压水系统的保压装置—高压气水罐包括4个气罐(5 m3)，2个水罐(5 m3)，水罐如图1所示，水罐的水从2水位到5水位的体积为7.22 m3。

根据粗除鳞集管设计，粗除鳞单组集管喷水量为7148 L/min，当时的除鳞情况为每次喷8 s，则每块钢板通过除鳞机所消耗的水量为0.95 m3，即每个水罐水位下降157 mm。此时水位仍高于5水位，离心泵不升速补压。

精除鳞单组集管喷水量为5554 L/min，除鳞制度为每道次喷12 s，喷6道。则总需水量为6.7 m3，每个水罐水位降2155 mm。即每块钢板完成粗、精除鳞后汽水罐水位从6水位总共下降2302 mm(仍处于3水位以上)。此时罐内水压为14.1 MPa，远低于实际所需的除鳞压力。原因是按照程序，在连续除鳞过程中，液位控制优先于压力控制。此时水位仍高于3水位，没有间隔时间，因此除鳞泵不升速补压。

结论：虽然除鳞道次多，但除鳞的压力在递减，不能有效的进行除鳞。泵频繁启动升压，耗水耗电，但除鳞效果并没有得到改善。

优化方案：按照除鳞最低压力17 MPa的要求，一次除鳞的供水量应为2.94 m3。将程序设定为压力反馈，即当水罐压力低于17 MPa时，泵升速，则精除鳞可以喷射的时间是32 s。

除鳞机集管高度的调整

在除鳞机的设计中，下集管固定在框架上，高度不可调，与板坯底面距离150 mm。而上集管的高度可以根据轧制需要由蜗轮丝杆装置上下调节。如图2所示，上集管距离板坯上表面距离165 mm。按照下集管的标准，将上集管距上坯面的高度调整为150 mm。则喷射覆盖宽度为3262 mm，大于最大板坯宽度3250 mm。

结论：当上集管高度调整后，喷射宽度能够满足且水柱对板面的打击力有所增加，在一定程度上能改善除鳞效果。故我们将上集管高度固定为150 mm。

除鳞机集管的优化

在普遍情况下，管线钢、低合金钢等品种钢由于硬度比普碳钢高，因此在加热炉内的加热时间也相应要长，这样在板坯表面产生的氧化铁皮层就会更厚。碳钢除鳞单位面积最大打击力应大于0.6 N/mm2，合金钢除鳞单位面积最大打击力应大于0.8 N/mm2。而现在使用的粗除鳞单位面积最大打击力为0.69 N/mm2，那么如何提高单位面积打击力从而提高除鳞效果呢？首先考虑就是降低喷嘴喷射高度，同时改变喷射集管喷嘴的安装尺寸。

图2 除鳞机集管示意图(长度单位：mm)

改造方案：将现行的喷射垂直高度由原150 mm降低为130 mm，喷嘴由原来GYPZ5C7230B(642.807)变为GYPZ5C5830B(642.707)，喷嘴间距由原来的90.5 mm变为72 mm，单位面积最大打击力由原来的0.69 N/mm2提高到0.97 N/mm2。

喷 嘴 参 数集管数量集 管 参 数集 管安 装部 位型 号 流量/(L·m i n-1)垂直喷射高度/m m实际喷射高度/m m最大打击力/(N·m m-2)有效覆盖宽度/m m重叠量/m m喷嘴间距/m m喷嘴数量/个喷射总宽度/m m喷射总流量/(L·m i n-1)粗初鳞箱(现状)上 2 G Y P Z 5 C 7230 B(642.807) 96.6 165 167.5 0.69 97 6.5 90.5 37 3355 3574下 2 G Y P Z 5 C 7230 B(642.807) 96.6 165 167.5 0.69 97 6.5 90.5 37 3355 3574粗初鳞箱(改造方案)上 2 G Y P Z 5 C 5830 B(642.707) 77.8 130 132.0 0.97 77 5 72 46 3317 3579下 2 G Y P Z 5 C 5830 B(642.707) 77.8 130 132.0 0.97 77 5 72 46 3317 3579

结束语

通过以上的改造优化，完善了设计缺陷，大大提高了设备的除鳞效果，尤其在轧制品种钢方面，在板坯表面质量上有了显著提高。有利的保证了生产质量，提高了经济效益。