高压水除鳞系统的改进与应用

侯铁军，张洪亮，张春雷，徐 信

（承德建龙特殊钢有限公司 河北省锻造用钢技术创新中心，河北承德 067201）

1 问题

某钢厂棒材生产线高压水除鳞系统于2006 年1 月投产，至今已运行15 年，工艺标准及装备水平逐渐落后，出现传动部件老化、水泵密封面磨损等现象。原工艺设计额定压力25 MPa，适用于普碳钢、优碳钢的使用。随着特钢产品的研发，合金结构钢、钢球钢、轴承钢、非调质钢等比例逐渐增多，尤其是Si、Ni 含量高的钢种（27SiMn、8620H 等）表面氧化铁皮粘附性强，表面铁皮不易与钢坯剥离（图1），主要问题如下：

图1 钢坯除鳞情况

（1）高压水除鳞系统设计额定压力25 MPa，因设备老化，实际最高工作压力22 MPa。

（2）除鳞系统能力不足，常规钢种的出钢温度需要达到1090 ℃，含Si、Ni 高的钢种出钢温度需达到上限1170 ℃才能保证钢坯的除鳞效果，加热炉煤气消耗高，且棒材表面容易二次氧化。

2 除鳞原理

高压水除鳞原理：①利用水的急冷，使氧化铁皮与坯料体产生温差，坯料表面的氧化铁皮龟裂机械脱鳞[1]；②靠高压水产生的打击力铲除坯料表面的氧化铁皮。

高压水除鳞系统工作水源压力0.2～0.5 MPa，由进水总阀门至自清洗过滤器，经高位水箱然后通过出口管道分配给各台高压泵。高压泵进水分管经低压蝶阀（选择工作式或非工作状态）及膨胀节（可减少泵及管线振动和噪声）再到高压泵的低压集水器，由于高压泵的往复运动和进、排液阀的开启、闭合，高压管线上的水又受到喷嘴阻力，管线上的水建立压力（可人为设定及控制），因高压泵的液力端装有止回阀，因此高压水只能经高压单向截止阀、高压软管至高压除鳞环，通过喷嘴射向钢坯，以清除钢坯表面氧化层。为了达到最佳效果，在高压管上还安装各种附件，如：蓄能器，能吸收管线高压水的压力脉冲，使高压水更平稳和喷嘴开启及关闭时的水压冲击力，管线上的安全阀可保证额定的工作压力，一旦超压自动排出，既可以保护设备安全又能保证人员安全。

3 新增高压水除鳞系统

新增高压水除鳞系统[2]以解决除鳞效果不佳的问题，主要组成：高压泵站1 个，高压水除鳞装置1 套（压力35 MPa），自清洗过滤器1 台，额定压力35 MPa 的电动往复泵3 台（355 kW 变频电机，二用一备），西门子变频柜3 台（一拖一），西门子PLC柜1 台、受电柜1 台。

3.1 系统流程

净环水→自清洗过滤器→高位水箱→手动蝶阀→高压泵组→高压单向截止阀→除鳞环→喷嘴

3.2 系统参数

除鳞水压：根据高压水除鳞使用数据，确定高压泵额定水压35 MPa。

喷嘴孔径及数量：根据钢坯尺寸及钢种，选用进口喷嘴，孔径2.5 mm，在压力35 MPa 时的单个流量为52.4 L/min，四面除鳞喷嘴数量共计为16 只，水量为838 L/min（50.3 m3/h），喷嘴位置见图2；考滤喷嘴磨损后水量的补偿，选用每台高压泵的流量为30 m3/h，总流量为60 m3/h，高压泵额定压力35 MPa，采用变频调速调节泵的流量、压力。

图2 喷嘴布置示意

3.3 除鳞装置

由箱体、除鳞环、防撞导卫、退钢导位、挡水罩等组成，安装在加热炉后辊道上。喷嘴使用进口莱克勒品牌，具有打击力大，使用寿命长等特点。挡水罩进、出口设置双链帘，防止高压水及鳞片飞溅（进口挡水罩长度≥3 m）。除鳞集管和箱体连接要定位，与管道采用法兰软连接，便于拆卸和更换。

（1）除鳞点：1 个。

（2）除鳞方式：四面除鳞。

（3）坯料规格：240 mm×240 mm，200 mm×200 mm，长度9 m。

（4）除鳞线速度：坯料速度0.85～1 m/s。

（5）坯料温度：950～1150 ℃。

（6）钢种材料：优碳钢、合金结构钢、钢球钢、轴承钢、非调质钢、弹簧钢等。

3.4 除鳞方式

利用现有热金属检测仪HMD，安装位置改到除鳞箱前2～3 m处检测坯料位置，将检测信号传送给PLC，通过PLC 控制阀的开、闭，从而实现间断式除鳞。

3.5 能源介质需求

（1）除鳞系统用水：净环水，水压0.2～0.5 MPa，最大用量60 m3/h。

（2）压缩空气压力：0.4～0.6 MPa。

（3）除鳞系统电源：电压380 V/220 V±5%、50 Hz；总装机容量1080 kW。

3.6 电控

主电机采用变频启动，电气控制系统采用PLC 对信号进行联锁控制，主电机与油泵电机、风扇电机、压力开关、油温开关联锁，并与管道上的压力开关、阀门限位开关、热金属检测器、水箱液位计及二位三通电磁阀联锁。

（1）允许启动高压泵条件：进、出口阀门上限到打开，油泵电机工作正常，油压正常，进口水压力正常，二位三通电磁阀不得电，水箱液位低不报警。

（2）在以下情况下报警：进口水压及润滑油压力＜0.2 MPa，泵的出口压力＞35 MPa，泵的油温＞75 ℃，水箱液位低。

（3）在以下情况下自动停车：进口水压及润滑油压力＜0.15 MPa时延时15 s，泵的出口压力＞36 MPa，泵和减速机的油温≥80 ℃时，水箱缺水。

3.7 系统节能措施

通过安装在除鳞水泵液力端的气缸开、闭实现除鳞系统间歇性提供高压水，在不除鳞时气缸打开，水泵处于10 Hz 的低频空负荷运转，不仅不消耗水，还能节电节能。

4 投用效果

（1）新除鳞系统使用后，系统最高使用压力可达到35 MPa（原最高使用压力22 MPa）。

（2）钢坯除鳞效果明显改善：含Cr、Si、Ni 的特殊钢种除鳞完全、效果明显改善（8620H、30CrMnSiA 等），除鳞效果见图3；据统计，2021 年1—7 月因钢坯除鳞不净造成棒材产生麻面的修磨量为零。

图3 新除鳞系统使用后钢坯除鳞效果

（3）钢坯出炉温度降低：常规钢种的出钢温度降到1050 ℃左右，比改造前降低30 ℃，节省煤气，减少氧化烧损。

（4）节能效果：改进后的系统在不除鳞时，安装在水泵液力端的气缸打开，水泵处于10 Hz 的低频运转，实现除鳞水零消耗，节电节能。