粗軋機除鱗導衛裝置研究

范玉林

1.一重集團大連設計研究院有限公司助理工程師，遼寧 大連 116600

工業技術的發展和工藝水平的提高，不僅對軋鋼主機提出了更高要求，而且對除鱗導衛的要求也越來越高。當代先進的除鱗導衛裝置除具有基本的鋼板導向作用外，還要滿足板坯除鱗、軋輥冷卻及煙塵抑制等各項工藝要求。本文將簡述除鱗導衛裝置的結構和功能，并探討打擊力的影響參數，為以后的設計和改進提供參考。

1 結構比較

1.1 熱連軋機除鱗導衛裝置結構分析

某1580 mm生產線上R2軋機的入口、出口導衛裝置位于操作側和傳動側機架之間，機架上裝有導向鍵，上導衛裝置可沿導向鍵上下移動；導衛架體通過導向鍵定位，并留有滑動間隙。下導板用于主機前后輥道、機架輥和工作輥護板之間的鋼板過渡，防止鉆鋼事故發生（見圖1）。

（1）上導衛架體

圖1 熱連軋機除鱗導衛裝置

上導衛架體與支承輥平衡鉤之間靠提升液壓缸連接，工作時隨軋輥開口度變化沿導向鍵做升降運動。上導衛架體下端為導板，與下導板形成喇叭口狀，便于鋼板的導入。為承受鋼板頭部的刮蹭和撞擊，導板需有一定厚度；在工作過程中，提升缸提供一定的過平衡力，使導板端部緊緊貼合在工作輥護板的下面，避免因受到刮蹭而與工作輥護板脫開。在上導衛架體上安裝有除鱗集管、冷卻集管和煙塵抑制集管，其導板與工作輥護板為隨動關系，一方面保證高壓水在輥縫及板坯厚度變化時仍保持有效除鱗高度（噴嘴到板坯表面的垂直距離），并保護噴嘴等免受運動板坯撞擊，另一方面，可防止冷卻水直接落到鋼板表面，保證鋼板在軋制過程中的溫度要求。當換工作輥時，由提升缸將其落下使上導板與工作輥護板脫開，保證換輥推拉順利。

（2）高壓水除鱗裝置

上除鱗集管固定在上導衛架體上，隨導衛架體一起升降，保證高壓水的有效噴射高度。下除鱗集管安裝在下導板下面，位置固定，不需調整。

（3）軋輥冷卻裝置

上導衛架體和下導板下面都安裝有軋輥冷卻裝置，分別為工作輥和支承輥進行冷卻。入口和出口軋輥冷卻噴嘴采用交叉布置，以獲得更均勻的冷卻效果。

（4）煙塵抑制裝置

主要是通過上下集管噴嘴噴出水霧，吸附和遮擋軋制過程中產生的煙塵顆粒，從而達到抑制煙塵的環保作用。

（5）水幕攔截和收集裝置

當板坯未到達下部除鱗或剛剛完成軋制時，噴出的下部除鱗水由收集罩遮擋和收集后，從側面排水口排入沖渣溝。而軋制時噴出的上除鱗高壓水經過鋼板的反射，連同氧化皮一起向外飛濺，此時攔截裝置噴出水幕與收集罩一起將除鱗水和氧化皮攔截下來，最終流入沖渣溝。

當然，在不同的熱軋機組中，除鱗導衛的布置可能會有所不同，比如，只有出口或入口單側除鱗裝置等等。

1.2 中厚板軋機除鱗導衛裝置

中厚板軋機的除鱗導衛在結構上和熱連軋粗軋機除鱗導衛基本相同，也具有包括導衛、除鱗、軋輥冷卻、煙塵抑制和收集攔截功能（見圖2）。其不同之處在于：

（1）因中厚板坯料有較短規格的板坯，一般中厚板軋機的機架輥＞2根，所以導衛結構中沒有單獨的下導板；

（2）中厚板軋機工作輥與支承輥的輥徑比要比熱連軋小，為與工作輥護板貼合，上導板向軋機中心線伸展較長，導致其重心相對于提升缸鉸接軸心有較大的偏心。當上導衛做升降運動時滑板與機架導向鍵之間的受力不均；

（3）由于中厚板軋機輥身比較長，整個噴水集管的噴水量相當大。但由于除鱗集管和冷卻集管有足夠的空間作成多腔體形式，可以實現分段控制，避免水資源浪費；

因此，對于規格比較大的熱連軋機，如結構允許，除鱗集管也應設計成分段腔體的形式。

圖2 中厚板軋機除鱗導衛裝置

2 射流參數分析

高壓水打擊力的大小是決定能否達到除鱗效果的關鍵因素。下面從計算公式入手，分析除鱗打擊力各參數對除鱗效果的影響。

對于單個噴嘴，其打擊力可按下式計算[1]：

式中，F—打擊力（N）；ρ—水的密度，取1×103kg/m3；Q—單位時間內流量 （m3/s）；Kq—流量系數，取0.85；v—射流出射后速度（m/s）；Kv—空氣中減速系數，當距離為200 mm、300 mm、500 mm時，取值分別為1、0.95和0.85。

另外，根據流體伯努利方程[2]，在忽略比位能變化情況下可近似得出：

式中，P—射流壓力（Pa）。將式（2）代入式（1）中，可得：

除鱗噴嘴噴出的射流幾何截面通常為長條形，為計算方便起見，將射流看成近似四棱錐形狀（見圖 3）。

根據幾何關系，噴射區域面積為

帶入式（3），可得單位面積打擊力

式中，Pi—噴嘴單位面積打擊力（Pa）。

由式（5）可知，除鱗打擊力既與噴嘴流量、噴射壓力有關，也與噴嘴本身噴射角和安裝位置等參數有關。

噴射壓力P 噴射壓力的1/2次方與打擊力成正比。因此可采取提高系統壓力的方法提高打擊力，但系統壓力一方面受高壓水泵系統的限制，另一方面，過高的噴射壓力會加劇噴嘴磨損。近年來，熱軋板帶除鱗水壓力多在15～28 MPa范圍內；

噴嘴流量Q 噴嘴流量與打擊力成正比。當然，要獲得更高的打擊力，不能僅靠提高噴嘴流量，還要考慮除鱗系統的節能要求，這也是除鱗系統優化設計的重點；

噴射距離H 打擊力與噴射距離H的平方成反比。減小H值，對提高打擊力影響非常明顯。但受導衛結構及輥系開口度等因素影響，噴射距離受到一定的限制。根據理論和經驗，噴射距離在120～200 mm范圍內，可以作出很合理的噴嘴間距、噴射角度等布置，能在節約水量的同時，得到不錯的除鱗效果[3]。

入射角β 依據式（5）驗算可知，入射角大小對打擊力的影響不是很大。目前噴嘴入射角一般為 5°、10°和 15°。

總之，在高壓水系統的壓力和總流量既定的前提下，首先應根據工藝確定所需的打擊力，利用打擊力公式計算出單個噴嘴的流量；然后以此流量作為最小流量值，參照專業化和系列化的噴嘴樣本進行選型，根據板帶的噴射總寬度確定噴嘴數量，進而得出高壓水總流量。噴嘴選型和布置應在系統容量允許前提下，以總耗水量最小為最佳方案。

3 結語

（1）文中的除鱗導衛裝置只是目前已廣泛應用的典型結構，在實際應用中仍不可避免地暴露出各種缺陷和不足，需不斷總結經驗，對結構做出更合理的改進。目前最關鍵的問題在于如何提高上導衛的抗撞擊性，避免其脫落損壞，這方面仍有待于進一步的研究；

（2）文中的打擊力公式與模擬結果是比較接近的。但就公式本身而言，它是理想化的近似公式，并且由于模擬計算也只是對實際射流的理論模擬，而實際的除鱗效果還與噴嘴及高壓水系統的性能等因素有關。所以無論是文中打擊力公式還是噴嘴廠家的軟件模擬，都只能用作設計的參考，兩者都有待于生產實際的最終檢驗。當然，隨著研究的不斷深入，打擊力公式會進一步得到修正和完善，計算模擬結果也會更接近生產實際。

[1]Lechler公司高壓水除鱗噴嘴樣本.

[2]高殿榮吳曉明.工程流體力學.北京：機械工業出版社,1999.8.

[3]張元奇 黃維學.熱軋板帶高壓水除鱗優化設計.一重技術.2009 No.4 P.7-10.