粗軋機軋輥冷卻及除鱗導衛(wèi)裝置結構設計

秦柏巖

軋輥冷卻及除鱗導衛(wèi)裝置是粗軋機主要組成設備之一，它的性能好壞會直接影響冶金軋鋼廠成品板材的質量。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，市場對板帶材的質量提出了更高、更嚴格的要求，這不僅對軋機本體，而且對軋輥冷卻及除鱗導衛(wèi)裝置也提出更高的要求。除設置高壓水除鱗裝置以提高帶材的表面質量以外，為改善軋鋼車間的工作環(huán)境還增加了煙塵抑制裝置，并增加封掃裝置和收集裝置。這在結構設計上要求打破舊結構形式，開發(fā)研制新結構以滿足使用要求。

該裝置是在我公司以前完成設計制造的熱連軋機基礎上設計開發(fā)的，是在總結現(xiàn)有國內外同類設備使用情況和存在問題的基礎上，通過查閱參考國外技術資料，結合用戶的特殊要求設計完成的。此裝置結構合理，它集工作輥冷卻、支承輥冷卻、煙塵抑制和高壓水除鱗于一體，功能齊全、性能可靠，代表了目前國際先進水平和國內領先水平。本文著重介紹和論述該裝置的結構原理和設計方法。卻等5個部分組成。

下面對于各部分的功能特點分別進行介紹：

（1） 提升液壓缸

提升液壓缸連接著支承輥平衡裝置和入、出口側導衛(wèi)架體，導衛(wèi)架體的下底板托住工作輥的刮板，隨著軋制道次的不同及板坯厚度的變化，整個導衛(wèi)架體在液壓缸的作用下調整高度，保證了除鱗噴嘴距板坯的額定高度，這樣就確保了最佳除鱗效果。

（2） 工作輥冷卻

入口和出口工作輥冷卻噴嘴的排布采用交叉布置，其目的是為了更好的達到工作輥冷卻的最佳效果（見圖1）。

（3） 煙塵抑制裝置

煙塵抑制主要是通過上下噴嘴噴出的水交錯形成水幕，軋制過程中產生的煙塵顆粒會被水包住一

1 結構特點

該軋輥冷卻及除鱗導衛(wèi)裝置主要由工作輥冷同落下，從而達到抑制煙塵的作用。

（4）高壓水除鱗裝置

由于初生和二次氧化皮極大的損害了板材的表面質量，不僅會影響軋制的質量，而且會對軋輥造成嚴重的磨損。因此必須通過除鱗保證板材的表面質量。本臺粗軋機根據用戶要求和工藝需要，僅在出口側設置了上下除鱗裝置。

高壓水除鱗是利用高壓水的冷卻效應、爆破效應、沖刷效應、破碎效應的共同作用來達到除鱗的目的。

在以上4種效應中破碎效應起到主要作用，除鱗的效果取決于破碎效應發(fā)揮的效果，而破碎效應的決定因素是高壓水對氧化鐵皮的打擊力的大小。

（5）除鱗高壓水收集和封掃裝置

當板坯完成軋制后，噴出的下除鱗高壓水在收集罩內經多次折射，降低其水流的壓力后，從側處排水口排入地溝（見圖2）。

當軋制過程中，噴出的上除鱗高壓水經過板材的折射，連同氧化皮一起向外飛濺，這時封掃裝置噴出的水形成一道水墻，從而把除鱗水和氧化皮攔截下來，一同流入地溝（見圖3）。

收集和封掃裝置可以維護車間環(huán)境，保護操作者的人身安全。

2 參數計算

2.1 液壓缸

式中，P—液壓缸所承受重量（kg）；F—液壓缸壓

力（MPa）；S—缸內徑截面積（m2）。

2.2 除鱗噴嘴

（1）噴嘴位置的選擇

除鱗噴嘴的排布方式有兩種：

①所有噴嘴以同一方向偏轉排列（見圖4）。

②所有噴嘴都向最近的外緣偏轉—即從板材中心向外排列噴射（見圖5）。

比較這兩種噴嘴排列方式，第一種為通用排列方式，大多數噴嘴都以此種方式排列；而第二種是最新排列方式，采用此種排列方式可使排水較快，并且易于控制板材導向，所以此次噴嘴按第二種方式排列。

圖2 除鱗高壓水收集裝置

圖3 除鱗高壓水封掃裝置

圖4 噴嘴布置方式1

圖5 噴嘴布置方式2

（2）除鱗集管和噴嘴的整體參數計算

高壓水除鱗設計的原則是試圖以最小的水量和最低的工作壓力達到較好的除鱗效果。要保證較好的除鱗效果，首先單個噴嘴的打擊力必須滿足除鱗要求。單個噴嘴的打擊力按如下公式計算：

式中，F(xiàn)—沖擊力（N）；ρ—介質密度，ρ=1000kg/m3；Q—流速（m3/s）；kQ—大氣中減速系數，距離 200 mm，kQ=1，距離 300 mm，kQ=0．95；kV—流量系數，kV=0．85；g—重力加速度，g=9．8 m/s2；h—水頭壓力，h=P×102 m （P 為系統(tǒng)壓力 （MPa））。

射流截面積

式中，δ—噴嘴噴射出水流的厚度（mm）。則打擊力

在實際生產中，目前多數采用打擊力不變，總水量減少的原則來設定參數。由于高壓除鱗噴嘴已經專業(yè)化和系列化，在設計過程中，應首先根據所需的單位面積打擊力計算出噴嘴的流速，并根據此數據選擇噴嘴的型號，然后進行噴嘴布局設計和系統(tǒng)總水量核算，經優(yōu)化后最終確定最佳方案。

從實際應用的結果來看，要保證較好的除鱗效果，打擊距離一般以50～250 mm之間為宜，在此范圍內可以獲得較高的打擊力、較低的系統(tǒng)壓力和較小的系統(tǒng)流量。

在本裝置中，參數選擇如下：

2.3 水量計算

（1） 低壓水水量計算

低壓水包括軋輥冷卻水、支承輥冷卻水和煙塵抑制水。

式中，V總低—低壓水總水量（m3）；V軋輥—軋輥冷卻水量（m3）；V支承輥—支承輥冷卻水量（m3）；V除塵—煙塵抑制水量（m3）；n1—軋輥冷卻噴嘴數（個）；V1—單個軋輥冷卻噴嘴流量（m3）；n2—支承輥冷卻噴嘴數（個）；V2—單個支承輥冷卻噴嘴流量（m3）；n3—煙塵抑制噴嘴數（個）；V3—單個煙塵抑制噴嘴流量（m3）。

（2）高壓水水量計算

高壓水包括除鱗水和封掃水。

式中，V總高—高壓水總水量（m3）；V除鱗—除鱗水量（m3）；V封掃—封掃水量（m3）；n4—除鱗噴嘴數 （個）；V4—單個除鱗噴嘴流量（m3）；n5—封掃噴嘴數（個）；V5—單個封掃噴嘴流量（m3）。

3 結語

此軋輥冷卻及除鱗導衛(wèi)裝置具有結構先進、功能齊全、工作性能可靠等優(yōu)點，克服了現(xiàn)有同類裝置的缺點，已在我公司設計制造的熱連軋機組R2粗軋機中投入使用，取得了良好的應用效果。