熱軋線水除鱗系統(tǒng)的優(yōu)化改造

【摘 要】通過在粗軋前加裝第二組水除鱗系統(tǒng)來徹底清除鋼坯表面的氧化鐵皮。該設(shè)計的原理是通過增加1組噴嘴、1組蓄能器和一組單向閥來完成第二次除鱗，以達到除鱗徹底的效果。

【關(guān)鍵詞】二次水除鱗；粗軋機；設(shè)計

1.存在的問題

高壓水除鱗設(shè)備的作用是在鋼坯軋制前通過高壓水的噴射，徹底清除其表面氧化鐵皮，以保證鋼坯順利咬入粗軋機和坯料在后序軋制中的表面質(zhì)量。目前，由于高壓水除鱗只有1組噴嘴，除鱗不徹底，主要是鋼坯的兩個側(cè)表面經(jīng)除鱗后還存有一定量的氧化鐵皮，在粗軋機進行往復(fù)軋制的過程中容易造成以下問題：

（1）鋼坯在咬入粗軋機孔型時由于頭部存有氧化鐵皮而發(fā)生打滑的現(xiàn)象，造成堆鋼。

（2）過量的氧化鐵皮堆積在粗軋機附近，容易造成自動檢測元件的誤檢測，從而造成自動控制程序出錯，也容易造成堆鋼。

（3）由于鋼坯表面氧化鐵皮的存在，軋制過程中軋件容易出現(xiàn)麻面、異物壓入等產(chǎn)品缺陷，導(dǎo)致軋制出大量的廢品。

（4）粗軋機接軸在咬入軋件時，其所受的扭振在除鱗不好的情況下是其扭振峰值的三倍，嚴重縮短了粗軋機接軸的使用壽命。

由于以上問題的存在，造成了非常頻繁的設(shè)備停機和大量的產(chǎn)品缺陷，嚴重制約了型鋼廠中型線生產(chǎn)的順行。

2.高壓水除鱗系統(tǒng)的改造

2.1改造前高壓水除鱗工作原理

如圖示：

1、吸入水箱 2、過濾器 3、電機 4、高壓軟管 5、蓄能器（120L×3） 6、壓力調(diào)節(jié)閥 7、排放閥 8、單向閥 9、高壓柱塞泵

工業(yè)用水從吸入水箱經(jīng)過過濾器到達高壓柱塞泵進行加壓，通過軟管輸送到蓄能器（蓄能器最高工作壓力為16.2Mpa，最低壓力為12.7Mpa）保壓。鋼坯經(jīng)過水除鱗設(shè)備時，噴嘴閥門打開，高壓水噴射在鋼坯表面進行除鱗，蓄能器卸載；鋼坯經(jīng)過后，噴嘴閥門關(guān)閉，蓄能器加載，等待下一個工作周期。

2.2設(shè)備改造方案：

針對高壓水除鱗清除鋼坯表面氧化鐵皮不徹底的問題，具體采取以下措施：

（1）增加1組噴嘴，和原有的1組并聯(lián)使用。

（2）增加1組蓄能器，和新增加的噴嘴配套使用。

（3）新增加的噴嘴改變分布方式，因軋件在加熱爐至粗軋機輥道行走的過程中，輥道外緣已將軋機下表面的氧化鐵皮磨掉，所以下噴嘴不需要增加；如果1臺柱塞泵容量不能夠同時滿足兩組噴嘴工作，則要再安裝1臺高壓泵。

設(shè)備改造后原理如下圖示：

1、吸入水箱 2、過濾器 3、電機 4、高壓軟管 5、排放閥ⅰ 6、壓力調(diào)節(jié)閥 7、蓄能器ⅰ 8、單向閥ⅰ 9、高壓柱塞泵 10、單向閥ⅱ 11、排放閥ⅱ 12、蓄能器ⅱ

增加1組蓄能器和1組噴嘴與原來的并聯(lián)使用，兩組噴嘴單獨控制。鋼坯經(jīng)過水除鱗設(shè)備時第一組噴嘴首先噴鱗，通過延時控制，第二組噴鱗接著噴鱗，等同于一支鋼坯進行2次除鱗；并且針對鋼坯側(cè)表面除鱗效果不好的問題，重新調(diào)整新增加噴嘴的分布位置和噴射角度。

2.3增加蓄能器的容量選擇和柱塞泵容量校核

高壓水除鱗使用的蓄能器為皮囊式蓄能器，使用時皮囊內(nèi)充氮氣。皮囊式蓄能器具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小等特點，可以吸收急速的壓力變化和脈沖，具有良好的減震和穩(wěn)定壓力的作用，特別適用于柱塞泵往復(fù)作用所導(dǎo)致的壓力脈沖。因此新增加的蓄能器仍然選用皮囊式蓄能器。

皮囊式蓄能器按氣體定律的原理工作，因而，其氣體的壓力與體積之間的基本關(guān)系由下式表達：

p1v1n=p2v2n

式中：p1與p2——初始氣體壓力與最終氣體壓力；

v1與v2——初始氣體體積與最終氣體體積；

在等溫條件下，即氣體的壓縮和膨脹是緩慢發(fā)生的，有足夠的散熱時間；

則n=1，故等溫條件下p1v1=p2v2；

在絕熱條件下，n等于氣體的定壓比熱對定容比熱的比值，絕熱條件下的氮氣n=1.4，則p1v11.4=p2v21.4。

2.3.1根據(jù)原來的蓄能器的排量計算新增蓄能器容量及數(shù)量

如圖示：

在充氣、加載和卸載狀態(tài)下，皮囊內(nèi)氣體的體積分別為v1、v2、v3，vx即為一個蓄能器的液體排量。

氣體的充氣壓力 p1和蓄能器最低工作壓力p3的關(guān)系為：

p1≤0.9p3

加載過程平均為20秒鐘，此過程可作為等溫過程計算按p1=0.9 p3計算：

根據(jù)公式：p1v1=p2v2

分別將 p1=0.9×p3=0.9×12.7=11.43Mpa

p2=16.2Mpa

v1=120L代入公式

可得：v2=84.67L

卸載時間平均為3秒鐘，此過程可作為絕熱過程，根據(jù)公式：p2v21.4=p3v31.4

分別將

p2=16.2Mpa

v2=84.67L

p3=12.7Mpa代入公式

可得：v3=100.74L

一個蓄能器的液體排量vx=v3-v2=100.74-84.67=16.07L

3個蓄能器的總排量為V=3×vx=3×16.07=48.22L

根據(jù)絕熱功率曲線圖可查出容積為100 L的蓄能器最能滿足有效液體排量為 16.07 L的要求。

根據(jù)氣體定律同理可得：

容積為100L的1個蓄能器的實際液體排量為：

vx新=v3-v2=13.4 L

設(shè)定第一組噴嘴和第二組噴嘴的排量相同，那么新加蓄能器的數(shù)量為：

n=V/vx新=48.22/13.4=3.6≈4個

2.3.2校核增壓泵的容量

目前高壓水除鱗共有2臺三級高壓柱塞泵，正常工作時1臺工作，1臺備用，額定工作壓力為150kgf/cm2，最高壓力為170kgf/cm2，額定流量為350L/分，兩組蓄能器同時工作，按加載時間平均20秒鐘，卸載時間平均為3秒鐘，軋鋼節(jié)奏（兩支鋼坯經(jīng)過高壓水除鱗的間隔時間）平均為120秒鐘計算，每個工作周期2組蓄能器的總排量為：

3vx+4vx新=3×16.07+4×13.4=101.8L

1臺泵在1個工作周期內(nèi)的排水量按輸出功率95%計算：

350/60×120×95%=665L>>101.8L

另外，1組蓄能器在1個工作周期內(nèi)的加載時間平均為20秒鐘，那么2組蓄能器同時工作的加載時間為：

20×（1+400/360）=42秒<<120秒

再增加4個容量為100 L的蓄能器和原來的1組蓄能器共同使用1臺泵完全能夠滿足工作上要求，因此不需要再安裝1臺增壓泵。

3.結(jié)束語

粗軋機高壓水除鱗經(jīng)改造后，徹底解決了鋼坯表面氧化鐵皮清除不徹底的問題，大大減少了因氧化鐵皮造成的設(shè)備停機、軋廢和產(chǎn)品表面缺陷，并大大延長了粗軋機接軸的使用壽命。

【參考文獻】

[1]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].備件：北京理工大學(xué)出版社，1998.

[2]章宏甲，等.液壓傳動[M].備件：機械工業(yè)出版社，1993.