超高壓除鱗水系統技術方案研究

鄧鳳南

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司 熱軋廠，廣東 湛江 524072）

1 高強鋼“紅鐵皮”缺陷

隨著汽車板和工程機械用鋼等產品在市場上逐步趨于高強、減薄的趨勢，在此類高強鋼產品的板坯成分中需添加“Si”元素[1]，以利于產品強度提升、制造成本降低，同時顯著提高鋼的塑性和韌性。但是隨著“Si”元素的添加，在熱軋工序的生產過程中會出現典型的“紅鐵皮”表面缺陷。

對于冷軋高強鋼產品，“紅鐵皮”會導致冷軋退火溫度的檢測不準確，繼而導致冷軋成品性能的大幅波動，并且成品板面由于“紅鐵皮”的存在而有強烈的色差感，因而冷軋用戶對此類表面質量缺陷提出了強烈不滿和抱怨。

2 “紅鐵皮”缺陷消除措施

隨著市場競爭的加劇和新產品開發的需求，對熱軋產品表面質量提出了更高要求，通過提高除鱗打擊力來提升熱軋工序除鱗效果，為產品表面質量控制提供保證，采取的主要措施如下：

（1）增加水量：增加板坯或中間坯的溫降，將加大軋機的負荷，不利于工藝溫度的控制。

（2）優化噴嘴布置和噴射距離：優化噴嘴重疊量和減小噴嘴距離板坯表面的噴射距離，但過小的噴射距離對精軋除鱗箱的設計帶來困難，同時過小的噴射距離對中間坯板型的要求極高，中間坯翹頭翹尾均對噴嘴帶來極大的碰撞損傷。

（3）噴嘴的選型：選擇新型小流量大打擊力型號的噴嘴，如Lechler新型6P3系列噴嘴等。

（4）提高除鱗系統壓力：通過提高除鱗水壓力直接提升除鱗打擊力。

前3項措施對除鱗打擊力的提升幅度有效(大約10%～20%)，而提高除鱗系統的壓力等級可直接大幅提升除鱗打擊力,日本、韓國和臺灣中鋼等熱軋廠通常采用提高除鱗壓力的方式來改善產品的表面質量。

從1995年開始至今，國際上日本和韓國的熱軋產線不斷對高壓水除鱗系統壓力以便于提高去除“紅鐵皮”表面缺陷，據了解日本熱軋廠為了解決“紅鐵皮”表面缺陷，精軋除鱗箱實際使用除鱗壓力一般在300bar-400bar。精軋超高壓（300bar-400bar）除鱗壓力是去除“紅鐵皮”的有效手段，從而提高高強鋼表面質量。

3 超高壓除鱗技術應用分析

3.1 國內超高壓除鱗情況

目前國內超高壓除鱗系統采用離心泵系統或者柱塞泵系統。離心泵系統均采用單級系統，即通過離心泵直接輸出超高壓除鱗水，離心泵系統輸出壓力普遍在330bar左右。

表1 國內超高壓除鱗情況列表

3.2 國外超高壓除鱗情況

國外超高壓除鱗系統主要應用企業有新日鐵、浦項和JFE，均采用離心泵系統，日本新日鐵住金和JFE采用單臺多極離心泵直接升壓至600bar，該泵驅動電機功率高達7000KW，能耗極高，采用集批軋制方式，該泵的實際投入率不足10%。浦項除鱗系統采用兩臺串聯設計，系統壓力600bar，每臺泵的電機功率也達到4400KW，裝機功率8800KW。

表2 國外超高壓除鱗情況列表

根據日本荏原高壓除鱗泵業績信息統計，從1995年開始至今，日本和韓國的熱軋產線不斷對高壓水除鱗系統壓力進行提升改造，高壓水除鱗壓力變化趨勢如下圖1所示。從日本和韓國熱軋廠的除鱗泵更換時間分析，推斷200bar～300bar除鱗壓力應該不能滿足紅鐵皮缺陷的控制，需要壓力等級更高的超高壓除鱗設備來解決紅鐵皮缺陷的控制。據了解日本熱軋廠為了解決“紅鐵皮”表面缺陷，精軋除鱗箱實際使用除鱗壓力一般在300bar～400bar。

圖1 日本和韓國熱軋高壓水除鱗壓力變化趨勢

4 精軋除鱗箱超高壓除鱗系統

4.1 精軋除鱗箱超高壓除鱗機選擇

湛江1780熱軋精軋除鱗箱除鱗集管選擇根據以下原則進行選擇：

（1）減少總體投資，工程投資成本盡可能降低。即減少除鱗箱長度，可減少土建投資和除鱗機設備投資，經過測算三組集管相對兩組集管，除鱗箱長度增加1.2m，設備重量增加約10噸，經測算三組集管增加約100萬元（土建及鋼結構70萬元，設備30萬元）。

（2）除鱗箱長度盡可能短，除鱗箱長度減少，可減少中間坯通過除鱗箱時間，減少除鱗箱溫降，經過經驗測算，除鱗箱由2組集管增加至3組集管中間坯在精軋除鱗溫降約為5℃，中間坯溫降可接受。

（3）除鱗集管噴嘴盡可能使用額定流量，除鱗噴嘴在額定流量區間打擊力約接近額定除鱗打擊力，同時除鱗水利用效率越高，減少能耗。

為保障除鱗打擊力及系統效率，降低運行費用，在投資受控，工藝受控前提下選擇三組精軋除鱗集管配置。

4.2 精軋除鱗箱超高壓除鱗泵站系統選擇

目前世界上主流除鱗系統采用多泵并聯柱塞泵系統和單級離心泵系統，雙級增壓離心泵系統應用業績較少，但隨著國內外增壓泵技術不斷進步，超高壓除鱗系統逐步向增壓技術方面發展。根據湛江1780熱軋精軋除鱗箱特點，擬定以下三種技術方案：

方案一：采用柱塞泵獨立供水。常規除鱗（220bar）配置兩臺離心泵，按照1用1備方式運行。超高壓除鱗（380bar）配置4臺柱塞泵，根據1780熱軋除鱗機集管水流量平衡，柱塞泵采用3用1備方式運行，通過變頻控制實現壓力調節。

優點：壓力調節范圍寬220bar～380bar；柱塞泵效率高，低耗節能。

缺點：投資成本高；柱塞易損，維護難度相對大。

方案二：采用離心泵獨立供水。常規除鱗（220bar）配置兩臺離心泵，按照1用1備方式運行。超高壓除鱗（380bar）配置1臺離心泵，該泵正常處于停止狀態，生產需要超高壓除鱗的鋼種時開啟。優點：兩個系統獨立互不干擾，對系統的使用有較高的靈活性；維護難度較低。

缺點：投資成本較高；電機功率大，運行成本高。

方案三：采用離心泵串聯增壓供水。常規除鱗（220bar）配置兩臺離心泵，配置變頻器（只在超高壓除鱗投用情況下采用變頻控制），按照1用1備方式運行。超高壓除鱗（380bar）配置1臺離心泵，并配置變頻器。該泵正常處于停止狀態，當需要使用超高壓除鱗時，關閉一組常規除鱗集管，打開超高壓泵前截止閥，啟動超高壓離心泵增壓投入使用。

優點：投資成本較低；電機功率小，運行成本較低；維護難度較低。

缺點：使用串聯增加，電氣控制要求較高；需采用變頻控制。

4.3 三種方案對比分析

根據1780熱軋精軋除鱗箱方案對比三種泵站方案參數，見表3。通過對三個方案的投資、運行、維護等多個維度進行對比分析，可以看出方案三為最優：

（1）投資成本最低。

（2）采用集批軋制高強鋼方案，運行成本最。

（3）離心泵相對柱塞泵，維護成本最低。

（4）因采用增壓泵方案，電氣控制難度較高。

5 精軋除鱗箱使用方案

根據以上方案三，1780熱軋精軋除鱗箱泵站系統，因采用增壓泵方案，除鱗集管用水量僅能滿足三組集管中任意兩組集管水量，結合常規熱軋除鱗特點，兩組集管能滿足全部產能的需求，精軋除鱗箱使用規則為：

（1）超高壓除鱗集批使用。

（2）使用方式為：1組超高壓+任1組常規除鱗、2組常規除鱗、任1組常規除鱗、1組超高壓除鱗四種模式。

（3）最大使用水量為：1組超高壓+1組高壓除鱗。

6 結語

結合國內外超高壓除鱗泵系統統計分析，研究適應于1780熱軋高強鋼生產需求，既能保證產品質量又在運營經濟性和較好維護性方面進行系統性考慮，最終確定采用三組精軋除鱗集管，兩級增壓離心泵方案。

表3 三方案泵站方案參數對比表