鞍鋼1580 mm熱軋冷卻水設備系統優化與改進

王存，劉旺臣，何士國，王杰，賀亮，李江委

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營口 115007）

隨著現代工業的快速發展，對水資源的需求越來越迫切，而且用水成本越來越高，國家產業政策對工業用排水日趨嚴格，《鋼鐵行業生產經營規范條件》（工原［2010］第105號文）和《鋼鐵行業十三五規劃》（2016—2020）均對鋼鐵行業用排水指標作出嚴格要求，降低用水成本是鋼鐵企業要解決的重要問題［1］。熱軋產線軋制過程鋼板溫度一般都在800℃以上，為保護軋輥、輥道等設備不被鋼板燒傷，需要不斷用濁環高壓水對設備進行冷卻，一方面會消耗大量水資源，另一方面部分冷卻水會噴濺、滲漏到鋼板表面，影響鋼板熱損失增加，造成資源和能源的浪費。鞍鋼1580 mm熱軋線由于軋輥冷卻水密封不嚴，造成軋輥冷卻水利用效率降低，增加用水量和熱能損失。為提高冷卻水利用效率，對1580線冷卻水設備系統進行了優化與改進，以期達到節水與節能雙重效果。

1 軋線冷卻水設備系統存在的問題

鲅魚圈1580 mm熱軋機組共有加熱爐、粗軋機、精軋機、層流冷卻系統及卷取機等設備，其中粗軋機組立輥為開放式結構，立輥冷卻水直接噴射到立輥表面進行自由噴濺冷卻，冷卻水反彈、濺射嚴重，冷卻效果較差，容易造成軋輥表面熱裂紋增加，導致軋輥車削量加大，降低軋輥使用壽命，同時引起軋件表面質量的惡化［2］，立輥表面存在大量結疤和裂紋，見圖1。為保證冷卻效果，提高立輥輥面光潔度，一直通過加大冷卻水壓力的方式進行生產，且軋鋼過程中部分冷卻水噴濺到鋼板邊部，使鋼板邊部溫降增大。經測量，鋼板寬度方向中間位置和鋼板邊部溫差達到50℃以上。

圖1 立輥輥面狀態Fig.1 Surface State of Vertical Roll

另外，粗軋機水平工作輥切水板為固定安裝在軸承箱座上，在軋輥裝入軋機前安裝好，由于切水板在高溫高壓和冷卻水浸泡的惡劣環境中使用，容易軟化，失去原有的硬度和強度［3］，產生磨損加劇和變形，造成切水板與軋輥縫隙增大，切水板與軋輥間隙圖示見圖2。

圖2 切水板與軋輥間隙圖示Fig.2 Clearance Diagram between Cutting Plate and Roll

現場測量切水板與軋輥間隙超過5 mm，造成切水板封水效果變差，導致軋輥冷卻水冷卻效率降低，軋輥冷卻水延切水板縫隙漏到鋼板表面。現場軋輥漏水情況非常嚴重，鋼板表面積水問題影響鋼板溫降大幅增加。

為清除鋼板表面殘留積水，原工藝設計中在軋機出口側導衛上安裝一個側噴水嘴，向鋼板表面噴射高壓水束打擊清掃殘留積水，但受噴嘴角度及導衛高度的影響，鋼板邊部存在側噴死角區域。側噴原理示意圖見圖3，從圖中可見，靠近噴嘴側為死角區域，側噴水無法覆蓋死角區域，無法全部清除積水，造成部分積水在帶鋼表面殘留，使鋼板局部溫降增大，造成鋼板不同區域溫度不均勻，進而影響帶鋼板形控制難度增加和軋制穩定性變差［4］。

圖3 側噴原理示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Side Spraying

2 軋線冷卻水設備系統改進優化

2.1 設計安裝立輥冷卻水擋水板

為提高立輥冷卻水冷卻效率，設計安裝立輥冷卻水擋水板。圖4為改進前后立輥機械結構對比圖，改進前沒有擋水設備，改進后在立輥軸承箱定位柱垂直于立輥輥面的位置加工磨削平面和螺栓孔，在磨削平面上固定安裝樹脂材料的擋水板，擋水板另一側斜面貼靠在立輥輥面上，擋水板可以起到密封遮擋作用，立輥冷卻水在擋水板位置均勻向下流動，避免了立輥冷卻水飛濺和甩出的問題，提升冷卻水利用效率，并能夠避免立輥冷卻水濺射到鋼板邊部影響鋼板溫降增大的問題。

圖4 改進前后立輥機械結構示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Mechanical Structures for Vertical Rolls before and after Upgrading

2.2 增加水平輥護板封水條

為解決水平輥切水板漏水問題，設計安裝水平輥護板擋板。新增加擋水示意圖如圖5所示，在軋機水平輥工作輥護板內側加工開槽，在開槽內固定安裝擋水條，與切水板共同作用，可以起到雙重密封作用，保證冷卻水沿軋輥兩端流出，減少冷卻水滲漏到鋼板表面，提高冷卻水利用效率，同時減少鋼板表面積水，減少鋼板的非工藝溫降，提高鋼板表面質量及性能均勻性。

圖5 新增加擋水示意圖Fig.5 Schematic Diagram of New Water Baffle

2.3 設計應用軋機出口橫排氣噴

為解決側噴水噴射效果差問題，設計安裝軋機出口橫排壓縮空氣噴嘴，在軋機出口導衛上開孔，安裝壓縮空氣管道和一排多個扁平扇形噴嘴，軋機出口橫排氣噴結構圖見圖6，噴嘴以距垂線10°～20°傾角朝向軋機側，噴出的壓縮空氣可形成平坦均勻的扁平射流。射流致密性好，擴散角也可在較大范圍變化［5］，各個噴嘴的噴射面按照交叉重疊，可實現對噴射面的均勻覆蓋［6-8］,避免了原側噴水存在噴射死角的問題。同時上導衛上的壓縮空氣管道與壓縮空氣源管路之間通過編織管進行軟連接，氣壓噴嘴可隨軋機導衛同步上下移動，水嘴到鋼板上表面的距離保持恒定，保證軋機各道次鋼板厚度發生變化時均有良好的吹掃效果。此外，噴嘴隱藏在導衛孔中，可防止鋼板因頭部翹起撞壞噴嘴。

圖6 軋機出口橫排氣噴結構圖Fig.6 Structural Drawing of Horizontal Air-jet Device at Outlet of Rolling Mill

3 實施效果

通過采取安裝立輥冷卻水擋水板，增加水平輥護板封水條及安裝軋機出口橫排氣噴裝置的方式，可以大幅提升冷卻水的冷卻效率，現場評價封水效果良好，冷卻系統壓力從0.85 MPa降低為0.7 MPa。通過濁環水流量計測量改進前后軋輥冷卻水流量，改進后軋輥冷卻水流量比改進前減少11.7%。為評價軋輥冷卻水壓力降低后的實際冷卻效果，對軋輥下機表面質量進行檢查，改進后軋輥下機表面狀態如圖7所示。

圖7 改進后軋輥下機表面狀態Fig.7 Surface State of Offline Rolls after Upgrading

軋輥下機質量良好，無氧化膜脫落，說明工藝設備改進后，可以實現用更少的冷卻水流量保證設備正常的冷卻效果，具有節約用水的作用。同時，改進前后鋼板表面殘留積水對比圖見圖8，因擋水板封水效果和軋機橫排氣噴吹掃能力提升，改進后鋼板表面殘留積水大幅減少。使用熱成像儀測量對比改進前后粗軋中間坯寬度方向溫度分布，測量結果見表1。改進后鋼板邊部溫降比改進之前減小20℃以上，對于提高鋼板溫度均勻性具有良好效果。

表1 改進前后粗軋中間坯寬度方向溫降Table 1 Temperature Drop along Width Direction of Intermediate Billet before and after Upgrading ℃

圖8 改進前后鋼板表面殘留積水對比圖Fig.8 Comparison of Residual Water on Surface of Steel Sheet before and after Upgrading

4 結語

鞍鋼1580 mm熱軋線通過采取安裝立輥冷卻水擋水板、增加水平輥護板封水條及安裝軋機出口橫排氣噴裝置等改進措施，大幅提高了軋機軋輥冷卻水利用效率，減少了冷卻水噴濺和滲漏的問題，改進后軋機冷卻水用量比改進前減少11.7%，同時解決了鋼板表面殘留積水多造成鋼板溫降大的問題，提高了鋼板寬度方向溫度均勻性，鋼板寬度方向中間位置和邊部的溫差比改進前減小20℃以上。