杭钢中轧高压水除鳞系统的设计应用

杭钢中轧高压水除鳞系统的设计应用
【摘要】简述高压水除鳞的机理，重点介绍高压水系统设计选型及主要参数计算方法，并对系统工作步骤进行了说明。

【关键词】高压水除鳞；系统方案；主要参数；设计应用
前言
在轧钢生产线中，钢坯在加热过程中被氧化，在轧制前如果钢坯表面氧化铁皮未被除去，在轧制过程中它们会被轧辊压入到钢材表面，影响产品表面质量。

残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，降低轧辊的使用寿命。

目前，利用高压水的机械冲击力来除去氧化铁皮（高压水除磷）的方法是目前最通行有效的作法并广泛运用于轧钢生产线，为轧钢生产线重要质量控制设备。

1 概况
杭钢中轧厂是杭钢集团重要生产线之一，产品包括圆钢系列、履带板、轨道等中型材系列，为提高产品质量，决定在轧机前设置高压水除鳞系统，对加热后的钢坯表面进行去氧化皮处理，主要工艺参数为：断面尺寸：150×150mm～240×280mm；长度：2600～6000mm。

钢种：普碳钢、低合金钢、耐候钢等。

辊道速度：1.97m/s 。

钢坯出炉温度：1050～
1180℃。

供水条件：浊环水。

除鳞后钢坯的表面温降<20℃。

2 系统方案选择
根据杭钢中轧厂生产工艺状况，除鳞系统应设计为周期性间断喷水除鳞。

选择柱塞式高压泵+变频器控制方案，将除鳞点位置设置为加热炉出口至粗轧机方向，钢坯四面除磷。

根据德马格―萨克公司推荐，当除鳞装置耗水量大于60 m3/h时，选用离心泵；否则，选用柱塞泵。

对于可逆式板轧机、型钢轧机的除鳞泵站，选用柱塞泵为宜。

柱塞泵的优点是效率高，一般大于90%，空载电流低。

当除鳞装置不喷水时，柱塞泵作循环运转，其空载电流仅为额定电流的12～15%左右。

对于杭钢中轧厂轧钢工艺要求，选择柱塞泵比较合适。

机电设备装备配置要求：系统由高压泵、过滤器、水箱、控制阀、除鳞箱、除鳞环和喷嘴等组成。

电机由变频器调速运行。

3 主要参数选择
3.1 高压泵选择
3.1.1 水泵的压力
对普碳钢在炉内生成的氧化铁皮来说，均匀的打击力希望为2×105～2.5×105Pa，高压水压力一般为16～28MPa。

由系统工作的实际压力，考虑输送管道、阀门、弯头、水罐
的压力损失，确定水泵的额定压力为20MPa，
3.1.2 系统水流量
已知出炉辊道速度为1.97m/s，如果按该速度进行除鳞系统的设计，将使系统的容量大大增加，可通过将除鳞箱所在辊道降速运行的方式，既不影响轧制线产能，又能使系统在容量小的情况下，保证除鳞效果。

因此我们取除鳞辊道速度为1.0m/s，高压水耗量取1.0克/厘米2，则对钢坯最大尺寸300×300mm，根据我们经验计算公式，粗轧除鳞点总流量为：
1.0×（0.3×2+0.3×2）×1.0×10-2×3600=43.2 m3/h
取Q1=45 m3/h
3.2 喷嘴的选择
3.2.1 水射流速度计算
泵站设定水压20MPa，管道沿程压力损失0.65MPa。

因此设定最高压力22MPa，那么喷嘴出口最低压力就能保证20～21MPa。

影响除鳞效果的主要因素是破碎氧化铁皮，这就取决于高压水射流的打击力的大小。

水射流速度只与水压有关，喷射水流速度大，对红钢表面鳞皮打击力越大，破碎速度越快，各品种钢氧化铁皮的破碎都有一个临界破碎压力值，达到这一数值，就可以除鳞，如果超过这一数值压力过大等于能源浪费。

那么取喷嘴喷射压力20MPa（200kgf/cm2）计算：
式中：v―水射流速度，m/s
p―水压力，kg/cm2
根据动量转换，该射流速度转换满足钢坯表面去氧化铁的打击力要求
3.2.2 除鳞喷嘴的基本要求
（1）喷出水流要宽而扁，要形成象锋利的刀子一样的水流。

（2）水流的打击力沿水流宽度上的分布要尽可能均匀。

（3）喷嘴的材料要求耐磨根据试验得知，矩形断面的喷口不适用于高压水除鳞，因为这种喷口在边缘上的冲击力大，而在中间的冲击力小。

试验资料及生产实践表明，椭圆形的喷口断面最佳。

根据以上要求选择椭圆形喷口耐磨喷头，根据这几年喷射技术的发展，并在喷头前设置节流阀。

3.3 高低压水管选型
3.3.1 高压水输送管
当水压22MPa时，高压管道流速不能超过4.5m/s。

根据经验，管道的流速一般限制在3～4m/s。

取4m/s，则管子内径为：
d=1130 mm=1130 =63.17mm
取d=65mm
选取GB8163-87流体输送无缝钢管，外径为Φ89mm。

3.3.2 低压供水管
取总水量50m3/h，低压供水一般水流速度为2m/s，则管子内径为： d=1130 mm=1130 =89.33mm
取d=100mm 选GB8163-87输送流体用热轧无缝钢管，外径Φ114mm。

3.4 除鳞温降校核
高压水最大实际除鳞时间注：因目前无6m长的钢坯，温降校核按3.2m计算。

钢坯长度 L=3.2m
除鳞速度 V=1.2m/s
T实=L /V=2.7秒
允许高压水除鳞时间.
式中： c：钢坯比热，0.114 kcal/kg・℃
γ：钢坯比重，一般为7.85×103 kg/m3
δ： 1/2钢坯厚度0.075 m
a：总散热系数，主要包含高压水冷却散热，其次为空气辐射散热，和辊道传热。

查表得 a=850kcal/m2・h ℃φ：钢坯表面温度和沿厚度上的平均温度之比值，取0.8。

T0：钢坯在除鳞箱入口处温度 1180℃。

T1：钢坯经过高压水除鳞冷却后允许降到的最低温度1030℃。