高壓水除鱗系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用

侯鐵軍，張洪亮，張春雷，徐 信

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰?河北省鍛造用鋼技術(shù)創(chuàng)新中心，河北承德 067201）

1 問(wèn)題

某鋼廠(chǎng)棒材生產(chǎn)線(xiàn)高壓水除鱗系統(tǒng)于2006 年1 月投產(chǎn)，至今已運(yùn)行15 年，工藝標(biāo)準(zhǔn)及裝備水平逐漸落后，出現(xiàn)傳動(dòng)部件老化、水泵密封面磨損等現(xiàn)象。原工藝設(shè)計(jì)額定壓力25 MPa，適用于普碳鋼、優(yōu)碳鋼的使用。隨著特鋼產(chǎn)品的研發(fā)，合金結(jié)構(gòu)鋼、鋼球鋼、軸承鋼、非調(diào)質(zhì)鋼等比例逐漸增多，尤其是Si、Ni 含量高的鋼種（27SiMn、8620H 等）表面氧化鐵皮粘附性強(qiáng)，表面鐵皮不易與鋼坯剝離（圖1），主要問(wèn)題如下：

圖1 鋼坯除鱗情況

（1）高壓水除鱗系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定壓力25 MPa，因設(shè)備老化，實(shí)際最高工作壓力22 MPa。

（2）除鱗系統(tǒng)能力不足，常規(guī)鋼種的出鋼溫度需要達(dá)到1090 ℃，含Si、Ni 高的鋼種出鋼溫度需達(dá)到上限1170 ℃才能保證鋼坯的除鱗效果，加熱爐煤氣消耗高，且棒材表面容易二次氧化。

2 除鱗原理

高壓水除鱗原理：①利用水的急冷，使氧化鐵皮與坯料體產(chǎn)生溫差，坯料表面的氧化鐵皮龜裂機(jī)械脫鱗[1]；②靠高壓水產(chǎn)生的打擊力鏟除坯料表面的氧化鐵皮。

高壓水除鱗系統(tǒng)工作水源壓力0.2～0.5 MPa，由進(jìn)水總閥門(mén)至自清洗過(guò)濾器，經(jīng)高位水箱然后通過(guò)出口管道分配給各臺(tái)高壓泵。高壓泵進(jìn)水分管經(jīng)低壓蝶閥（選擇工作式或非工作狀態(tài)）及膨脹節(jié)（可減少泵及管線(xiàn)振動(dòng)和噪聲）再到高壓泵的低壓集水器，由于高壓泵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)、排液閥的開(kāi)啟、閉合，高壓管線(xiàn)上的水又受到噴嘴阻力，管線(xiàn)上的水建立壓力（可人為設(shè)定及控制），因高壓泵的液力端裝有止回閥，因此高壓水只能經(jīng)高壓?jiǎn)蜗蚪刂归y、高壓軟管至高壓除鱗環(huán)，通過(guò)噴嘴射向鋼坯，以清除鋼坯表面氧化層。為了達(dá)到最佳效果，在高壓管上還安裝各種附件，如：蓄能器，能吸收管線(xiàn)高壓水的壓力脈沖，使高壓水更平穩(wěn)和噴嘴開(kāi)啟及關(guān)閉時(shí)的水壓沖擊力，管線(xiàn)上的安全閥可保證額定的工作壓力，一旦超壓自動(dòng)排出，既可以保護(hù)設(shè)備安全又能保證人員安全。

3 新增高壓水除鱗系統(tǒng)

新增高壓水除鱗系統(tǒng)[2]以解決除鱗效果不佳的問(wèn)題，主要組成：高壓泵站1 個(gè)，高壓水除鱗裝置1 套（壓力35 MPa），自清洗過(guò)濾器1 臺(tái)，額定壓力35 MPa 的電動(dòng)往復(fù)泵3 臺(tái)（355 kW 變頻電機(jī)，二用一備），西門(mén)子變頻柜3 臺(tái)（一拖一），西門(mén)子PLC柜1 臺(tái)、受電柜1 臺(tái)。

3.1 系統(tǒng)流程

凈環(huán)水→自清洗過(guò)濾器→高位水箱→手動(dòng)蝶閥→高壓泵組→高壓?jiǎn)蜗蚪刂归y→除鱗環(huán)→噴嘴

3.2 系統(tǒng)參數(shù)

除鱗水壓：根據(jù)高壓水除鱗使用數(shù)據(jù)，確定高壓泵額定水壓35 MPa。

噴嘴孔徑及數(shù)量：根據(jù)鋼坯尺寸及鋼種，選用進(jìn)口噴嘴，孔徑2.5 mm，在壓力35 MPa 時(shí)的單個(gè)流量為52.4 L/min，四面除鱗噴嘴數(shù)量共計(jì)為16 只，水量為838 L/min（50.3 m3/h），噴嘴位置見(jiàn)圖2；考濾噴嘴磨損后水量的補(bǔ)償，選用每臺(tái)高壓泵的流量為30 m3/h，總流量為60 m3/h，高壓泵額定壓力35 MPa，采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)泵的流量、壓力。

圖2 噴嘴布置示意

3.3 除鱗裝置

由箱體、除鱗環(huán)、防撞導(dǎo)衛(wèi)、退鋼導(dǎo)位、擋水罩等組成，安裝在加熱爐后輥道上。噴嘴使用進(jìn)口萊克勒品牌，具有打擊力大，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。擋水罩進(jìn)、出口設(shè)置雙鏈簾，防止高壓水及鱗片飛濺（進(jìn)口擋水罩長(zhǎng)度≥3 m）。除鱗集管和箱體連接要定位，與管道采用法蘭軟連接，便于拆卸和更換。

（1）除鱗點(diǎn)：1 個(gè)。

（2）除鱗方式：四面除鱗。

（3）坯料規(guī)格：240 mm×240 mm，200 mm×200 mm，長(zhǎng)度9 m。

（4）除鱗線(xiàn)速度：坯料速度0.85～1 m/s。

（5）坯料溫度：950～1150 ℃。

（6）鋼種材料：優(yōu)碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鋼球鋼、軸承鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼等。

3.4 除鱗方式

利用現(xiàn)有熱金屬檢測(cè)儀HMD，安裝位置改到除鱗箱前2～3 m處檢測(cè)坯料位置，將檢測(cè)信號(hào)傳送給PLC，通過(guò)PLC 控制閥的開(kāi)、閉，從而實(shí)現(xiàn)間斷式除鱗。

3.5 能源介質(zhì)需求

（1）除鱗系統(tǒng)用水：凈環(huán)水，水壓0.2～0.5 MPa，最大用量60 m3/h。

（2）壓縮空氣壓力：0.4～0.6 MPa。

（3）除鱗系統(tǒng)電源：電壓380 V/220 V±5%、50 Hz；總裝機(jī)容量1080 kW。

3.6 電控

主電機(jī)采用變頻啟動(dòng)，電氣控制系統(tǒng)采用PLC 對(duì)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)鎖控制，主電機(jī)與油泵電機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)、壓力開(kāi)關(guān)、油溫開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖，并與管道上的壓力開(kāi)關(guān)、閥門(mén)限位開(kāi)關(guān)、熱金屬檢測(cè)器、水箱液位計(jì)及二位三通電磁閥聯(lián)鎖。

（1）允許啟動(dòng)高壓泵條件：進(jìn)、出口閥門(mén)上限到打開(kāi)，油泵電機(jī)工作正常，油壓正常，進(jìn)口水壓力正常，二位三通電磁閥不得電，水箱液位低不報(bào)警。

（2）在以下情況下報(bào)警：進(jìn)口水壓及潤(rùn)滑油壓力＜0.2 MPa，泵的出口壓力＞35 MPa，泵的油溫＞75 ℃，水箱液位低。

（3）在以下情況下自動(dòng)停車(chē)：進(jìn)口水壓及潤(rùn)滑油壓力＜0.15 MPa時(shí)延時(shí)15 s，泵的出口壓力＞36 MPa，泵和減速機(jī)的油溫≥80 ℃時(shí)，水箱缺水。

3.7 系統(tǒng)節(jié)能措施

通過(guò)安裝在除鱗水泵液力端的氣缸開(kāi)、閉實(shí)現(xiàn)除鱗系統(tǒng)間歇性提供高壓水，在不除鱗時(shí)氣缸打開(kāi)，水泵處于10 Hz 的低頻空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅不消耗水，還能節(jié)電節(jié)能。

4 投用效果

（1）新除鱗系統(tǒng)使用后，系統(tǒng)最高使用壓力可達(dá)到35 MPa（原最高使用壓力22 MPa）。

（2）鋼坯除鱗效果明顯改善：含Cr、Si、Ni 的特殊鋼種除鱗完全、效果明顯改善（8620H、30CrMnSiA 等），除鱗效果見(jiàn)圖3；據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年1—7 月因鋼坯除鱗不凈造成棒材產(chǎn)生麻面的修磨量為零。

圖3 新除鱗系統(tǒng)使用后鋼坯除鱗效果

（3）鋼坯出爐溫度降低：常規(guī)鋼種的出鋼溫度降到1050 ℃左右，比改造前降低30 ℃，節(jié)省煤氣，減少氧化燒損。

（4）節(jié)能效果：改進(jìn)后的系統(tǒng)在不除鱗時(shí)，安裝在水泵液力端的氣缸打開(kāi)，水泵處于10 Hz 的低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)除鱗水零消耗，節(jié)電節(jié)能。