高压水除鳞讲解.doc

高压水除鳞系统的自动化控制张小松【摘要】叙述了高压水除鳞的机理，重点介绍高压水系统的自动控制，对系统的设计及基本的计算方法简要说明。【关键词】热轧生产高压水除鳞自动控制0前言在热轧钢材生产过程中，钢坯表面的炉生氧化铁皮是影响钢材表面质量的主要原因之一，由于它的存在，使钢材表面产生凹坑、麻点、氧化铁压入等多种产品缺陷。为了解决这一问题，国内外已经采用多种除鳞方法，相比之下，高压水除鳞技术具有适应钢种范围广，除净率高，综合成本低等优点。在热态除鳞和冷态除鳞中得到了广泛应用，成为当今除鳞方法的主流。2008年9月京唐钢铁股份有限公司热轧带钢厂（简称京唐钢铁）投入了1套高压水除鳞装置，并于当年的12月投入使用，到目前为止，该设备运转正常，除鳞工作可靠，除鳞效果良好。1高压水除鳞的机理钢坯从加热炉中出炉后,其表面覆盖的氧化铁皮急速冷却,炉内生成的氧化铁皮呈现网状裂纹。在高压水的喷射之下,氧化铁皮表面局部急冷,产生很大收缩,从而使氧化铁皮裂纹扩大,并有部分翘曲。经高压水流的冲击,在裂纹中高压水的动压力变成流体的静压力而打入氧化铁皮底部,使氧化铁皮从钢坯表面剥落,达到了清除氧化铁皮之目的。图1高压水除鳞机理示意图根据上述机理,在设计除鳞设备时,应特别考虑轧制速度、轧制温度、喷嘴的水流量、喷嘴处的水流压力等因素的影响。再有,氧化铁皮的化学成分及位层的组成与钢材的原料成分、加热温度、加热时间、炉内气氛条件和轧制工艺有密切关系。对于碳钢而言,氧化铁皮表层为Fe2O3,中间层为Fe3O4,内层为FeO。目前高压水除鳞系统的设计及应用,还存在一些问题。为了总结提高高压水除鳞效果,本文对系统一些主要问题进行一定探讨,以供有关设计、生产管理人员参考。2喷嘴的选择及安装2.1喷嘴的选择高压水除鳞效果的好坏,在很大程度上取决于喷嘴的结构及喷口的形状。除鳞喷嘴的基本要求有三点:(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。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2×10～2.5×10Pa。高压水压力一般为16～28MPa。(3)喷嘴的材料要求耐磨根据计算,当水压达到16MPa时,喷嘴口处的水流速度可达144m/s左右。因此没有耐磨的材料,喷嘴就要经常更换,增加停轧时间,影响生产效率。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。各种不同的轧制钢材,有它最合适的高压水的消耗量(喷射强度)。如热轧带钢生产线上,一般碳钢及低合金钢的高压水消耗量为:605Lt轧件,在初轧机架上为350Lt,在精轧机架上消耗为225Lt。对于不同钢种、不同材质需不同的喷射强度。单只喷嘴的水耗量Q(L/S),可按下式进行计算:Q1=F·V·1000式中:F:喷嘴喷口截面积(m)V:喷嘴喷出口的流速(m/s)V=μ式中:μ:流量系数,外伸圆柱形管嘴μ=0.82(根据不同喷嘴形状,其值在0.8～1之间)g:重力加速度(9.8m/s)p:工作压力(m水柱)3除鳞系统的自动控制3.1根据轧制除鳞工艺设计二套除鳞系统相对一个系统而言降低了重叠除鳞流量，减少除鳞点压力波动和重叠除鳞次数，保证除鳞质量和均匀的冷却；3.2采用偶合器调速，实现离心泵“按需供给”降低运行成本避免离心泵出现闭点压力和过热烧泵现象，提高系统运行可靠性；降低蓄能器持续峰值压力，降低系统高压风险投资；减少离心泵高速高压运行时间，提高高压系统耐压元件使用寿命；避免蓄能器冒顶，提高系统运行的可靠性；提高生产效率3.3粗轧泵站采用蓄能器与泵站二处布置供水压力源靠近除鳞点，压力降少，有利除鳞质量；蓄能器靠近除鳞点减少离心泵负荷和管路冲击；二个压力源为三个除鳞点供水，系统压力均衡。3.4FSB系统采用离心泵直接供水除鳞点压力恒定，没有波动；除鳞质量好；系统管网无冲击震动，运行可靠性高；采用中间坯全除鳞和中间坯让头二种除鳞工艺，满足不同钢种除鳞需要。3.5粗、精轧泵站控制系统与轧制线除鳞和换辊等非生产停机作业间隔，实现离心泵根据轧制除鳞需要供水，除鳞点压力22MPa可调，实现非生产停机作业期间，泵站至除鳞点压力约1.5MPa，有利轧机区域作业人员安全。水源高压水泵循环阀止回阀蓄能器喷射控制器除鳞集管图2高压水除鳞系统简图4.电控仪表4.1基础自动化部分两个泵站设置两套PLC控制系统，采用西门子PLCS7-317、配多个ET-200M工作站，对高压水除鳞泵、高压电机、液力偶合器、液压站、联合油站、除鳞机、除鳞阀、蓄势器等设备实现远程控制及信号采集，根据除鳞系统的工艺要求及除鳞设备的特殊性，编制安全可靠的运转程序保证除鳞系统安全、可靠、自动节能运行。4.2工控机人机界面部分每个泵