熱軋帶鋼生產(chǎn)線高壓水除鱗裝置的應(yīng)用

李鵬來，黃 爽，伍中原，張宏杰，崔金棟，張衛(wèi)國

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

0 前言

在熱軋帶鋼生產(chǎn)過程中，鋼坯在加熱爐中加熱時會氧化而生成很厚的一次氧化鐵皮，在軋制過程中又存在二次氧化過程，形成較薄的二次氧化鐵皮[1]。在軋制過程中氧化鐵皮會被壓入帶鋼表面而形成夾雜和疤痕[1-8]，影響金產(chǎn)品的性能質(zhì)量。

隨著帶鋼市場的競爭日趨激烈以及開發(fā)高質(zhì)量、高附加值的帶鋼產(chǎn)品的需求，有效去除鋼坯表面的氧化鐵皮已成為急需解決的問題[9-14]。高壓水除鱗技術(shù)對氧化鐵皮除凈效率高、無污染、綜合成本低，被廣泛采用[3]。目前熱軋帶鋼生產(chǎn)線通常設(shè)置粗軋高壓水除鱗系統(tǒng)與精軋高壓水除鱗系統(tǒng)[15-20]。

1 高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

1.1 粗軋高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋除高壓水除鱗系統(tǒng)為離心泵+蓄能器組配置，離心泵提供平均水量，蓄能器提供峰值時的泵供之外的水量。由于粗軋除鱗系統(tǒng)的工作制為間斷供水，當(dāng)除鱗點開始用水時，噴射閥打開，由蓄能器提供所需高壓水，蓄能器的水位開始下降，蓄能器壓力下降到切換點(21 MPa)時，由壓力傳感器發(fā)出信號，兩臺離心泵同時升速至工作轉(zhuǎn)速(2 800 r/min)，排出高壓水，對鋼坯進行高壓水除鱗，當(dāng)除鱗點停止用水時，噴射閥關(guān)閉，兩臺離心泵繼續(xù)保持工作轉(zhuǎn)速向蓄能器補充消耗掉的高壓水。當(dāng)蓄能器壓力達到設(shè)定上限值(22 MPa)或水位達到蓄能器設(shè)定的5#水位時，兩臺離心泵同時由工作轉(zhuǎn)速降至基速(650 r/min)，此時離心泵輸出近似零流量，完成一個工作循環(huán)。

1.2 精軋高壓水除鱗系統(tǒng)工作原理

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線精軋高壓水除鱗系統(tǒng)采用3臺離心泵直供形式，分別供應(yīng)精軋高壓水除鱗箱前排和后排集水管用水，而且兩臺工作離心泵分別與前后排集水管對應(yīng)且互不干涉；第三臺離心泵是兩臺工作泵的備用泵，通過兩個高壓截止閥開或關(guān)的切換分別實現(xiàn)與前排或后排集水管高壓水主管道相通。當(dāng)軋線發(fā)出開始除鱗信號時，兩臺工作離心泵升速(2 800 r/min)升壓(22 MPa)進行帶鋼除鱗(噴射閥處于“長開”狀態(tài))，精軋除鱗離心泵相對于粗軋離心泵來說是較長時間連續(xù)穩(wěn)定壓力供水的模式；當(dāng)軋線發(fā)出終止除鱗信號時，離心泵降至基速狀態(tài)(650 r/min)，此時除鱗噴射閥仍處于“長開”狀態(tài)，系統(tǒng)壓力通常不會超過 3 MPa，完成精軋除鱗系統(tǒng)一個工作循環(huán)。

2 除鱗泵站裝置

某熱軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋、精軋高壓水除鱗泵站均主要由3套工頻電機+液力偶合器+離心泵(2用1備)、3臺出口閥組(2用1備)、1個低壓水罐等裝置組成。此外，粗軋高壓水除鱗泵站還包括2組蓄能器組，如圖1所示。

圖1 除鱗泵站原理圖

2.1 工頻電機+液力偶合器+離心泵

電機額定功率為3 000 kW，轉(zhuǎn)速恒定2 980 r/min；液力偶合器最大功率為3 250 kW；離心泵額定流量為280 m3/h，揚程為2 450 m。

電機與液力偶合器輸入軸端連接，恒定轉(zhuǎn)速為2 980 r/min。液力偶合器輸出軸端與離心泵輸入軸端連接， 用于控制離心泵的轉(zhuǎn)速，即液力偶合器可帶動離心泵迅速從基速(650 r/min)升至工作轉(zhuǎn)速(2 800 r/min)，也可帶動離心泵迅速從工作轉(zhuǎn)速降至基速狀態(tài)(基速為節(jié)能狀態(tài))。

離心泵處于工作轉(zhuǎn)速時，在離心力作用下輸出高壓水(22 MPa)，離心泵處于基速時，輸出近似零流量。

電機輸入、輸出端軸瓦潤滑，液力偶合器傳動及其輸入、輸出端軸瓦潤滑，離心泵輸入、輸出軸瓦潤滑由一套獨立的集中潤滑系統(tǒng)提供。液力偶合器的升降速通過勺管伸縮實現(xiàn)，勺管的伸縮采用液壓控制。

2.2 出口閥組

出口閥組由循環(huán)閥組、逆止平衡閥、液動錐閥組成。

循環(huán)閥組(DN65)也稱為過熱閥組，由可調(diào)節(jié)流量閥和氣控噴射閥組成。其作用是調(diào)節(jié)離心泵體溫度，當(dāng)泵體溫度達到程序中設(shè)定溫度(45 ℃)時，循環(huán)閥組開啟，泵低速外排水至渣溝，當(dāng)泵體溫度降低至40 ℃時，循環(huán)閥組關(guān)閉?？烧{(diào)節(jié)流量閥用于調(diào)節(jié)泵循環(huán)管線的過水截面積，過水截面積隨著閥的開啟高度而變化。順時針旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)流量閥閥桿為減小過水截面積。

逆止平衡閥(DN150)采用插裝閥結(jié)構(gòu)形式，用以防止離心泵輸出的高壓水倒流，其本質(zhì)就是一個插裝式單向閥。

液動錐閥(DN150)同樣采用插裝閥結(jié)構(gòu)形式，主要作用是在啟動離心泵時，其處于關(guān)閉狀態(tài)，防止啟泵過程中對除鱗管路系統(tǒng)造成較大沖擊，同時可以調(diào)節(jié)離心泵的出口流量。

現(xiàn)階段，通過一個氣缸帶動一組滑閥式閥芯上下動作控制高壓水啟閉的出口閥的應(yīng)用也越來越多，該類型的出口閥的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，便于拆裝維護。

2.3 蓄能器組

粗除鱗每套蓄能器組包含1個氣-水罐，1個氣罐，容積均為8 m3，在除鱗系統(tǒng)中的作用是輔助提供峰值水量和瞬時水量，每套蓄能器組有壓力和液位兩個控制點；其中壓力點取自蓄能器組中的氣-水罐的壓縮空氣管路，其用于檢測蓄能器的工作壓力(確定離心泵升降速切換的壓力點)；液位控制點共3個：1#水位為低低液位，氣-水罐實際水位≤此液位控制點時，最低液面閥關(guān)閉，噴射閥停止除鱗而處于關(guān)閉狀態(tài)；2#水位為低液位，實際水位≤此液位控制點時，發(fā)出水位低報警信息；3#與4#水位為參考水位，即除鱗系統(tǒng)運行期間，氣-水罐處于的理想水位；5#水位為高液位，當(dāng)實際水位≥此液位時，離心泵自動降至基速運行，離心泵不升速；6#水位為高高液位，當(dāng)實際水位≥此液位時，粗除鱗系統(tǒng)發(fā)生“跳泵”，粗軋除鱗系統(tǒng)停止工作，如圖2所示。

圖2 蓄能器組原理圖

2.4 低壓緩沖水罐

離心泵在升速和啟動時，瞬時流量較大，同時在運行時，供水管線的流量及壓力波動對鱗系統(tǒng)的運行有較大影響，低壓緩沖水罐可以消除這些現(xiàn)象的產(chǎn)生。

低壓緩沖水罐容積為8 m3，在工作時為一個封閉的低壓氣-水罐，充水液位為罐容積的1/2左右；罐內(nèi)通入壓縮空氣，當(dāng)罐內(nèi)壓縮空氣壓力與供水壓力(0.5 MPa)平衡后，打開供水管線之間的手動閥門投入自動運行。低壓緩沖水罐設(shè)有最低液位保護，當(dāng)液位降低至最低液位時，關(guān)斷閥自動關(guān)閉，罐內(nèi)的水不能排出，但可以向罐內(nèi)補水；當(dāng)液位恢復(fù)后，關(guān)斷閥自動打開。

3 噴射閥組

粗軋除鱗噴射閥結(jié)構(gòu)形式為先導(dǎo)水控制錐式閥組，閥組包含一個DN150手動閘閥、一個DN150噴射閥、一個DN50低壓預(yù)充水閥組。其中，噴射閥的啟閉采用先導(dǎo)水控制方式，低壓預(yù)充水閥組是雙單向閥+安全閥結(jié)構(gòu)，安全閥的設(shè)定壓力1 MPa，當(dāng)預(yù)充水管線因高壓水瞬時作用壓力超過1 MPa 時，安全閥溢流。粗除鱗噴射閥在非工作狀態(tài)時處于關(guān)閉狀態(tài)，在噴射閥出口至除鱗集管之間管路通過低壓預(yù)充水閥組實現(xiàn)充滿低壓水，目的是防止噴射閥出口管道進入空氣，從而避免噴射閥開啟除鱗瞬間對管道及除鱗集管造成強烈沖擊。在噴射閥出口管道上設(shè)置預(yù)充水流量計，其用于檢測預(yù)充水流量，并與噴射閥聯(lián)鎖，當(dāng)流量計未檢測到水流量信號時，噴射閥不開啟，離心泵不升速。

精軋除鱗噴射閥結(jié)構(gòu)形式與粗除鱗噴射閥相似，區(qū)別在于：精除鱗噴射閥設(shè)定為“長開”模式，在離心泵基速狀態(tài)下，仍有低壓水從噴射閥流出，因此精除鱗噴射閥沒有設(shè)置預(yù)充水閥。

粗軋除鱗系統(tǒng)包含6組噴射閥、精軋除鱗系統(tǒng)包含2組噴射閥，每組噴射閥出口管路連接上、下兩組除鱗集管，噴射閥具體分布：

(1)側(cè)壓機前除鱗箱入口噴射閥、出口噴射閥組；

(2)粗軋機R1入口噴射閥、出口噴射閥組；

(3)粗軋機R2入口噴射閥、出口噴射閥組；

(4)精軋機F1前入口噴射閥、出口噴射閥組。

隨著技術(shù)進步，通過一個氣缸帶動一套滑閥式閥芯上下動作控制高壓水啟閉的噴射閥組應(yīng)用也越來越廣泛，該類型的噴射閥組的優(yōu)點噴射高壓水時動作平穩(wěn)，沖擊振動小；另外該類型閥組結(jié)構(gòu)簡單，拆裝維護方便。

圖3 粗軋機R2入口與出口噴射閥原理圖

4 結(jié)束語

近年來，隨著對帶鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求越來越高，很多熱軋帶鋼生產(chǎn)線精除鱗系統(tǒng)實施改造，將精軋除鱗壓力提高至30 MPa甚至更高；還有在精軋機F1出口、F2出口增設(shè)了機架間除鱗，除鱗壓力通常在10～12 MPa之間，其工作原理與精軋除鱗相類似。為進一步降低能耗成本，現(xiàn)在改造或新建的除鱗泵站流行采用變頻電機+離心泵結(jié)構(gòu)形式，也有為提高響應(yīng)速度，采用變頻電機+增速機+離心泵結(jié)構(gòu)形式，或者采用變頻電機+離心泵結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)的工頻電機+液力偶合器+離心泵結(jié)構(gòu)形式相比，節(jié)省電能幅度達到20%以上。