白陽(yáng)，侯慶波

(河鋼集團(tuán)唐鋼公司長(zhǎng)材部，河北 唐山063016)

摘 要: 高壓水除鱗機(jī)是一種先進(jìn)的、高效的，用于去除鋼坯表面氧化鐵皮的自動(dòng)化設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于板帶、線材、型材生產(chǎn)線上。介紹了鋼坯表面氧化鐵皮的組成、高壓水除鱗機(jī)的工作原理。針對(duì)該除鱗機(jī)在中型生產(chǎn)線就用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如溫度傳感器工作異常、噴嘴壓力確定等，給出了解決措施。中型生產(chǎn)線就用高壓水除鱗機(jī)后，鋼坯的表面光亮，表面質(zhì)量全面提升。

關(guān) 鍵 詞: 高壓水除鱗機(jī);型材生產(chǎn)線;應(yīng)用

0 引言

唐鋼公司長(zhǎng)材部中型車間( 現(xiàn)為中型分廠) 使用陰陽(yáng)面翻鋼機(jī)進(jìn)行除鱗，其原理是輥道將加熱后的熱鋼輸送到翻鋼機(jī)處，通過(guò)翻鋼機(jī)將鋼坯每次翻轉(zhuǎn)90°;如此反復(fù)多次，憑借鋼坯在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中下落的沖擊力對(duì)鋼坯表面氧化鐵皮進(jìn)行去除，這種方法比較落后。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，2012 年5 月在加熱爐出爐3^#輥道處增加了1 套由重慶水泵廠生產(chǎn)的高壓水除鱗設(shè)備，對(duì)鋼坯表面氧化鐵皮進(jìn)行處理，效果明顯，而原翻鋼機(jī)作為應(yīng)急設(shè)備備用。

1 鋼坯表面氧化鐵皮的組成

鋼坯在加熱爐中經(jīng)過(guò)預(yù)熱、均熱后，其表面與空氣中的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在鋼坯表面生成氧化物。氧化物的形式主要有FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃三種，如圖1 所示。

鋼坯的氧化鐵皮層從內(nèi)到外依次為FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃，化學(xué)反應(yīng)式^［1］如下:

其中FeO 中的氧含量最低，它在氧化鐵皮中的含量大約為95%;Fe₃O₄中的氧含量略高，它在氧化鐵皮中的含量約為4%;Fe₂O₃中的含氧量最高，它在氧化鐵皮中的含量最低，約為1%^［2］。

2 高壓水除鱗的工作原理

除鱗機(jī)在非工作狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到有鋼坯通過(guò)時(shí)，反饋信號(hào)給除鱗系統(tǒng)。除鱗系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，通過(guò)變頻器升頻，關(guān)閉循環(huán)閥組，提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在噴嘴處形成高壓水噴射流對(duì)鋼坯表面進(jìn)行除鱗。在高壓水噴射流對(duì)鋼坯表面氧化鐵皮進(jìn)行去除過(guò)程中，通過(guò)延時(shí)開(kāi)關(guān)控制，打開(kāi)循環(huán)閥，保證在單根鋼坯通過(guò)后，除鱗系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到非工作狀態(tài)，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼坯進(jìn)行自動(dòng)除鱗。高壓水除鱗的原理如圖2 所示。

由于FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃的熱膨脹系數(shù)不同，在除鱗過(guò)程中鋼坯會(huì)產(chǎn)生一定的溫降，使得氧化鐵皮層產(chǎn)生龜裂，甚至脫落。此時(shí)，再通過(guò)高壓水的沖刷、氧化鐵皮之間的飛濺、碰撞，從而達(dá)到去除氧化鐵皮的目的。

3 除鱗機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

3． 1 溫度傳感器工作異常

溫度傳感器(HMD － 4ZC1) 用于判斷是否有鋼坯將進(jìn)入除鱗箱^［3］。溫度檢測(cè)值探頭溫度設(shè)定在500 ℃，在溫度傳感器使用初期，有時(shí)出現(xiàn)雖然鋼坯已通過(guò)除鱗機(jī)探頭位置，然而除鱗機(jī)并沒(méi)有啟動(dòng)的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，主要原因是由于鋼坯在輥道輸送過(guò)程中發(fā)生偏擺，鋼坯偏擺撞擊輥道蓋板兩側(cè)立面，使蓋板位置發(fā)生偏移，傳感器探頭正好被偏移后的蓋板立面遮擋，導(dǎo)致除鱗機(jī)探頭檢測(cè)不到鋼坯溫度，所以不出水工作。據(jù)此，對(duì)蓋板與輥道架之間焊接定位卡板，從根本上防止輥道蓋板的偏移，確保傳感器探頭探測(cè)準(zhǔn)確有效。

另外，有時(shí)鋼坯還未到達(dá)除鱗機(jī)傳感器探頭，出現(xiàn)除鱗機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，主要原因是由于探頭位置距離加熱爐出鋼位置太近，鋼坯在出鋼時(shí)經(jīng)滑板撞擊擋板，使撞飛的高溫氧化鐵皮落入除鱗機(jī)探頭附近，觸發(fā)探頭工作，導(dǎo)致除鱗機(jī)異常啟動(dòng)。通過(guò)對(duì)溫度傳感器探頭增加防護(hù)罩的措施，有效阻止了高溫氧化鐵皮引發(fā)探頭誤啟動(dòng)的問(wèn)題，保證了除鱗機(jī)正常工作。

3． 2 噴嘴壓力的確定

除鱗機(jī)的動(dòng)力由異步電動(dòng)機(jī)(Y315L3 － 6，功率160 kW，轉(zhuǎn)速987 r /min) 提供，通過(guò)2 臺(tái)變頻器(ATV71HC20N4 200 kW － 300HP V1． 2IE16) 控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。根據(jù)生產(chǎn)需要，要求除鱗機(jī)噴嘴壓力能夠按照不同產(chǎn)品在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，變頻器頻率與噴嘴壓力的實(shí)測(cè)值對(duì)照，見(jiàn)表1。

除鱗機(jī)噴嘴的壓力還取決于氧化鐵皮附著在鋼坯表面力的大小，而氧化鐵皮的產(chǎn)生又與多種因素有關(guān)，其函數(shù)表達(dá)式為:

P = f(Q、P₀、H、α、v)

式中，P———噴嘴壓力，kg /cm²;

Q———噴嘴流量，L /min;

P₀———脫去氧化鐵皮層的阻力，kg /cm²;

H———噴嘴到鋼坯表面之間的垂直距離，cm;

α———噴嘴與垂直鋼坯表面的角度，°;

v———鋼坯在輥道上運(yùn)行的速度，m /s。

其中α = 15°是除鱗機(jī)廠家最初設(shè)計(jì)參數(shù)，H =15 cm 可實(shí)際測(cè)量得出，v = 2． 55 m /s 可通過(guò)輥道相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出。只有Q、P₀未知，而Q 值是變頻器調(diào)整的可知變量，最后P₀與鋼坯材質(zhì)、眾多環(huán)境因素有關(guān)的復(fù)雜變量，如加熱時(shí)間、加熱溫度、鋼坯運(yùn)行時(shí)間等。盡管P 的具體表達(dá)式無(wú)法寫出，具體值也無(wú)法確定，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際可以得出各鋼種適合的除鱗壓力，見(jiàn)表2。

3． 3 循環(huán)閥組被異物卡死

循環(huán)閥是保證高壓水順利出水的關(guān)鍵，由0． 4～ 0． 6 MPa 壓縮空氣作為動(dòng)力源來(lái)控制，要求粒度≤5 μm，閥門開(kāi)閉時(shí)間≤1 s 且可調(diào)。除鱗機(jī)在工作前，循環(huán)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)壓力逐漸升高。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高至出水壓力，同時(shí)檢測(cè)元件檢測(cè)到出水信號(hào)后，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)換向閥動(dòng)作，循環(huán)閥開(kāi)啟，完成高壓水噴射，再經(jīng)過(guò)延時(shí)開(kāi)關(guān)，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)換向閥反方向動(dòng)作，高壓水停止噴射。

生產(chǎn)過(guò)程中，曾出現(xiàn)循環(huán)閥無(wú)動(dòng)作情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，氣源壓力穩(wěn)定，而換向閥無(wú)動(dòng)作，更換換向閥后，生產(chǎn)恢復(fù)正常，同時(shí)檢查換向閥，發(fā)現(xiàn)換向閥內(nèi)存有異物卡住閥芯。另外，通向循環(huán)閥組的軟管距離鋼坯不足10 m，長(zhǎng)期高溫環(huán)境極易使其老化，導(dǎo)致空氣泄漏，影響氣源壓力穩(wěn)定，利用待坯時(shí)間將該段軟管改為硬管。

4 除鱗效果

該高壓水除鱗設(shè)備自2012 年6 月投入使用至今，整體使用效果良好，同一根鋼坯經(jīng)除鱗前后的效果對(duì)照，見(jiàn)圖3、圖4。

由圖3 可見(jiàn)，除鱗前鋼坯從加熱爐出來(lái)，上表面存在大面積暗色部分(氧化鐵皮)，圖4 中經(jīng)除鱗箱體后表面全是光亮部分。

5 結(jié)語(yǔ)

唐鋼公司中型生產(chǎn)線高壓水除鱗機(jī)自2012 年投入運(yùn)行至2016 年底，在設(shè)備點(diǎn)檢人員的精心維護(hù)下，逐步解決了生產(chǎn)中暴露出來(lái)的問(wèn)題，使除鱗機(jī)的有效作業(yè)率大幅度提升。鋼坯的表面質(zhì)量全面提升，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，高壓水除鱗機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單方便，被廣泛應(yīng)用到類似產(chǎn)品生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)

［1］李華．板帶材軋制新工藝、新技術(shù)與軋制自動(dòng)化及產(chǎn)品質(zhì)量控制實(shí)用手冊(cè)［M］． 北京:冶金工業(yè)出版社，2006:12．

［2］王國(guó)棟． 中國(guó)中厚板軋制技術(shù)與裝備［M］． 北京:冶金工業(yè)出版社，2009:10．

［3］張洪建，王雙啟，李宏宇． 型鋼高壓水除鱗自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］． 河北冶金，2012，(12):60．