高壓水除鱗機在型材生產線的應用

發布日期：2017-10-26 作者：白陽，侯慶波瀏覽次數：931

核心提示：摘要: 高壓水除鱗機是一種先進的、高效的，用于去除鋼坯表面氧化鐵皮的自動化設備，被廣泛應用于板帶、線材、型材生產線上。介紹了鋼坯表面氧化鐵皮的組成、高壓水除鱗機的工作原理。針對該除鱗機在中型生產線就用過程中出現的問題，如溫度傳感器工作異常、噴嘴壓力確定等，給出了解決措施。中型生產線就用高壓水除鱗機后，鋼坯的表面光亮，表面質量全面提升。

高壓水除鱗機在型材生產線的應用

白陽，侯慶波

(河鋼集團唐鋼公司長材部，河北唐山063016)

摘要: 高壓水除鱗機是一種先進的、高效的，用于去除鋼坯表面氧化鐵皮的自動化設備，被廣泛應用于板帶、線材、型材生產線上。介紹了鋼坯表面氧化鐵皮的組成、高壓水除鱗機的工作原理。針對該除鱗機在中型生產線就用過程中出現的問題，如溫度傳感器工作異常、噴嘴壓力確定等，給出了解決措施。中型生產線就用高壓水除鱗機后，鋼坯的表面光亮，表面質量全面提升。

關鍵詞: 高壓水除鱗機;型材生產線;應用

0 引言

唐鋼公司長材部中型車間( 現為中型分廠) 使用陰陽面翻鋼機進行除鱗，其原理是輥道將加熱后的熱鋼輸送到翻鋼機處，通過翻鋼機將鋼坯每次翻轉90°;如此反復多次，憑借鋼坯在翻轉過程中下落的沖擊力對鋼坯表面氧化鐵皮進行去除，這種方法比較落后。為了提高產品質量和工作效率，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的高壓水除鱗設備，對鋼坯表面氧化鐵皮進行處理，效果明顯，而原翻鋼機作為應急設備備用。

1 鋼坯表面氧化鐵皮的組成

鋼坯在加熱爐中經過預熱、均熱后，其表面與空氣中的氧發生氧化還原反應，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到外依次為FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃，化學反應式^［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

除鱗機在非工作狀態時，電動機處于低速運轉。當溫度傳感器檢測到有鋼坯通過時，反饋信號給除鱗系統。除鱗系統進行轉換計算，通過變頻器升頻，關閉循環閥組，提高電動機轉速，在噴嘴處形成高壓水噴射流對鋼坯表面進行除鱗。在高壓水噴射流對鋼坯表面氧化鐵皮進行去除過程中，通過延時開關控制，打開循環閥，保證在單根鋼坯通過后，除鱗系統自動恢復到非工作狀態，如此反復，實現對鋼坯進行自動除鱗。高壓水除鱗的原理如圖2 所示。

由于FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃的熱膨脹系數不同，在除鱗過程中鋼坯會產生一定的溫降，使得氧化鐵皮層產生龜裂，甚至脫落。此時，再通過高壓水的沖刷、氧化鐵皮之間的飛濺、碰撞，從而達到去除氧化鐵皮的目的。

3 除鱗機在使用過程中發現的問題及解決辦法

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入除鱗箱^［3］。溫度檢測值探頭溫度設定在500 ℃，在溫度傳感器使用初期，有時出現雖然鋼坯已通過除鱗機探頭位置，然而除鱗機并沒有啟動的現象。經現場勘察，主要原因是由于鋼坯在輥道輸送過程中發生偏擺，鋼坯偏擺撞擊輥道蓋板兩側立面，使蓋板位置發生偏移，傳感器探頭正好被偏移后的蓋板立面遮擋，導致除鱗機探頭檢測不到鋼坯溫度，所以不出水工作。據此，對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準確有效。

另外，有時鋼坯還未到達除鱗機傳感器探頭，出現除鱗機自動啟動現象。經現場勘察，主要原因是由于探頭位置距離加熱爐出鋼位置太近，鋼坯在出鋼時經滑板撞擊擋板，使撞飛的高溫氧化鐵皮落入除鱗機探頭附近，觸發探頭工作，導致除鱗機異常啟動。通過對溫度傳感器探頭增加防護罩的措施，有效阻止了高溫氧化鐵皮引發探頭誤啟動的問題，保證了除鱗機正常工作。

3． 2 噴嘴壓力的確定

除鱗機的動力由異步電動機(Y315L3 － 6，功率160 kW，轉速987 r /min) 提供，通過2 臺變頻器(ATV71HC20N4 200 kW － 300HP V1． 2IE16) 控制實現對電動機轉速的調整。根據生產需要，要求除鱗機噴嘴壓力能夠按照不同產品在一定范圍內變動，變頻器頻率與噴嘴壓力的實測值對照，見表1。

除鱗機噴嘴的壓力還取決于氧化鐵皮附著在鋼坯表面力的大小，而氧化鐵皮的產生又與多種因素有關，其函數表達式為:

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———鋼坯在輥道上運行的速度，m /s。

其中α = 15°是除鱗機廠家最初設計參數，H =15 cm 可實際測量得出，v = 2． 55 m /s 可通過輥道相關參數計算得出。只有Q、P₀未知，而Q 值是變頻器調整的可知變量，最后P₀與鋼坯材質、眾多環境因素有關的復雜變量，如加熱時間、加熱溫度、鋼坯運行時間等。盡管P 的具體表達式無法寫出，具體值也無法確定，通過生產實際可以得出各鋼種適合的除鱗壓力，見表2。

3． 3 循環閥組被異物卡死

循環閥是保證高壓水順利出水的關鍵，由0． 4～ 0． 6 MPa 壓縮空氣作為動力源來控制，要求粒度≤5 μm，閥門開閉時間≤1 s 且可調。除鱗機在工作前，循環閥處于關閉狀態，系統壓力逐漸升高。當系統壓力升高至出水壓力，同時檢測元件檢測到出水信號后，壓縮空氣驅動換向閥動作，循環閥開啟，完成高壓水噴射，再經過延時開關，壓縮空氣驅動換向閥反方向動作，高壓水停止噴射。

生產過程中，曾出現循環閥無動作情況。經檢查發現，氣源壓力穩定，而換向閥無動作，更換換向閥后，生產恢復正常，同時檢查換向閥，發現換向閥內存有異物卡住閥芯。另外，通向循環閥組的軟管距離鋼坯不足10 m，長期高溫環境極易使其老化，導致空氣泄漏，影響氣源壓力穩定，利用待坯時間將該段軟管改為硬管。

4 除鱗效果

該高壓水除鱗設備自2012 年6 月投入使用至今，整體使用效果良好，同一根鋼坯經除鱗前后的效果對照，見圖3、圖4。