粗軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置研究

范玉林

1.一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司助理工程師，遼寧 大連 116600

工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，不僅對(duì)軋鋼主機(jī)提出了更高要求，而且對(duì)除鱗導(dǎo)衛(wèi)的要求也越來(lái)越高。當(dāng)代先進(jìn)的除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置除具有基本的鋼板導(dǎo)向作用外，還要滿(mǎn)足板坯除鱗、軋輥冷卻及煙塵抑制等各項(xiàng)工藝要求。本文將簡(jiǎn)述除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置的結(jié)構(gòu)和功能，并探討打擊力的影響參數(shù)，為以后的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。

1 結(jié)構(gòu)比較

1.1 熱連軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置結(jié)構(gòu)分析

某1580 mm生產(chǎn)線(xiàn)上R2軋機(jī)的入口、出口導(dǎo)衛(wèi)裝置位于操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)機(jī)架之間，機(jī)架上裝有導(dǎo)向鍵，上導(dǎo)衛(wèi)裝置可沿導(dǎo)向鍵上下移動(dòng)；導(dǎo)衛(wèi)架體通過(guò)導(dǎo)向鍵定位，并留有滑動(dòng)間隙。下導(dǎo)板用于主機(jī)前后輥道、機(jī)架輥和工作輥?zhàn)o(hù)板之間的鋼板過(guò)渡，防止鉆鋼事故發(fā)生（見(jiàn)圖1）。

（1）上導(dǎo)衛(wèi)架體

圖1 熱連軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置

上導(dǎo)衛(wèi)架體與支承輥平衡鉤之間靠提升液壓缸連接，工作時(shí)隨軋輥開(kāi)口度變化沿導(dǎo)向鍵做升降運(yùn)動(dòng)。上導(dǎo)衛(wèi)架體下端為導(dǎo)板，與下導(dǎo)板形成喇叭口狀，便于鋼板的導(dǎo)入。為承受鋼板頭部的刮蹭和撞擊，導(dǎo)板需有一定厚度；在工作過(guò)程中，提升缸提供一定的過(guò)平衡力，使導(dǎo)板端部緊緊貼合在工作輥?zhàn)o(hù)板的下面，避免因受到刮蹭而與工作輥?zhàn)o(hù)板脫開(kāi)。在上導(dǎo)衛(wèi)架體上安裝有除鱗集管、冷卻集管和煙塵抑制集管，其導(dǎo)板與工作輥?zhàn)o(hù)板為隨動(dòng)關(guān)系，一方面保證高壓水在輥縫及板坯厚度變化時(shí)仍保持有效除鱗高度（噴嘴到板坯表面的垂直距離），并保護(hù)噴嘴等免受運(yùn)動(dòng)板坯撞擊，另一方面，可防止冷卻水直接落到鋼板表面，保證鋼板在軋制過(guò)程中的溫度要求。當(dāng)換工作輥時(shí)，由提升缸將其落下使上導(dǎo)板與工作輥?zhàn)o(hù)板脫開(kāi)，保證換輥推拉順利。

（2）高壓水除鱗裝置

上除鱗集管固定在上導(dǎo)衛(wèi)架體上，隨導(dǎo)衛(wèi)架體一起升降，保證高壓水的有效噴射高度。下除鱗集管安裝在下導(dǎo)板下面，位置固定，不需調(diào)整。

（3）軋輥冷卻裝置

上導(dǎo)衛(wèi)架體和下導(dǎo)板下面都安裝有軋輥冷卻裝置，分別為工作輥和支承輥進(jìn)行冷卻。入口和出口軋輥冷卻噴嘴采用交叉布置，以獲得更均勻的冷卻效果。

（4）煙塵抑制裝置

主要是通過(guò)上下集管?chē)娮靽姵鏊F，吸附和遮擋軋制過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵顆粒，從而達(dá)到抑制煙塵的環(huán)保作用。

（5）水幕攔截和收集裝置

當(dāng)板坯未到達(dá)下部除鱗或剛剛完成軋制時(shí)，噴出的下部除鱗水由收集罩遮擋和收集后，從側(cè)面排水口排入沖渣溝。而軋制時(shí)噴出的上除鱗高壓水經(jīng)過(guò)鋼板的反射，連同氧化皮一起向外飛濺，此時(shí)攔截裝置噴出水幕與收集罩一起將除鱗水和氧化皮攔截下來(lái)，最終流入沖渣溝。

當(dāng)然，在不同的熱軋機(jī)組中，除鱗導(dǎo)衛(wèi)的布置可能會(huì)有所不同，比如，只有出口或入口單側(cè)除鱗裝置等等。

1.2 中厚板軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置

中厚板軋機(jī)的除鱗導(dǎo)衛(wèi)在結(jié)構(gòu)上和熱連軋粗軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)基本相同，也具有包括導(dǎo)衛(wèi)、除鱗、軋輥冷卻、煙塵抑制和收集攔截功能（見(jiàn)圖2）。其不同之處在于：

（1）因中厚板坯料有較短規(guī)格的板坯，一般中厚板軋機(jī)的機(jī)架輥＞2根，所以導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有單獨(dú)的下導(dǎo)板；

（2）中厚板軋機(jī)工作輥與支承輥的輥徑比要比熱連軋小，為與工作輥?zhàn)o(hù)板貼合，上導(dǎo)板向軋機(jī)中心線(xiàn)伸展較長(zhǎng)，導(dǎo)致其重心相對(duì)于提升缸鉸接軸心有較大的偏心。當(dāng)上導(dǎo)衛(wèi)做升降運(yùn)動(dòng)時(shí)滑板與機(jī)架導(dǎo)向鍵之間的受力不均；

（3）由于中厚板軋機(jī)輥身比較長(zhǎng)，整個(gè)噴水集管的噴水量相當(dāng)大。但由于除鱗集管和冷卻集管有足夠的空間作成多腔體形式，可以實(shí)現(xiàn)分段控制，避免水資源浪費(fèi)；

因此，對(duì)于規(guī)格比較大的熱連軋機(jī)，如結(jié)構(gòu)允許，除鱗集管也應(yīng)設(shè)計(jì)成分段腔體的形式。

圖2 中厚板軋機(jī)除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置

2 射流參數(shù)分析

高壓水打擊力的大小是決定能否達(dá)到除鱗效果的關(guān)鍵因素。下面從計(jì)算公式入手，分析除鱗打擊力各參數(shù)對(duì)除鱗效果的影響。

對(duì)于單個(gè)噴嘴，其打擊力可按下式計(jì)算[1]：

式中，F(xiàn)—打擊力（N）；ρ—水的密度，取1×103kg/m3；Q—單位時(shí)間內(nèi)流量 （m3/s）；Kq—流量系數(shù)，取0.85；v—射流出射后速度（m/s）；Kv—空氣中減速系數(shù)，當(dāng)距離為200 mm、300 mm、500 mm時(shí)，取值分別為1、0.95和0.85。

另外，根據(jù)流體伯努利方程[2]，在忽略比位能變化情況下可近似得出：

式中，P—射流壓力（Pa）。將式（2）代入式（1）中，可得：

除鱗噴嘴噴出的射流幾何截面通常為長(zhǎng)條形，為計(jì)算方便起見(jiàn)，將射流看成近似四棱錐形狀（見(jiàn)圖 3）。

根據(jù)幾何關(guān)系，噴射區(qū)域面積為

帶入式（3），可得單位面積打擊力

式中，Pi—噴嘴單位面積打擊力（Pa）。

由式（5）可知，除鱗打擊力既與噴嘴流量、噴射壓力有關(guān)，也與噴嘴本身噴射角和安裝位置等參數(shù)有關(guān)。

噴射壓力P 噴射壓力的1/2次方與打擊力成正比。因此可采取提高系統(tǒng)壓力的方法提高打擊力，但系統(tǒng)壓力一方面受高壓水泵系統(tǒng)的限制，另一方面，過(guò)高的噴射壓力會(huì)加劇噴嘴磨損。近年來(lái)，熱軋板帶除鱗水壓力多在15～28 MPa范圍內(nèi)；

噴嘴流量Q 噴嘴流量與打擊力成正比。當(dāng)然，要獲得更高的打擊力，不能僅靠提高噴嘴流量，還要考慮除鱗系統(tǒng)的節(jié)能要求，這也是除鱗系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)；

噴射距離H 打擊力與噴射距離H的平方成反比。減小H值，對(duì)提高打擊力影響非常明顯。但受導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)及輥系開(kāi)口度等因素影響，噴射距離受到一定的限制。根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)，噴射距離在120～200 mm范圍內(nèi)，可以作出很合理的噴嘴間距、噴射角度等布置，能在節(jié)約水量的同時(shí)，得到不錯(cuò)的除鱗效果[3]。

入射角β 依據(jù)式（5）驗(yàn)算可知，入射角大小對(duì)打擊力的影響不是很大。目前噴嘴入射角一般為 5°、10°和 15°。

總之，在高壓水系統(tǒng)的壓力和總流量既定的前提下，首先應(yīng)根據(jù)工藝確定所需的打擊力，利用打擊力公式計(jì)算出單個(gè)噴嘴的流量；然后以此流量作為最小流量值，參照專(zhuān)業(yè)化和系列化的噴嘴樣本進(jìn)行選型，根據(jù)板帶的噴射總寬度確定噴嘴數(shù)量，進(jìn)而得出高壓水總流量。噴嘴選型和布置應(yīng)在系統(tǒng)容量允許前提下，以總耗水量最小為最佳方案。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）文中的除鱗導(dǎo)衛(wèi)裝置只是目前已廣泛應(yīng)用的典型結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中仍不可避免地暴露出各種缺陷和不足，需不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)做出更合理的改進(jìn)。目前最關(guān)鍵的問(wèn)題在于如何提高上導(dǎo)衛(wèi)的抗撞擊性，避免其脫落損壞，這方面仍有待于進(jìn)一步的研究；

（2）文中的打擊力公式與模擬結(jié)果是比較接近的。但就公式本身而言，它是理想化的近似公式，并且由于模擬計(jì)算也只是對(duì)實(shí)際射流的理論模擬，而實(shí)際的除鱗效果還與噴嘴及高壓水系統(tǒng)的性能等因素有關(guān)。所以無(wú)論是文中打擊力公式還是噴嘴廠(chǎng)家的軟件模擬，都只能用作設(shè)計(jì)的參考，兩者都有待于生產(chǎn)實(shí)際的最終檢驗(yàn)。當(dāng)然，隨著研究的不斷深入，打擊力公式會(huì)進(jìn)一步得到修正和完善，計(jì)算模擬結(jié)果也會(huì)更接近生產(chǎn)實(shí)際。

[1]Lechler公司高壓水除鱗噴嘴樣本.

[2]高殿榮吳曉明.工程流體力學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.8.

[3]張?jiān)?黃維學(xué).熱軋板帶高壓水除鱗優(yōu)化設(shè)計(jì).一重技術(shù).2009 No.4 P.7-10.