冷軋機(jī)組帶鋼吹掃裝置的改進(jìn)方案

供稿|唐水清，陸兆剛，趙干波 / TANG Shui-qing, LU Zhao-gang, ZHAO Gan-bo

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，用戶對(duì)帶鋼表面質(zhì)量要求越來越高。帶鋼吹掃裝置如果不能有效吹掃干凈軋制后板面的乳化液，一方面會(huì)造成俗稱“油燒”的乳化液斑跡，另一方面板面會(huì)帶走過多的乳化液，增加軋制油的消耗。現(xiàn)有的乳化液吹掃系統(tǒng)大部分無法滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求，因此，找到一種更合理完善的帶鋼吹掃裝置已經(jīng)是各冷軋廠都面臨的一個(gè)亟需解決的問題。

帶鋼吹掃裝置

吹掃裝置布置

柳鋼1550 mm冷連軋機(jī)帶鋼吹掃裝置全部安裝在一體式結(jié)構(gòu)的防纏導(dǎo)板上，防纏導(dǎo)板的移進(jìn)移出由液壓缸帶動(dòng)，防纏導(dǎo)板上安裝的可移動(dòng)式的側(cè)導(dǎo)板由液壓馬達(dá)帶動(dòng)。兩組噴梁布置在軋機(jī)入口，一組是噴射在工作輥輥縫間的工藝潤(rùn)滑噴梁，一組是噴射在工作輥輥面上由板形儀控制的分段冷卻噴梁。原設(shè)計(jì)的乳化液噴射和出口的吹掃裝置布置如圖1所示，帶鋼吹掃裝置全部位于帶鋼的上表面，主要由三部分組成：

第一部分由封閉擋板、氣簾和上吹掃組成，用于阻擋防纏導(dǎo)板上部的乳化液，位于上防纏導(dǎo)板上方。氣簾是防止乳化液從防纏導(dǎo)板與工作輥之間間隙落到板面上，在軋輥旋轉(zhuǎn)和氣簾的共同作用下，該間隙區(qū)域形成低壓真空區(qū)，很好地阻止了乳化液滴落到板面上。上吹掃用于吹掃支撐輥和工作輥的輥縫區(qū)，吹掃的氣流把輥身帶過來的乳化液從兩側(cè)吹落到上防纏導(dǎo)板上，導(dǎo)板上的收集槽將吹落的乳化液導(dǎo)流到機(jī)架的兩側(cè)。封閉擋板用于將機(jī)架上部與出口進(jìn)行有效隔離，設(shè)計(jì)在擋板上面的階梯式導(dǎo)流槽負(fù)責(zé)把飛濺到擋板區(qū)域的乳化液排到機(jī)架兩側(cè)。

第二部分是下吹掃集管，位于上防纏導(dǎo)板的下方。壓縮空氣被兩根 f42.4 mm的管子引入一個(gè)集氣室后，再由寬580 mm且上下兩層圓弧形布置的噴嘴吹出，能夠形成強(qiáng)有力的吹掃。主要用于吹掃工作輥輥縫帶過來的乳化液，并且是迎著帶材運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑷榛捍惦x帶材表面并推向帶材兩側(cè)。

圖1 機(jī)架乳化液噴射和吹掃布置圖

第三部分由帶鋼中部的后吹掃管和邊部吹掃裝置組成，位于上防纏導(dǎo)板的尾部，其中中部的后吹掃管寬540 mm，邊部吹掃每邊布置1個(gè)噴嘴。該部分吹掃裝置主要作用是吹干凈帶鋼表面殘余乳化液，干燥帶鋼表面。

吹掃問題分析

(1) 乳化液從下吹掃集管與上防纏導(dǎo)板安裝縫隙落到帶鋼上表面。主要是因?yàn)橄麓祾呒芘c上防纏導(dǎo)板間的縫隙是通過焊接來消除的，一旦出現(xiàn)跑偏、斷帶、堆鋼等生產(chǎn)事故，防纏導(dǎo)板被撞擊，極易造成焊縫開裂，乳化液就會(huì)從開裂的焊縫漏到帶鋼上表面。

(2) 下吹掃集管吹掃力不足，無法形成強(qiáng)有力的吹掃區(qū)。

(3) 帶鋼兩側(cè)有較多從工作輥兩側(cè)的空輥縫帶過來的乳化液，而后吹掃管和下吹掃集管寬度只有500~600 mm，因此無法有效對(duì)帶鋼兩側(cè)進(jìn)行吹掃。

(4) 由于原設(shè)計(jì)的防纏導(dǎo)板不帶位移傳感器，防纏導(dǎo)板前部雖然布置了一道氣簾，但在輥徑變化時(shí)，需要人工移動(dòng)導(dǎo)板臺(tái)來控制導(dǎo)板與工作輥之間縫隙的大小，一旦控制不好會(huì)造成部分乳化液掉落到氣簾前的導(dǎo)板上或從導(dǎo)板與工作輥之間的縫隙掉落到帶鋼上。

帶鋼吹掃裝置的改造

從以上分析可知，目前帶鋼表面吹掃系統(tǒng)不完善是產(chǎn)生乳化液斑跡的主要原因。因此，針對(duì)系統(tǒng)存在的問題逐一進(jìn)行了改造，改造后的吹掃系統(tǒng)布置圖如圖2所示。

防止乳化液掉落到帶鋼

為防止乳化液掉落到帶鋼，主要進(jìn)行了四個(gè)方面的改造：

(1) 在圖2的件01上面加工一個(gè)導(dǎo)流槽導(dǎo)流聚集在它上面的乳化液，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2。另外，將其材質(zhì)更改為尼龍，防止定位不準(zhǔn)時(shí)碰傷軋輥。

(2) 對(duì)氣簾和軋輥旋轉(zhuǎn)共同作用形成的低壓真空區(qū)進(jìn)行分析，如圖3所示[1]。氣簾產(chǎn)生利用了流體力學(xué)基本原理——柯恩達(dá)空氣放大效應(yīng)，即少量的工業(yè)壓縮空氣作為動(dòng)力輸入到集氣室，從氣縫中流出，獲得高速、強(qiáng)大的氣流，形成負(fù)壓效應(yīng)。形成的氣簾與軋輥軸向平行，吹走乳化液，阻擋乳化液滴落到帶材表面，乳化液從上防纏導(dǎo)板兩側(cè)流出。因此，為充分發(fā)揮氣簾的作用，要經(jīng)常調(diào)整和維護(hù)氣縫的寬度及均勻性，控制其寬度在0.3 mm左右。

圖2 改造后的吹掃系統(tǒng)布置圖

圖3 氣簾效果分析圖

(3) 對(duì)軋機(jī)出口區(qū)域的流體環(huán)境進(jìn)行分析，如圖4(a)所示。如果沒有下吹掃集管或者其不起作用的時(shí)候，在伯努利(Bernoulli)效應(yīng)的作用下，在軋機(jī)出口側(cè)的帶鋼中心上方，由帶鋼線速度和軋機(jī)牌坊組成的幾何形狀可以在該區(qū)域形成一個(gè)較低的低壓區(qū)。該低壓區(qū)使含有乳化液液滴的部分空氣移至帶材表面，帶鋼接觸這些乳化液液滴會(huì)形成乳化液斑跡。

在帶鋼之上、氣簾的隔板之下設(shè)置有下吹掃集管時(shí)，下吹掃集管采用的大容量集氣室和低音噴嘴形成一個(gè)高壓區(qū)，使含有液滴的空氣遠(yuǎn)離帶材表面，如圖4(b)所示[2]，可以很好地阻止隔板下含有空氣的液滴落在帶鋼上，防止乳化液斑跡的產(chǎn)生。因此，給下吹掃集管從壓縮空氣總管單獨(dú)引了進(jìn)氣管，并在機(jī)旁設(shè)置了氣罐，保證使用點(diǎn)壓力在0.5 MPa以上，確保吹掃力和高壓區(qū)的形成。

(4) 防纏導(dǎo)板的移動(dòng)液壓缸增設(shè)進(jìn)行定位的位移傳感器，確保導(dǎo)板與工作輥間的縫隙大小不受輥徑變化的影響，控制縫隙在合理范圍內(nèi)，從而保證圖3所示的氣簾能夠發(fā)揮最佳效果。同時(shí)，防纏導(dǎo)板可以準(zhǔn)確動(dòng)作到工作輥附近，也能較好地提升防纏效果。

為了方便對(duì)液壓缸行程的控制，改造的難點(diǎn)和重點(diǎn)是必須推導(dǎo)出工作輥輥徑和液壓缸行程之間的函數(shù)關(guān)系。因此，將上防纏導(dǎo)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成圖5所示。

圖4 軋機(jī)出口空氣流示意圖

圖5 防纏導(dǎo)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖形

其中各參數(shù)的含義為：r為工作輥半徑；δ為上工作輥與上防纏導(dǎo)板頭部的間隙；α為水平面與防纏導(dǎo)板滑道的夾角；h為板厚；O為液壓缸的固定端點(diǎn)；B為液壓缸的移動(dòng)端點(diǎn)；A為防纏導(dǎo)板的移動(dòng)尖點(diǎn)；SOB為移動(dòng)上防纏導(dǎo)板的液壓缸行程。

結(jié)合相關(guān)資料[3-5]，可計(jì)算出下防纏導(dǎo)板的實(shí)際行程S與工作輥輥徑變化之間的函數(shù)關(guān)系：

由公式(1)可知，防纏導(dǎo)板液壓缸的行程S隨著防纏導(dǎo)板與工作輥間隙δ值的變化而變化。在乳化液吹掃系統(tǒng)中，為保證吹掃效果，需要導(dǎo)板與工作輥之間的縫隙大小不受輥徑變化的影響。因此，要求保證間隙δ不變，根據(jù)給定的間隙δ值和輥徑值，可以計(jì)算出工作輥所對(duì)應(yīng)的防纏導(dǎo)板液壓缸的行程值，把這個(gè)行程值發(fā)送給自動(dòng)控制程序控制液壓缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板移動(dòng)到指定位置。

其他改進(jìn)

(1) 經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)對(duì)著工作輥和支承輥輥縫區(qū)域吹掃的上吹掃管只是將乳化液吹散，且吹散的液滴落在上防纏導(dǎo)板上，對(duì)帶鋼吹掃作用不大。實(shí)驗(yàn)證明關(guān)閉該吹掃發(fā)現(xiàn)無任何影響。因此，取消了上吹掃管，這一措施也可以一定程度降低現(xiàn)場(chǎng)噪音。

(2) 用輕便的PPH板材現(xiàn)場(chǎng)焊接一個(gè)擋板安裝在封閉擋板與氣簾之間，不僅可以有效地阻止乳化液從上吹掃集管與防纏導(dǎo)板交叉的縫隙落到帶鋼上，而且在堆鋼等生產(chǎn)事故發(fā)生時(shí)可以快速修復(fù)該新增的擋板。

(3) 在可以調(diào)整寬度的側(cè)擋板上安裝噴梁吹軋輥兩側(cè)的空輥縫，取消原來兩側(cè)的吹邊噴嘴。這樣設(shè)計(jì)的噴梁可以根據(jù)帶鋼寬度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了快速動(dòng)態(tài)的調(diào)整。

(4) 原設(shè)計(jì)軋機(jī)出口存在只有中間噴梁的不足，因此在軋機(jī)出口兩側(cè)各增加了一組噴梁，噴梁噴嘴采用思萬特209型，安裝在測(cè)厚儀框架上，保護(hù)擋板可以較近的布置在帶鋼附近。

(5) 在機(jī)架出口到卷取的地方帶鋼還要運(yùn)行一段距離，乳化液的部分霧氣在出口保護(hù)罩的一些鋼板上會(huì)冷凝滴落造成鋼板的二次污染。因此，在出口設(shè)置了相應(yīng)的乳化液收集溜槽或增加抽風(fēng)裝置。這需要各冷軋廠根據(jù)自己的實(shí)際情況來進(jìn)行完善。

改進(jìn)效果對(duì)比

改進(jìn)后的乳化液吹掃裝置運(yùn)行的有效性大幅升高，產(chǎn)品表面潔凈干燥，帶鋼表面乳化液斑跡得到基本控制，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升。對(duì)比結(jié)果見圖6。從改造完畢后的2016年8月份開始，帶鋼表面的反射率基本穩(wěn)定并逐步提高，8—12月的平均反射率為63.7%，比1—7月的平均反射率提高了2.4%。

圖6 1—12月帶鋼月平均反射率情況

結(jié)束語

帶鋼吹掃裝置改造后由上、下防纏導(dǎo)板、吹掃梁等形成了一套完整的系統(tǒng)。該吹掃裝置選用靜音噴嘴，減少了噪音污染，解決了以往軋機(jī)出口設(shè)備多、空間緊張和較易殘留乳化液的問題，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了后續(xù)生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

攝影 賈大庸