φ5.5mm規(guī)格模塊后水箱噴嘴及緩冷段導(dǎo)槽異常磨損堆鋼的研究分析

柳志堅 劉立國 王旭

摘要：日照鋼鐵有限公司（以下簡稱日鋼）高線繼模塊內(nèi)頭部碎頭堆鋼之后最主要的堆鋼為導(dǎo)槽磨損造成的堆鋼，經(jīng)過近一年的實(shí)踐摸索，并通過大量的技術(shù)攻關(guān)，確定了其主要根源，進(jìn)而對癥下藥，為生產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)槽磨損;穿水冷卻;堆鋼;導(dǎo)槽改進(jìn)

前言

日鋼高速線材廠近年來根據(jù)市場需求，陸續(xù)開發(fā)了5.5規(guī)格的焊線和硬線，此種規(guī)格的產(chǎn)品需要使用雙模塊軋制。該廠建有三條高速線材生產(chǎn)線，其中兩條配備雙模塊設(shè)備，但在軋制其它規(guī)格產(chǎn)品時并沒有使用雙模塊，因此也沒有相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)驗可循，開發(fā)5.5規(guī)格產(chǎn)品也就必然會面臨攻克模塊上線使用方面的一系列問題。

用模塊軋制小規(guī)格產(chǎn)品是行業(yè)頂尖的生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過長時間摸索，該廠在模塊使用技術(shù)上漸趨成熟，先后決了模塊內(nèi)部堆鋼問題、孔型改進(jìn)難題、料型規(guī)范問題，然而模塊后水箱及緩冷段導(dǎo)槽磨損堆鋼始終時斷時續(xù)，隨著其它問題的陸續(xù)解決而成為該廠最尖銳的技術(shù)課題。

1.設(shè)備描述

以該廠第二條生產(chǎn)線為例，雙模塊后面為第4水箱，水箱長度6110mm，內(nèi)部有設(shè)有12個噴嘴，材質(zhì)為2Cr13，每個噴嘴長度為601mm，孔徑為Φ12mm。雙模塊與4#水箱之間用一個450mm的過度導(dǎo)槽銜接;水箱與夾送輥之間有27副緩冷導(dǎo)槽，材質(zhì)為2Cr13，尺寸為480*80*45mm，孔徑為Φ12mm。夾送輥和吐絲機(jī)為原裝達(dá)涅利設(shè)備，布置如圖1所示。

2.堆鋼現(xiàn)象

從堆鋼現(xiàn)象上來看，大部分堆鋼都表現(xiàn)為吐絲3～6圈，拉斷后在模塊成品架后面的廢品箱堆鋼。在時間段上，新上線的水箱后面的緩冷導(dǎo)槽不容易出現(xiàn)堆鋼，堆鋼多發(fā)生在軋制500噸以后或中間更換部分導(dǎo)槽或噴嘴之后。堆鋼之后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)槽和噴嘴或多或少有非正常磨損，如圖2所示。

緩冷段導(dǎo)槽的異常磨損多發(fā)生在水箱后前四個導(dǎo)槽，磨損程度為第一個導(dǎo)槽最嚴(yán)重，往后依次遞減。磨損部位為導(dǎo)槽喇叭后根部往后延伸，多為半邊磨偏，且為左右側(cè)的單側(cè)磨損，嚴(yán)重者磨出40～80mm長的深溝;水箱內(nèi)噴嘴多發(fā)生在中間幾個噴嘴，磨損部位除前端喇叭口處外，導(dǎo)管尾部也有磨偏現(xiàn)象。

3.堆鋼原理

3.1、基本原理

鋼坯出模塊之后以106m/甚至更高的速度穿過水箱及緩冷導(dǎo)槽，頭部然后經(jīng)過夾送輥后彎管改變方向進(jìn)入吐絲機(jī)成型，在此過程中必然受到導(dǎo)槽的摩擦阻力、頭部撞擊導(dǎo)槽喇叭口邊緣的撞擊阻力、夾送輥后彎管的摩擦力以及吐絲管變形區(qū)的阻力。這些阻力加和超過一定限值時，必然會在預(yù)設(shè)堆鋼的成品架后的廢品箱拱起，拱起后在廢品箱處堆鋼，而前面自廢品箱到吐絲機(jī)的鋼借助慣性和吐絲機(jī)的甩力把鋼自廢品箱后拉斷。

3.2、主要原因

上述各種阻力實(shí)際上不可避免，少量的阻力并不影響Φ5.5mm鋼坯在Φ12mm的導(dǎo)槽中前行，關(guān)鍵是其中的某些阻力由于其它原因成倍增長。從堆鋼發(fā)生在吐絲3-6圈和導(dǎo)槽有不同程度磨損的現(xiàn)象分析，造成堆鋼的主要原因為頭部3-6圈以內(nèi)在行進(jìn)過程中嚴(yán)重脫離直線造成阻力增大所致。這如同一根直桿，直徑越細(xì)，剛性越差，可以借助數(shù)學(xué)模型分析：把直桿應(yīng)用“無限縮小”的概念來理解，無限減徑后鋼如同一條細(xì)軟線，頭部受阻力，后面必然會彎曲，彎曲程度小時不會超出拱起上限，加上經(jīng)過這段時間后就有夾送輥、吐絲機(jī)在前面的拉力幫助其運(yùn)行，但超過拱起上限后堆鋼也就不可避免。

3.3、阻力形成機(jī)理

為充分發(fā)揮金屬潛能，現(xiàn)代線材生產(chǎn)中普遍用控制軋制和控制冷卻工藝，提高其力學(xué)性能。目前，國內(nèi)高速線材普遍采用MORGAN或DANELI公司產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，以環(huán)形噴射冷卻結(jié)構(gòu)為主，但是這種噴嘴結(jié)構(gòu)會造成軋件運(yùn)行阻力較大，以及冷卻效果較差，特別是盤螺的生產(chǎn)時，需要在水冷箱之間加設(shè)夾送輥進(jìn)行輸送。高速線材的軋件水量和水壓的約束，超過臨界水壓和水量就會失穩(wěn)，像細(xì)長桿一樣。因而產(chǎn)生亂鋼現(xiàn)象。軋件的速度、直徑、水量、水壓都是穩(wěn)定的因素，水量的增加會增加運(yùn)行成本而水壓的增加同樣增加了鋼材的運(yùn)行阻力。

在軋制過程由專用的微處理器通過水流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)各個水冷段入口水流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到軋件溫度的實(shí)時控制、保證不同控制軋制所需的軋件溫度。從長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，磨損主要在水箱內(nèi)部噴嘴及其后面的幾個導(dǎo)槽。其它導(dǎo)槽也偶有磨損，但都為導(dǎo)槽安裝不正所致，因此分析異常磨損的原因還得從水冷系統(tǒng)著手。

日鋼高線水冷系統(tǒng)為國內(nèi)某廠家設(shè)計制造，4#水箱閥臺水量的控制為人工手動控制，設(shè)有4段4個調(diào)節(jié)閥，因此水量的控制不均勻，加上水壓不穩(wěn)定，必然會造成水箱內(nèi)各段水量不一致，軋制一段時間后噴嘴兩端會有一定磨損。另外噴嘴入口段喇叭口根據(jù)水冷需求設(shè)計時 ?開口偏大，使得兩噴嘴之間鋼坯懸空長度達(dá)到12-15cm，這也是導(dǎo)致磨損加大的原因。

現(xiàn)行使用的導(dǎo)槽入口喇叭口偏大，縱深長度達(dá)到70mm，如圖3所示。4#水箱與水箱后第一個導(dǎo)槽有30-40mm長的間隙，直接導(dǎo)致鋼坯在此位置懸空100-110mm，鋼坯在正常通過時在水柳橫向力的作用下對水箱出口反撲風(fēng)、反撲水導(dǎo)槽磨損加劇，直接導(dǎo)致水箱后第一個導(dǎo)槽入口處磨損加劇。

3.4、次要原因

3.4.1、導(dǎo)槽、噴嘴材質(zhì)硬度不夠，不耐磨。

3.4.2、導(dǎo)槽段底座剛性不夠，過鋼過程中左右震動值達(dá)到0.6mm，也是磨損加大、形成無關(guān)阻力的一個因素。

4、解決方案

4.1、因為原導(dǎo)槽的喇叭口并沒有撞擊的痕跡，說明開口度沒有必要很大。因此改進(jìn)導(dǎo)槽喇叭口開口度，開口錐度由原來的30°改為60°，深度由原來的70mm縮減為25mm。如圖4所示。

4.2、第一個反撲水導(dǎo)槽前端和反撲風(fēng)導(dǎo)槽后端加長，減小對水箱出口段的凈磨損量。

4.3、改進(jìn)噴嘴，由原來的直噴式水冷噴嘴改為新型的水冷噴嘴，噴嘴如圖5所示^[1]。

改進(jìn)后的噴嘴使得水流對軋件的壓差減小，進(jìn)而大大減小對導(dǎo)槽的異常磨損。

4.4、對緩冷段導(dǎo)槽底座進(jìn)行加固，或更換長期使用腐蝕嚴(yán)重的支柱。

4.5、水箱閥臺改進(jìn)，設(shè)置穩(wěn)壓閥，保證水壓0.6MPa左右的穩(wěn)定值。

5、應(yīng)用效果

前期日鋼高線對導(dǎo)槽喇叭口進(jìn)行了改進(jìn)、導(dǎo)槽底座加固、導(dǎo)槽和噴嘴材質(zhì)進(jìn)行了更換，也取得了一定的效果，后期陸續(xù)進(jìn)行水箱及閥臺的改造，預(yù)期效果良好。

6、結(jié)論

（1）、導(dǎo)槽卡鋼課題的研究基本概括了大部分此類問題的解決方法，為其它產(chǎn)品的開發(fā)或其它部位事故的處理提供參考，解決此類問題一定要用理論結(jié)合實(shí)際的方法。

（2）、水箱的改進(jìn)與控冷效果的完美結(jié)合需要高端技術(shù)產(chǎn)品作為支撐，通過了解事故形成的原因，尋求解決問題的方法需要技術(shù)人員仔細(xì)觀察總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]、梁鴻等.新型高效穿水冷裝置的研究.北京：中冶京誠瑞信長材工程公司，2010.

作者簡介：栁志堅愛（1984-），男，山東曲阜人，本科學(xué)歷，工程師，主要從事長、型材售前生產(chǎn)工藝技術(shù)方面及售后質(zhì)量問題的工作。

（作者單位：日照鋼鐵有限公司長材技術(shù)處）