鞍鋼1580 mm熱軋冷卻水設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)

王存，劉旺臣，何士國(guó)，王杰，賀亮，李江委

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營(yíng)口 115007）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求越來(lái)越迫切，而且用水成本越來(lái)越高，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策對(duì)工業(yè)用排水日趨嚴(yán)格，《鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)范條件》（工原［2010］第105號(hào)文）和《鋼鐵行業(yè)十三五規(guī)劃》（2016—2020）均對(duì)鋼鐵行業(yè)用排水指標(biāo)作出嚴(yán)格要求，降低用水成本是鋼鐵企業(yè)要解決的重要問(wèn)題［1］。熱軋產(chǎn)線軋制過(guò)程鋼板溫度一般都在800℃以上，為保護(hù)軋輥、輥道等設(shè)備不被鋼板燒傷，需要不斷用濁環(huán)高壓水對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，一方面會(huì)消耗大量水資源，另一方面部分冷卻水會(huì)噴濺、滲漏到鋼板表面，影響鋼板熱損失增加，造成資源和能源的浪費(fèi)。鞍鋼1580 mm熱軋線由于軋輥冷卻水密封不嚴(yán)，造成軋輥冷卻水利用效率降低，增加用水量和熱能損失。為提高冷卻水利用效率，對(duì)1580線冷卻水設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，以期達(dá)到節(jié)水與節(jié)能雙重效果。

1 軋線冷卻水設(shè)備系統(tǒng)存在的問(wèn)題

鲅魚圈1580 mm熱軋機(jī)組共有加熱爐、粗軋機(jī)、精軋機(jī)、層流冷卻系統(tǒng)及卷取機(jī)等設(shè)備，其中粗軋機(jī)組立輥為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，立輥冷卻水直接噴射到立輥表面進(jìn)行自由噴濺冷卻，冷卻水反彈、濺射嚴(yán)重，冷卻效果較差，容易造成軋輥表面熱裂紋增加，導(dǎo)致軋輥車削量加大，降低軋輥使用壽命，同時(shí)引起軋件表面質(zhì)量的惡化［2］，立輥表面存在大量結(jié)疤和裂紋，見(jiàn)圖1。為保證冷卻效果，提高立輥輥面光潔度，一直通過(guò)加大冷卻水壓力的方式進(jìn)行生產(chǎn)，且軋鋼過(guò)程中部分冷卻水噴濺到鋼板邊部，使鋼板邊部溫降增大。經(jīng)測(cè)量，鋼板寬度方向中間位置和鋼板邊部溫差達(dá)到50℃以上。

圖1 立輥輥面狀態(tài)Fig.1 Surface State of Vertical Roll

另外，粗軋機(jī)水平工作輥切水板為固定安裝在軸承箱座上，在軋輥裝入軋機(jī)前安裝好，由于切水板在高溫高壓和冷卻水浸泡的惡劣環(huán)境中使用，容易軟化，失去原有的硬度和強(qiáng)度［3］，產(chǎn)生磨損加劇和變形，造成切水板與軋輥縫隙增大，切水板與軋輥間隙圖示見(jiàn)圖2。

圖2 切水板與軋輥間隙圖示Fig.2 Clearance Diagram between Cutting Plate and Roll

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量切水板與軋輥間隙超過(guò)5 mm，造成切水板封水效果變差，導(dǎo)致軋輥冷卻水冷卻效率降低，軋輥冷卻水延切水板縫隙漏到鋼板表面?，F(xiàn)場(chǎng)軋輥漏水情況非常嚴(yán)重，鋼板表面積水問(wèn)題影響鋼板溫降大幅增加。

為清除鋼板表面殘留積水，原工藝設(shè)計(jì)中在軋機(jī)出口側(cè)導(dǎo)衛(wèi)上安裝一個(gè)側(cè)噴水嘴，向鋼板表面噴射高壓水束打擊清掃殘留積水，但受噴嘴角度及導(dǎo)衛(wèi)高度的影響，鋼板邊部存在側(cè)噴死角區(qū)域。側(cè)噴原理示意圖見(jiàn)圖3，從圖中可見(jiàn)，靠近噴嘴側(cè)為死角區(qū)域，側(cè)噴水無(wú)法覆蓋死角區(qū)域，無(wú)法全部清除積水，造成部分積水在帶鋼表面殘留，使鋼板局部溫降增大，造成鋼板不同區(qū)域溫度不均勻，進(jìn)而影響帶鋼板形控制難度增加和軋制穩(wěn)定性變差［4］。

圖3 側(cè)噴原理示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Side Spraying

2 軋線冷卻水設(shè)備系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)安裝立輥冷卻水擋水板

為提高立輥冷卻水冷卻效率，設(shè)計(jì)安裝立輥冷卻水擋水板。圖4為改進(jìn)前后立輥機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)比圖，改進(jìn)前沒(méi)有擋水設(shè)備，改進(jìn)后在立輥軸承箱定位柱垂直于立輥輥面的位置加工磨削平面和螺栓孔，在磨削平面上固定安裝樹(shù)脂材料的擋水板，擋水板另一側(cè)斜面貼靠在立輥輥面上，擋水板可以起到密封遮擋作用，立輥冷卻水在擋水板位置均勻向下流動(dòng)，避免了立輥冷卻水飛濺和甩出的問(wèn)題，提升冷卻水利用效率，并能夠避免立輥冷卻水濺射到鋼板邊部影響鋼板溫降增大的問(wèn)題。

圖4 改進(jìn)前后立輥機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Mechanical Structures for Vertical Rolls before and after Upgrading

2.2 增加水平輥?zhàn)o(hù)板封水條

為解決水平輥切水板漏水問(wèn)題，設(shè)計(jì)安裝水平輥?zhàn)o(hù)板擋板。新增加擋水示意圖如圖5所示，在軋機(jī)水平輥工作輥?zhàn)o(hù)板內(nèi)側(cè)加工開(kāi)槽，在開(kāi)槽內(nèi)固定安裝擋水條，與切水板共同作用，可以起到雙重密封作用，保證冷卻水沿軋輥兩端流出，減少冷卻水滲漏到鋼板表面，提高冷卻水利用效率，同時(shí)減少鋼板表面積水，減少鋼板的非工藝溫降，提高鋼板表面質(zhì)量及性能均勻性。

圖5 新增加擋水示意圖Fig.5 Schematic Diagram of New Water Baffle

2.3 設(shè)計(jì)應(yīng)用軋機(jī)出口橫排氣噴

為解決側(cè)噴水噴射效果差問(wèn)題，設(shè)計(jì)安裝軋機(jī)出口橫排壓縮空氣噴嘴，在軋機(jī)出口導(dǎo)衛(wèi)上開(kāi)孔，安裝壓縮空氣管道和一排多個(gè)扁平扇形噴嘴，軋機(jī)出口橫排氣噴結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖6，噴嘴以距垂線10°～20°傾角朝向軋機(jī)側(cè)，噴出的壓縮空氣可形成平坦均勻的扁平射流。射流致密性好，擴(kuò)散角也可在較大范圍變化［5］，各個(gè)噴嘴的噴射面按照交叉重疊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射面的均勻覆蓋［6-8］,避免了原側(cè)噴水存在噴射死角的問(wèn)題。同時(shí)上導(dǎo)衛(wèi)上的壓縮空氣管道與壓縮空氣源管路之間通過(guò)編織管進(jìn)行軟連接，氣壓噴嘴可隨軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)同步上下移動(dòng)，水嘴到鋼板上表面的距離保持恒定，保證軋機(jī)各道次鋼板厚度發(fā)生變化時(shí)均有良好的吹掃效果。此外，噴嘴隱藏在導(dǎo)衛(wèi)孔中，可防止鋼板因頭部翹起撞壞噴嘴。

圖6 軋機(jī)出口橫排氣噴結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structural Drawing of Horizontal Air-jet Device at Outlet of Rolling Mill

3 實(shí)施效果

通過(guò)采取安裝立輥冷卻水擋水板，增加水平輥?zhàn)o(hù)板封水條及安裝軋機(jī)出口橫排氣噴裝置的方式，可以大幅提升冷卻水的冷卻效率，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)封水效果良好，冷卻系統(tǒng)壓力從0.85 MPa降低為0.7 MPa。通過(guò)濁環(huán)水流量計(jì)測(cè)量改進(jìn)前后軋輥冷卻水流量，改進(jìn)后軋輥冷卻水流量比改進(jìn)前減少11.7%。為評(píng)價(jià)軋輥冷卻水壓力降低后的實(shí)際冷卻效果，對(duì)軋輥下機(jī)表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，改進(jìn)后軋輥下機(jī)表面狀態(tài)如圖7所示。

圖7 改進(jìn)后軋輥下機(jī)表面狀態(tài)Fig.7 Surface State of Offline Rolls after Upgrading

軋輥下機(jī)質(zhì)量良好，無(wú)氧化膜脫落，說(shuō)明工藝設(shè)備改進(jìn)后，可以實(shí)現(xiàn)用更少的冷卻水流量保證設(shè)備正常的冷卻效果，具有節(jié)約用水的作用。同時(shí)，改進(jìn)前后鋼板表面殘留積水對(duì)比圖見(jiàn)圖8，因擋水板封水效果和軋機(jī)橫排氣噴吹掃能力提升，改進(jìn)后鋼板表面殘留積水大幅減少。使用熱成像儀測(cè)量對(duì)比改進(jìn)前后粗軋中間坯寬度方向溫度分布，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。改進(jìn)后鋼板邊部溫降比改進(jìn)之前減小20℃以上，對(duì)于提高鋼板溫度均勻性具有良好效果。

表1 改進(jìn)前后粗軋中間坯寬度方向溫降Table 1 Temperature Drop along Width Direction of Intermediate Billet before and after Upgrading ℃

圖8 改進(jìn)前后鋼板表面殘留積水對(duì)比圖Fig.8 Comparison of Residual Water on Surface of Steel Sheet before and after Upgrading

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼1580 mm熱軋線通過(guò)采取安裝立輥冷卻水擋水板、增加水平輥?zhàn)o(hù)板封水條及安裝軋機(jī)出口橫排氣噴裝置等改進(jìn)措施，大幅提高了軋機(jī)軋輥冷卻水利用效率，減少了冷卻水噴濺和滲漏的問(wèn)題，改進(jìn)后軋機(jī)冷卻水用量比改進(jìn)前減少11.7%，同時(shí)解決了鋼板表面殘留積水多造成鋼板溫降大的問(wèn)題，提高了鋼板寬度方向溫度均勻性，鋼板寬度方向中間位置和邊部的溫差比改進(jìn)前減小20℃以上。