王浩臣,張勇生,陸永利,曹越山
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司,河北唐山 063200)
鍍鋅光整機(jī)高壓水系統(tǒng)是利用柱塞泵產(chǎn)生的高壓水對(duì)光整機(jī)機(jī)架內(nèi)的軋輥表面進(jìn)行清洗,防止軋輥粘鋅[1]。一旦光整機(jī)高壓水系統(tǒng)無法正常運(yùn)行,會(huì)造成帶鋼過光整機(jī)后出現(xiàn)輥印、色差等質(zhì)量缺陷[2]。某冷軋廠鍍鋅線光整機(jī)高壓水系統(tǒng)存在噴嘴易變形、柱塞泵與供水離心泵流量不匹配、柱塞泵電機(jī)功率無法調(diào)節(jié)的問題,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生了較大影響,針對(duì)這些問題對(duì)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)[3],提升了產(chǎn)品質(zhì)量。
生產(chǎn)實(shí)踐證明,光整機(jī)高壓水系統(tǒng)壓力設(shè)置在9 MPa 以上時(shí)清洗效果較好,在光整機(jī)高壓水系統(tǒng)壓力較高的情況下,要求噴嘴要具有較強(qiáng)的耐磨損性能。原噴嘴易受高壓水流侵蝕,噴嘴噴射孔逐漸磨損,造成供水流量與出水流量失衡,光整機(jī)高壓水系統(tǒng)流量無法保持穩(wěn)定,影響清洗效果。舊式噴嘴使用前后對(duì)比見圖1。
圖1 舊式噴嘴使用前后對(duì)比
高壓柱塞泵的主要原理是利用柱塞在泵缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),使柱塞與泵壁之間形成容積變化,往復(fù)吸入和排除液體并增高壓力。高壓柱塞泵在運(yùn)行狀態(tài)下,必然會(huì)需求較高的供水量,一旦光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的供水離心泵流量不足,則會(huì)造成柱塞泵內(nèi)出現(xiàn)空化現(xiàn)象,使得柱塞泵內(nèi)的空氣與水混合產(chǎn)生氣爆,導(dǎo)致管路振動(dòng)大、泵內(nèi)活塞磨損的問題。高壓水系統(tǒng)壓力、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖2。
圖2 高壓水系統(tǒng)壓力、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系
原有高壓水系統(tǒng)柱塞泵電機(jī)為恒速電機(jī),柱塞泵電機(jī)功率不能調(diào)整,無法通過控制電機(jī)功率調(diào)整高壓柱塞泵出水壓力,在實(shí)際生產(chǎn)中,柱塞泵壓力有必要根據(jù)工作輥輥面粘鋅程度來進(jìn)行調(diào)整(調(diào)整范圍一般為9~15 MPa),否則會(huì)影響到帶鋼的表面質(zhì)量。
光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的噴嘴作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,直接影響著清洗效果,噴嘴的主要作用是將高壓水流進(jìn)行加速,形成高速水流噴射至軋輥表面,清理沖刷軋輥表面鋅粉、鋅渣。合理的選擇噴嘴,對(duì)于提升光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的清洗效果至關(guān)重要。
根據(jù)伯努利方程可以得到系統(tǒng)壓力與噴嘴孔徑及柱塞泵流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系[4]:
式中:D——為噴嘴孔徑,mm;
Q——泵的流量,m3/h;
P——泵出口處的壓力,MPa。
不同流量及壓力下對(duì)應(yīng)的噴嘴直徑如表1。
表1 不同流量及壓力下對(duì)應(yīng)的噴嘴直徑
由于整個(gè)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)受到管路彎頭數(shù)量、高壓管路長度的影響,系統(tǒng)的壓力不可避免的受到損失,會(huì)造成噴嘴計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值出現(xiàn)偏差,偏差值主要與光整機(jī)高壓水系統(tǒng)受到的壓力損失相關(guān)。
針對(duì)原有噴嘴易磨損的情況,對(duì)噴嘴進(jìn)行重新選型,根據(jù)計(jì)算公式確定噴嘴直徑,清洗面積較之前更大,清洗更為徹底。根據(jù)工況將原有噴嘴裝置改造為帶有旋轉(zhuǎn)柱形噴射的強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)噴嘴,強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)噴嘴可使柱狀的水柱繞著圓圈轉(zhuǎn)動(dòng),具有較長的使用壽命,耐磨性能較強(qiáng)。
高壓水供水系統(tǒng)由儲(chǔ)水箱、供水泵、高壓柱塞泵、過濾器、電控閥、安全閥等構(gòu)成,高壓水系統(tǒng)介質(zhì)為脫鹽水,系統(tǒng)中所有管路、閥門、罐體材質(zhì)為不銹鋼材質(zhì),高壓柱塞泵及供水泵為一備一用。高壓清洗水系統(tǒng)示意圖見圖3。
圖3 高壓清洗水系統(tǒng)示意圖
針對(duì)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)管路振動(dòng)過大的問題,對(duì)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)管路進(jìn)行改造,減少高壓水系統(tǒng)管路中的90°彎頭,可減少高壓水流沖擊管路造成的振動(dòng),在必須保留的管路彎頭處增加管卡以吸收振動(dòng),改進(jìn)后的高壓水系統(tǒng)管路振動(dòng)明顯減少。高壓清洗水系統(tǒng)閥門及泵體布置見圖4。
圖4 高壓水閥門及泵體布置
根據(jù)柱塞泵與供水離心泵流量的不匹配的情況,將供水離心泵重新選型,選用大流量供水離心泵,使離心泵的供水流量由原有的3 m3/min 增加為8 m3/min,確保離心泵供水充足,壓力保持穩(wěn)定,經(jīng)過改進(jìn)后的供水離心泵滿足高壓柱塞泵的供水需求[5]。
通過對(duì)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)柱塞泵電機(jī)功率進(jìn)行校核計(jì)算,將原有的柱塞泵電機(jī)由恒速電機(jī)改進(jìn)為變頻電機(jī),在操作界面上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率調(diào)整界面,可通過調(diào)整電機(jī)功率控制柱塞泵壓力,保證清洗效果穩(wěn)定,避免帶鋼表面出現(xiàn)水槍印[6]。
通過對(duì)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的改進(jìn),有效解決了光整機(jī)高壓水系統(tǒng)噴嘴的快速變形失效問題,改進(jìn)后的光整機(jī)高壓水系統(tǒng)流量穩(wěn)定,系統(tǒng)壓力可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整,清洗效果較好,減少了軋輥表面粘鋅造成的輥印、色差等質(zhì)量缺陷,可為其他鍍鋅線光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化提供借鑒。