銅板帶熱軋機(jī)高壓除鱗工藝的改進(jìn)分析

陳長軍

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，銅及銅合金板帶材，尤其是高精度板帶消費(fèi)量呈逐年上升，中國已經(jīng)成為世界精銅生產(chǎn)、加工和消費(fèi)大國。然而國內(nèi)銅加工行業(yè)大而不強(qiáng)，產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸精度和性能指標(biāo)尚難以達(dá)到真正高精度銅材的要求，高端產(chǎn)品仍主要依賴進(jìn)口。

1 技術(shù)背景

在銅錠加熱和熱軋過程中，由于銅錠坯表面溫度較高且處于含氧環(huán)境中，不可避免的會(huì)形成氧化銅皮。在軋制前如果不能將這層氧化皮去除，軋制過程中它們會(huì)被軋輥壓入到帶坯表面，影響其表面質(zhì)量，同時(shí)殘留的氧化皮還會(huì)加速軋輥的磨損，降低軋輥的使用壽命。

為了解決氧化皮對(duì)軋制帶來的不利影響，提升銅板帶材的表面質(zhì)量和成材率，通常銅帶熱軋機(jī)都會(huì)設(shè)置一套高壓除鱗裝置，用高壓水的沖擊力來去除氧化皮(高壓除鱗)是最通行有效的作法。

2 前期高壓除鱗裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

在除鱗系統(tǒng)中，高壓泵產(chǎn)生的高壓水進(jìn)入除鱗噴嘴。在噴嘴的作用下，高壓水形成一個(gè)具有極大沖擊力的扇形水束，噴射到銅錠(坯)表面。在這個(gè)高壓扇形水射流束的作用下，氧化皮經(jīng)歷了被切割、急冷收縮并與基體母材剝離，最終被沖刷離開銅錠(坯)表面的過程，從而將氧化皮清除掉。

前期的高壓除鱗方案是從軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)配置一臺(tái)增壓泵(2MPa～4MPa)并配置高壓管路，在熱軋機(jī)兩側(cè)各設(shè)置一道噴射梁，其上安裝有噴嘴，以實(shí)現(xiàn)除磷功能。如圖1所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡易，安裝和維護(hù)方便，但噴射時(shí)高壓水大量飛濺，不利于軋制液的回收利用，污染車間環(huán)境。高壓水在開放的環(huán)境中噴射，還會(huì)帶來較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于壓力較低，只有2MPa ～4MPa，無法形成大的打擊力，影響了除鱗效果進(jìn)而影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。

1-噴射梁；2-高壓管路圖1 傳統(tǒng)高壓除鱗裝置的結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structural diagram of traditional high pressure descaling device

3 對(duì)高壓除鱗方案的改進(jìn)

為了實(shí)現(xiàn)更好的除鱗效果，需要對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。改進(jìn)的高壓除鱗系統(tǒng)工作原理如圖2所示。工藝流程為，凈乳化液經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入除鱗泵低壓供水管路，經(jīng)高壓除鱗泵加壓后再進(jìn)入高壓水管路系統(tǒng)。除鱗時(shí)，泵循環(huán)閥關(guān)閉，泵與高壓蓄能器一起向各除鱗點(diǎn)供水，由蓄能器補(bǔ)償與穩(wěn)定除鱗流量及壓力。在系統(tǒng)不除鱗時(shí)關(guān)閉除鱗閥，此時(shí)泵先向高壓蓄能器補(bǔ)水，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到上工作壓力時(shí)打開循環(huán)閥，此時(shí)高壓除鱗泵處在卸荷狀態(tài)，既減小了泵的機(jī)械磨損，提高了泵的使用壽命，又大大節(jié)約了電能，同時(shí)蓄能器壓力處于上工作壓力，隨時(shí)滿足系統(tǒng)中下一塊坯料的除鱗需求。

圖2 高壓除鱗系統(tǒng)工作原理圖Fig.2 Working schematic diagram of high-pressure descaling system

如圖3所示，除鱗箱為封閉式結(jié)構(gòu)，上下箱體均布置有高壓噴管。

1-上箱蓋；2-上噴管；3-翻蓋液壓缸；4-下箱體；5-下噴管圖3 高壓除鱗裝置除鱗箱結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of descaling box of high-pressure descaling device

除鱗箱的上箱體為翻轉(zhuǎn)式，每道次除鱗完畢后通過液壓缸自動(dòng)打開，不影響板帶坯的軋制。整個(gè)高壓水系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線+基礎(chǔ)級(jí)+監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)組成。基礎(chǔ)級(jí)及現(xiàn)場總線主要完成高壓水系統(tǒng)內(nèi)部各工藝功能的控制。監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)是通過通訊網(wǎng)絡(luò)接收和采集有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓水系統(tǒng)的運(yùn)行管理。

4 除鱗集管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵考慮事項(xiàng)

(1)噴嘴出口流速。流速越高，提供的打擊力越大，導(dǎo)致操作成本較高，這是因?yàn)楸玫娜萘吭酱?，所需要的能量就越高?/p>

(2)壓力。系統(tǒng)壓力越大，提供的打擊力越大。壓力增加，噴嘴的磨損也會(huì)隨之增加，從而提高了噴嘴成本，使得維護(hù)所需的時(shí)間也更長。本系統(tǒng)配置高壓大流量五柱塞除鱗泵，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，流量為30m3/h，額定壓力22MPa，入口水壓力為0.2MPa～0.4MPa。

(3)噴霧距離。離目標(biāo)距離越遠(yuǎn)，則打擊力越小。距離越遠(yuǎn)，需要的噴嘴越少，采購成本降低，且噴嘴損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低了，維護(hù)時(shí)間也就減少了。噴射距離越近，打擊力較大，但同時(shí)也需要更加精密噴霧覆蓋寬度的噴嘴。如果覆蓋寬度不精確，可能達(dá)不到完全除鱗，或者在過冷卻的區(qū)域出現(xiàn)斑紋，其原因是重疊量過多。本系統(tǒng)上、下噴嘴距離板坯表面的距離均在130mm～150mm，除鱗效果較好。

(4)扭轉(zhuǎn)角。噴嘴應(yīng)準(zhǔn)確放置，以防相鄰噴霧的干擾，且保持好扭轉(zhuǎn)角，一般為15°。

(5)重疊量。通常的重疊量為有效覆蓋寬度的10%左右。

(6)偏垂角。噴嘴應(yīng)準(zhǔn)確放置，這樣力就可分解為水平力和垂直力，一般為 15°。

(7)集管設(shè)計(jì)。要減少噴霧的不穩(wěn)定性，必須選擇合適的集管尺寸使液體的速度變化減至最小。避免可能在噴嘴進(jìn)水點(diǎn)附近造成內(nèi)部漩渦和增加進(jìn)水紊亂的設(shè)計(jì)，要最小化速度變化并消除集管中的壓降，速度應(yīng)保持在3.7m/s以下，以達(dá)到最佳效果。

(8)噴嘴的選擇。由于噴嘴的選擇直接關(guān)系到除氧化皮效果和運(yùn)行成本，根據(jù)除鱗工藝的要求，本方案選用小流量、大打擊力的除氧化皮環(huán)噴嘴。

如圖4所示，此噴嘴具有更大的打擊力，以及更寬的有效覆蓋寬度，使用噴射穩(wěn)流器降低噴嘴中的紊亂，因此具有更好的除鱗效果。此外，噴頭由新的碳化鎢材料構(gòu)成，保證了較長的磨損壽命，從而降低了維護(hù)時(shí)間和噴嘴更換成本。噴嘴具體相關(guān)參數(shù)為，單個(gè)噴嘴流量：Q單=0.66L/s(20MPa時(shí))；噴射角度α=26°；噴射垂直角β=8°；噴射偏心角γ=15°；噴射距離S=150mm；噴射寬度B=2S×tan(α/2)=70mm；重疊量A>5mm。

圖4 新型高壓除鱗專用噴嘴結(jié)構(gòu)Fig.4 New high-pressure descaling special nozzle structure

5 結(jié)論

改進(jìn)后的除鱗系統(tǒng)可與生產(chǎn)工藝的軋制道次實(shí)現(xiàn)連鎖，提高了生產(chǎn)效率，機(jī)組的自動(dòng)控制水平也大幅提高；除鱗裝置的箱式結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備的安全和環(huán)保性能有極大的提升，坯料經(jīng)此高壓除鱗系統(tǒng)后，產(chǎn)品表面光潔，外觀質(zhì)量顯著提高，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。