粗轧机轧辊冷却及除鳞导卫装置结构设计

秦柏岩

轧辊冷却及除鳞导卫装置是粗轧机主要组成设备之一，它的性能好坏会直接影响冶金轧钢厂成品板材的质量。随着现代工业的发展，市场对板带材的质量提出了更高、更严格的要求，这不仅对轧机本体，而且对轧辊冷却及除鳞导卫装置也提出更高的要求。除设置高压水除鳞装置以提高带材的表面质量以外，为改善轧钢车间的工作环境还增加了烟尘抑制装置，并增加封扫装置和收集装置。这在结构设计上要求打破旧结构形式，开发研制新结构以满足使用要求。

该装置是在我公司以前完成设计制造的热连轧机基础上设计开发的，是在总结现有国内外同类设备使用情况和存在问题的基础上，通过查阅参考国外技术资料，结合用户的特殊要求设计完成的。此装置结构合理，它集工作辊冷却、支承辊冷却、烟尘抑制和高压水除鳞于一体，功能齐全、性能可靠，代表了目前国际先进水平和国内领先水平。本文着重介绍和论述该装置的结构原理和设计方法。却等5个部分组成。

下面对于各部分的功能特点分别进行介绍：

（1） 提升液压缸

提升液压缸连接着支承辊平衡装置和入、出口侧导卫架体，导卫架体的下底板托住工作辊的刮板，随着轧制道次的不同及板坯厚度的变化，整个导卫架体在液压缸的作用下调整高度，保证了除鳞喷嘴距板坯的额定高度，这样就确保了最佳除鳞效果。

（2） 工作辊冷却

入口和出口工作辊冷却喷嘴的排布采用交叉布置，其目的是为了更好的达到工作辊冷却的最佳效果（见图1）。

（3） 烟尘抑制装置

烟尘抑制主要是通过上下喷嘴喷出的水交错形成水幕，轧制过程中产生的烟尘颗粒会被水包住一

1 结构特点

该轧辊冷却及除鳞导卫装置主要由工作辊冷同落下，从而达到抑制烟尘的作用。

（4）高压水除鳞装置

由于初生和二次氧化皮极大的损害了板材的表面质量，不仅会影响轧制的质量，而且会对轧辊造成严重的磨损。因此必须通过除鳞保证板材的表面质量。本台粗轧机根据用户要求和工艺需要，仅在出口侧设置了上下除鳞装置。

高压水除鳞是利用高压水的冷却效应、爆破效应、冲刷效应、破碎效应的共同作用来达到除鳞的目的。

在以上4种效应中破碎效应起到主要作用，除鳞的效果取决于破碎效应发挥的效果，而破碎效应的决定因素是高压水对氧化铁皮的打击力的大小。

（5）除鳞高压水收集和封扫装置

当板坯完成轧制后，喷出的下除鳞高压水在收集罩内经多次折射，降低其水流的压力后，从侧处排水口排入地沟（见图2）。

当轧制过程中，喷出的上除鳞高压水经过板材的折射，连同氧化皮一起向外飞溅，这时封扫装置喷出的水形成一道水墙，从而把除鳞水和氧化皮拦截下来，一同流入地沟（见图3）。

收集和封扫装置可以维护车间环境，保护操作者的人身安全。

2 参数计算

2.1 液压缸

式中，P—液压缸所承受重量（kg）；F—液压缸压

力（MPa）；S—缸内径截面积（m2）。

2.2 除鳞喷嘴

（1）喷嘴位置的选择

除鳞喷嘴的排布方式有两种：

①所有喷嘴以同一方向偏转排列（见图4）。

②所有喷嘴都向最近的外缘偏转—即从板材中心向外排列喷射（见图5）。

比较这两种喷嘴排列方式，第一种为通用排列方式，大多数喷嘴都以此种方式排列；而第二种是最新排列方式，采用此种排列方式可使排水较快，并且易于控制板材导向，所以此次喷嘴按第二种方式排列。

图2 除鳞高压水收集装置

图3 除鳞高压水封扫装置

图4 喷嘴布置方式1

图5 喷嘴布置方式2

（2）除鳞集管和喷嘴的整体参数计算

高压水除鳞设计的原则是试图以最小的水量和最低的工作压力达到较好的除鳞效果。要保证较好的除鳞效果，首先单个喷嘴的打击力必须满足除鳞要求。单个喷嘴的打击力按如下公式计算：

式中，F—冲击力（N）；ρ—介质密度，ρ=1000kg/m3；Q—流速（m3/s）；kQ—大气中减速系数，距离 200 mm，kQ=1，距离 300 mm，kQ=0．95；kV—流量系数，kV=0．85；g—重力加速度，g=9．8 m/s2；h—水头压力，h=P×102 m （P 为系统压力 （MPa））。

射流截面积

式中，δ—喷嘴喷射出水流的厚度（mm）。则打击力

在实际生产中，目前多数采用打击力不变，总水量减少的原则来设定参数。由于高压除鳞喷嘴已经专业化和系列化，在设计过程中，应首先根据所需的单位面积打击力计算出喷嘴的流速，并根据此数据选择喷嘴的型号，然后进行喷嘴布局设计和系统总水量核算，经优化后最终确定最佳方案。

从实际应用的结果来看，要保证较好的除鳞效果，打击距离一般以50～250 mm之间为宜，在此范围内可以获得较高的打击力、较低的系统压力和较小的系统流量。

在本装置中，参数选择如下：

2.3 水量计算

（1） 低压水水量计算

低压水包括轧辊冷却水、支承辊冷却水和烟尘抑制水。

式中，V总低—低压水总水量（m3）；V轧辊—轧辊冷却水量（m3）；V支承辊—支承辊冷却水量（m3）；V除尘—烟尘抑制水量（m3）；n1—轧辊冷却喷嘴数（个）；V1—单个轧辊冷却喷嘴流量（m3）；n2—支承辊冷却喷嘴数（个）；V2—单个支承辊冷却喷嘴流量（m3）；n3—烟尘抑制喷嘴数（个）；V3—单个烟尘抑制喷嘴流量（m3）。

（2）高压水水量计算

高压水包括除鳞水和封扫水。

式中，V总高—高压水总水量（m3）；V除鳞—除鳞水量（m3）；V封扫—封扫水量（m3）；n4—除鳞喷嘴数 （个）；V4—单个除鳞喷嘴流量（m3）；n5—封扫喷嘴数（个）；V5—单个封扫喷嘴流量（m3）。

3 结语

此轧辊冷却及除鳞导卫装置具有结构先进、功能齐全、工作性能可靠等优点，克服了现有同类装置的缺点，已在我公司设计制造的热连轧机组R2粗轧机中投入使用，取得了良好的应用效果。