冷轧连退机组棒链式磁过滤器研制

张贵春 周 涛 赵 峻 伍 鹏 刘斢苟

(1:新余钢铁集团有限公司 江西新余 338001;2:武汉鑫利维新机电设备制造有限公司 湖北武汉 430012)

1 前言

新钢1550mm冷轧连退机组入出口段工艺机械设备由西门子—奥钢联(SIEMENS-VAI)设计。在连退炉前设置有带钢碱清洗段，带钢表面的残留物若不清洗干净直接进入退火炉，将造成炉辊结瘤等问题。清洗段碱液循环使用，碱液中铁屑和油泥的含量渐渐增加，碱液清洗能力变差，除去碱液中铁屑的有效方法是利用磁过滤器对碱液循环过滤。厂里清洗段使用的是易克磁铁公司(Eclipse Magnetics)磁过滤器，为2台磁棒过滤器+1台转毂磁过滤器的组合方式，整体过滤能力不足。碱液中铁屑无法得到及时去除，经常出现铁屑超标的情况，清洗后带钢表面反射率低。

增强清洗段清洗能力，提高带钢表面清洁度，是急迫要解决的问题。为此，与武汉鑫利维新机电设备制造有限公司设计制造了一台套CAL-W-90型棒链式磁过滤器装置，优化安装应用在厂连退机组碱清洗循环系统，取得了良好的使用效果。

2 CAL-W-90型磁过滤器组成及工作原理

CAL-W-90型棒链式磁过滤器由磁棒链机构、刮污耙子机构、螺旋输送器机构以及齿轮电机和链传动组成，棒链式磁过滤器装配图如图1所示。

棒链式磁过滤器工作原理：待过滤碱液流入过渡箱内，磁棒链由若干根平行的磁棒通过链条并排串连在一起，构成环状结构，磁棒链以缓慢的速度在碱液过渡箱内做周期性回转运动，碱液均匀流经磁棒，在磁棒强力磁场作用下，碱液中的铁屑和污泥被吸附到磁棒表面，当磁棒回转到磁棒链顶部时，磁棒表面的铁屑和污泥被磁棒链上方刮污耙子机构刮除，刮下的铁屑和污泥通过螺旋输送器送至收集斗内，如此循环，以实现碱液的过滤[1] [2]。

图1 棒链式磁过滤器装配图

3 磁棒链机构与刮污耙子机构匹配设计

磁棒链机构和刮污耙子机构的运动协调一致，是整个磁过滤器正常有效工作的关键，必须对两机构的转速进行匹配设计计算，传动机构的连接关系如图2所示。

图2 棒链式磁过滤器传动机构的连接关系

齿轮电机转速：n0=电机转速，变频可调；

齿轮电机速比：i1=100；

齿轮电机上用于传动磁棒链的链轮齿数 ：Z1=15；

齿轮电机上用于传动刮污耙子机构的链轮齿数 ：Z10=19；

磁棒链上传动输入链轮齿数 ：Z2=25；

磁棒链传动减速机速比：i2=60；

磁棒运行链条链轮齿数 ：Z3=10；

刮污耙子机构上传动输入链轮齿数 ：Z20=15；

刮污耙子机构循环链轮齿数 ：Z30=15；

刮污耙子机构链条链节数：P=190 节；

刮污耙子运行一个周期齿轮电机转速

磁棒运行一支，链轮旋转1/10转，在这种情况下齿轮电机转速

以上计算表明：齿轮电机驱动，通过链传动，刮污耙子横移链条运行一个周期，磁棒链刚好运行一支磁棒(即磁棒链条链轮刚好运转1/10转)，磁棒链机构与刮污耙子机构全机械配合，这种运动匹配，保证了每个刮污周期内，上下刮污耙子合拢时，耙爪都能正好卡在磁棒上。

4 刮污耙子机构

刮污耙子机构是一个纯机械智能机构，比较复杂，是设计制造的重点，左右定位挡块装配调整能实现上下耙子准确打开与合拢，刮污耙子机构如图3所示[3]。

图3 刮污耙子机构图

刮污耙子机构工作过程：上下耙子合拢，刮污开始，耙子行走小车向左运行，当刮污耙爪到达最左端时，行走小车上的撞块正好与左端定位挡块相撞，撞块套在一根轴上作轴向运动，耙子手臂与撞块间四连杆连接，由于四连杆机构的作用，耙子手臂绕支点旋转，上下手臂瞬间打开，滑块随同环形链条绕过链轮后降至下轨道，链条带动滑块及刮污耙子机构整体向右往回走，当运行到达最右端时，行走小车上的撞块正好与右端定位挡块相撞，撞块作轴向运动，由于四连杆机构的作用，耙子手臂绕支点旋转，上下手臂瞬间合拢，滑块随同环形链条绕过链轮后上升至上轨道，链条带动滑块及刮污耙子机构整体向左运行，刮污耙子开始下一次刮污工作，完成了一个刮污工作周期。机械式定位和四连杆设计保证了刮污上下耙子能准确打开与合拢。

5 CAL-W-90型磁过滤器的主要特点

刮污耙子机构是一个纯机械智能机构，比较复杂，是设计制造的重点，左右定位挡块装配调整能实现上下耙子准确打开与合拢，刮污耙子机构如图3所示。

1)主要技术参数：棒链式磁过滤器过滤流量90m3/h；磁棒尺寸Φ32×1200 mm；磁棒数量76支；磁场强度表面约1700～2500GS，长期使用温度<90℃。

2)过滤面积大，从碱液中过滤铁屑效率高

CAL-W-90型过滤器设计磁棒总数76支，有56支磁棒浸泡在碱液中。CAL-W-90型棒链式磁过滤器是德国西马克公司(SMS)同型号棒链式磁过滤器过滤面积的1.5倍。对比如表1所示。

表1 CAL-W-90型磁过滤器与SMS磁过滤器对比

3)磁棒链回转每周期内每根磁棒清洁三次。刮污耙子为3耙爪结构，耙子上下各一个，每个耙子各有3个耙爪，即3个半圆形缺口，开始刮污时，耙子正好从上下扣住三根磁棒，将磁棒上吸附的铁屑及污泥刮落。在下一个刮污周期内，第1个耙爪缺口对应上一个刮污周期的第2根磁棒，第2个耙爪缺口对应上一个刮污周期的第3根磁棒，这样，在磁棒链一个回转周期内，每根磁棒清洁三次，如此周而复始，保证了很好的清污效果。

6 磁过滤器的优化安装及使用效果

以往的磁过滤器都是离线安装布置，即需要过滤的碱液从储液罐通过泵的输送进入磁过滤器，经过过滤器的碱液再回到储液罐，输入磁过滤器的碱液已经经过了自由沉淀，碱液的铁粉杂质少，从而降低了磁过滤的效果。现在，我们将CAL-W-90型棒链式磁过滤器优化安装在清洗段浸泡洗槽回流管路上，使用后的回流碱液直接流至棒链式磁过滤器过渡箱内，优化安装布置如图4所示。

图4 在浸泡洗槽回流管路上安装棒链式磁过滤器

CAL-W-90型棒链式磁过滤器优化安装具有如下创新点：

①回流管路全过滤。碱液产生铁屑和油泥主要在清洗时产生，我们在回流管路上进行全过滤这是抓住了产生污染的源头，尽可能清除污垢。

②落差供液、过滤流量大、低流速、无需外加动力。在回流管道上加装过渡箱，通过重力落差，可以保证大流量过滤液流入过渡箱内，且碱液流速低(流速控制<50mm/s)，由于碱液低速流动通过一个强磁场，所以非常细小的磁性微屑也能够被滤除，提高了磁过滤器对铁屑清除效率，保证磁棒对铁屑捕捉准确性，避免铁屑被冲刷掉。

通过将CAL-W-90型棒链式磁过滤器优化安装在清洗段浸泡洗槽回流管路上，取得了良好的使用效果。棒链式磁过滤器每月累计滤出铁屑3000kg。以前，清洗段浸泡洗槽、电解清洗槽内清洗液的铁屑含量每月2～3次超过工艺规定的上限值(浸泡洗槽工艺规定上限值：300mg/m3，电解清洗槽工艺规定上限值：180mg/m3)。棒链式磁过滤器投入运行，明显改善了带钢表面清洗效果，清洗后带钢表面反射率平均值由85.5%左右提高到92.1%～93.7%，带钢清洗质量明显改善。

7 结束语

设计制造CAL-W-90型棒链式磁过滤器，通过匹配设计计算，使刮污耙子机构转动一周、磁棒链机构转动一齿，刮污上下耙子能准确合拢正好卡在磁棒上，磁棒链机构和刮污耙子机构运动协调一致，保证了棒链式磁过滤器正常有效的工作。棒链式磁过滤器优化安装在碱液的回流管路上，利用碱液落差供液无需外加动力，回流管路全过滤，极大提高了磁过滤能力。

我国已建和在建大型连退机组清洗段磁过滤器大多为国外引进产品，在我国进行装备制造业调整和振兴的形势下，更应大力提高磁过滤器设备国内自主研发和制造的能力[4]。CAL-W-90型棒链式磁过滤器经过长期使用，使用情况良好，该棒链式磁过滤器为其它冷轧连退机组清洗段改造提供了可行的技术方案，具有广泛的推广应用价值。