超高压除鳞水系统技术方案研究

2020-12-31邓凤南

中国金属通报 2020年8期

邓凤南

（宝钢湛江钢铁有限公司热轧厂，广东湛江 524072）

1 高强钢“红铁皮”缺陷

随着汽车板和工程机械用钢等产品在市场上逐步趋于高强、减薄的趋势，在此类高强钢产品的板坯成分中需添加“Si”元素[1]，以利于产品强度提升、制造成本降低，同时显著提高钢的塑性和韧性。但是随着“Si”元素的添加，在热轧工序的生产过程中会出现典型的“红铁皮”表面缺陷。

对于冷轧高强钢产品，“红铁皮”会导致冷轧退火温度的检测不准确，继而导致冷轧成品性能的大幅波动，并且成品板面由于“红铁皮”的存在而有强烈的色差感，因而冷轧用户对此类表面质量缺陷提出了强烈不满和抱怨。

2 “红铁皮”缺陷消除措施

随着市场竞争的加剧和新产品开发的需求，对热轧产品表面质量提出了更高要求，通过提高除鳞打击力来提升热轧工序除鳞效果，为产品表面质量控制提供保证，采取的主要措施如下：

（1）增加水量：增加板坯或中间坯的温降，将加大轧机的负荷，不利于工艺温度的控制。

（2）优化喷嘴布置和喷射距离：优化喷嘴重叠量和减小喷嘴距离板坯表面的喷射距离，但过小的喷射距离对精轧除鳞箱的设计带来困难，同时过小的喷射距离对中间坯板型的要求极高，中间坯翘头翘尾均对喷嘴带来极大的碰撞损伤。

（3）喷嘴的选型：选择新型小流量大打击力型号的喷嘴，如Lechler新型6P3系列喷嘴等。

（4）提高除鳞系统压力：通过提高除鳞水压力直接提升除鳞打击力。

前3项措施对除鳞打击力的提升幅度有效(大约10%～20%)，而提高除鳞系统的压力等级可直接大幅提升除鳞打击力,日本、韩国和台湾中钢等热轧厂通常采用提高除鳞压力的方式来改善产品的表面质量。

从1995年开始至今，国际上日本和韩国的热轧产线不断对高压水除鳞系统压力以便于提高去除“红铁皮”表面缺陷，据了解日本热轧厂为了解决“红铁皮”表面缺陷，精轧除鳞箱实际使用除鳞压力一般在300bar-400bar。精轧超高压（300bar-400bar）除鳞压力是去除“红铁皮”的有效手段，从而提高高强钢表面质量。

3 超高压除鳞技术应用分析

3.1 国内超高压除鳞情况

目前国内超高压除鳞系统采用离心泵系统或者柱塞泵系统。离心泵系统均采用单级系统，即通过离心泵直接输出超高压除鳞水，离心泵系统输出压力普遍在330bar左右。

表1 国内超高压除鳞情况列表

3.2 国外超高压除鳞情况

国外超高压除鳞系统主要应用企业有新日铁、浦项和JFE，均采用离心泵系统，日本新日铁住金和JFE采用单台多极离心泵直接升压至600bar，该泵驱动电机功率高达7000KW，能耗极高，采用集批轧制方式，该泵的实际投入率不足10%。浦项除鳞系统采用两台串联设计，系统压力600bar，每台泵的电机功率也达到4400KW，装机功率8800KW。

表2 国外超高压除鳞情况列表

根据日本荏原高压除鳞泵业绩信息统计，从1995年开始至今，日本和韩国的热轧产线不断对高压水除鳞系统压力进行提升改造，高压水除鳞压力变化趋势如下图1所示。从日本和韩国热轧厂的除鳞泵更换时间分析，推断200bar～300bar除鳞压力应该不能满足红铁皮缺陷的控制，需要压力等级更高的超高压除鳞设备来解决红铁皮缺陷的控制。据了解日本热轧厂为了解决“红铁皮”表面缺陷，精轧除鳞箱实际使用除鳞压力一般在300bar～400bar。

图1 日本和韩国热轧高压水除鳞压力变化趋势

4 精轧除鳞箱超高压除鳞系统

4.1 精轧除鳞箱超高压除鳞机选择

湛江1780热轧精轧除鳞箱除鳞集管选择根据以下原则进行选择：

（1）减少总体投资，工程投资成本尽可能降低。即减少除鳞箱长度，可减少土建投资和除鳞机设备投资，经过测算三组集管相对两组集管，除鳞箱长度增加1.2m，设备重量增加约10吨，经测算三组集管增加约100万元（土建及钢结构70万元，设备30万元）。

（2）除鳞箱长度尽可能短，除鳞箱长度减少，可减少中间坯通过除鳞箱时间，减少除鳞箱温降，经过经验测算，除鳞箱由2组集管增加至3组集管中间坯在精轧除鳞温降约为5℃，中间坯温降可接受。

（3）除鳞集管喷嘴尽可能使用额定流量，除鳞喷嘴在额定流量区间打击力约接近额定除鳞打击力，同时除鳞水利用效率越高，减少能耗。

为保障除鳞打击力及系统效率，降低运行费用，在投资受控，工艺受控前提下选择三组精轧除鳞集管配置。

4.2 精轧除鳞箱超高压除鳞泵站系统选择

目前世界上主流除鳞系统采用多泵并联柱塞泵系统和单级离心泵系统，双级增压离心泵系统应用业绩较少，但随着国内外增压泵技术不断进步，超高压除鳞系统逐步向增压技术方面发展。根据湛江1780热轧精轧除鳞箱特点，拟定以下三种技术方案：

方案一：采用柱塞泵独立供水。常规除鳞（220bar）配置两台离心泵，按照1用1备方式运行。超高压除鳞（380bar）配置4台柱塞泵，根据1780热轧除鳞机集管水流量平衡，柱塞泵采用3用1备方式运行，通过变频控制实现压力调节。

优点：压力调节范围宽220bar～380bar；柱塞泵效率高，低耗节能。

缺点：投资成本高；柱塞易损，维护难度相对大。

方案二：采用离心泵独立供水。常规除鳞（220bar）配置两台离心泵，按照1用1备方式运行。超高压除鳞（380bar）配置1台离心泵，该泵正常处于停止状态，生产需要超高压除鳞的钢种时开启。优点：两个系统独立互不干扰，对系统的使用有较高的灵活性；维护难度较低。

缺点：投资成本较高；电机功率大，运行成本高。

方案三：采用离心泵串联增压供水。常规除鳞（220bar）配置两台离心泵，配置变频器（只在超高压除鳞投用情况下采用变频控制），按照1用1备方式运行。超高压除鳞（380bar）配置1台离心泵，并配置变频器。该泵正常处于停止状态，当需要使用超高压除鳞时，关闭一组常规除鳞集管，打开超高压泵前截止阀，启动超高压离心泵增压投入使用。

优点：投资成本较低；电机功率小，运行成本较低；维护难度较低。

缺点：使用串联增加，电气控制要求较高；需采用变频控制。