4300宽厚板除鳞系统优化

2021-10-21卢永

冶金设备 2021年5期

卢永

（兴澄特钢江苏江阴214400）

1 前言

兴澄4300宽厚板生产线自2011年竣工投产，产品规格范围为：厚度7mm～600mm、宽度1400mm～4150mm，主要产品有碳素结构钢、合金结构钢、船板、风电板、压力容器钢、桥梁钢、管线钢、海洋结构钢、耐候腐蚀板、机械工程及模具钢等。高压水除鳞装置是关系到钢板表面质量的重要设备，其设计合理、运行平稳是影响产量、质量的重要环节。在生产过程中，钢板加热产生一次氧化铁皮的去除、轧制时产生二次氧化的去除都是生产工艺的重要关注点，由此可见除鳞在工艺执行和质量控制中的突出位置［1］。

2 除鳞系统设计简介

2.1 工艺流程

除鳞工艺流程参见图1。

图1 除鳞工艺流程

2.2 除鳞箱

除鳞箱安装有两套除鳞集管和一套反喷集管，除鳞集管分上除鳞和下除鳞，主要用于去除钢板上下表面的一次氧化铁皮（见图2）。每根集管布置40个喷嘴，共160个喷嘴，喷嘴间距69mm，除鳞距离150mm，上集管安装有升降机构，高度可根据来料厚度进行调整，下集管安装于辊道之间，喷嘴与辊子上表面距离固定为150mm；反喷主要是形成水幕，封挡除鳞时沿钢板表面喷出的除鳞水，保护除鳞箱周围的环境，集管布置有20个喷嘴，间距130mm，集管高度固定。两套除鳞集管原则上一用一备，但因品种结构多，氧化铁粘附能力各异，可根据工艺要求同时开启，保证一次氧化铁的去除干净。

图2 除鳞箱集管布置形式

2.3 粗、精轧在线除鳞

粗轧机与精轧机机上除鳞系统设计相同，入口与出口都装有除鳞集管及反喷装置，前后设计形式一样，呈对称布置，根据轧制道次选择开启（见图3）。上下集管分宽喷、窄喷，其中宽喷14个喷嘴，两边各7个，窄喷23个喷嘴，喷嘴间距117mm，当钢板宽度不超过2700mm，只开启窄喷，降低吨钢水耗，当宽度大于2700mm时，宽窄喷同时开启。反喷是机上除鳞的重要组成部分，其喷射角度与除鳞喷射角度相反，除鳞时同时喷射形成水幕，使除鳞水不沿着钢板表面喷出，避免钢板头尾部温度过低，产生黑头或黑印影响钢板质量，设37个喷嘴，间距117mm。上除鳞集管与反喷都安装于上导卫板上，随着上辊系的升降而动作，下集管安装于机架辊与转钢辊道之间，位置固定（见图4）。

图3 轧机在线除鳞集管布置形式

图4 轧机在线除鳞喷嘴布置形式

2.4 高压水除鳞泵组

投产时装机3台除鳞泵组，后因生产需求，2013年新增一台泵组，共四台，三用一备。每台泵组配备一台型号为YBPYS710-4 4300kW 1500rpm 6000V电机，分高速与待速两个运行模式，根据轧制节奏自动切换。当轧钢时处于高速运行模式，转速设定92%、系统压力225bar，在轧钢间隙时间，泵组自动切换成待速模式，转速设定50%，系统压力70bar。当在除鳞时，泵组状态是高速模式、除鳞喷射阀打开、最小流量阀关闭；当不在除鳞状态时，无论在高、低速模式，最小流量阀都处于打开状态。

3 问题及原因分析

4300宽厚板轧机工程从热调试至今，除鳞系统的运行遇到多种问题，主要有以下几方面：

首先，除鳞时管路剧烈振动，经常发生除鳞管路法兰密封漏水、除鳞软管爆裂等故障；除鳞喷嘴封不住水，导致轧机上导卫有漏水，使钢板上表面异常冷却，影响钢板质量，分析原因有三个：

1）经跟踪、观察，发现除鳞控制程序设定预充水阀打开后到除鳞阀开启延时时间太短，预充水未全部充满管路，管路内存有空气，在除鳞水高压冲击下产生气锤，导致管路剧烈振动，使管路管夹松动或断裂、产生密封损坏、软管爆裂等事故［2］。

2）喷嘴稳流杆锁不住水，当关闭除鳞阀和预充水阀后，管道的余水会因重力继续流出，产生漏水。

3）为解决余水漏出，更换成带止回阀的稳流杆后，短期内效果较好，但稳流杆内的弹簧易断裂，又产生漏水，分析弹簧断裂的原因有三，一是预充水压力过高，其次为预充水阀启闭过于频繁，再者是生产线长时间停机停水后，管路内没有余水，当开机送水后，部分空气被止回阀锁在管道内，除鳞时产生气锤导致弹簧寿命急剧下降。

其次，钢板的表面除鳞不干净，产生大量氧化铁皮嵌入、斑马纹、凹坑、红斑等现象，严重影响钢板的表面质量与品相。随着品种结构的调整，对钢板的质量要求越来越高，因钢板表面质量不好引起的质量异议及质量纠纷事件大幅增加，为改变这个被动局面，解决钢板除鳞问题成为当务之急。经研究发现主要有五个原因：

1）喷嘴螺帽选型有缺陷，外螺帽顶部内六角槽口过深，干扰喷射扇形角，致喷射扇形打击面未重合，造成除鳞盲区。

2）机上除鳞下集管喷射距离设计有缺陷，造成虽打击力大，但打击面未重合，有盲区。

3）当运行一段时间后，因管壁锈蚀及其它杂质造成喷嘴堵塞，影响除鳞效果。

4）板坯经除鳞箱一次除鳞时辊道线速度过快，导致板坯单位面积打击时间过短，造成一次氧化铁皮去除不净。

5）当除鳞箱、粗轧、精轧除鳞同时开启，流量增大，除鳞压力下降明显，打击力得不到保证。随着产能的释放，轧制节奏加快，除鳞系统同时开启已不可避免，故三台除鳞泵已不能满足生产需要。

最后，反喷效果差，影响钢板头尾质量。机上除鳞系统除鳞时，反喷封不住除鳞水，除鳞水沿着钢板喷出，钢板头尾产生黑头或黑印。经现场检查及反复试验，查明反喷集管与上喷射集管距离过短，反喷喷射角度过小，喷射力度与上除鳞沿钢板反向后余力不能抵消。

4 改进措施

4.1 消除喷嘴漏水与管路振动

1）使用带止回阀的稳流杆，弹簧是锁压的关键点，必须解决弹簧断裂问题。稳流杆止回阀锁压最高为10bar，最佳工作压力4bar，除鳞系统预充水原为13bar高压浊环水，现改为6bar低压浊环水，并在预充水主管路入口加装减压阀，把预充水压力减至4bar。改进后，止回阀弹簧使用寿命达到要求，彻底解决了集管喷嘴漏水问题。

2）在有止回阀的前提下，把预充水控制阀常开，使管道始终充满水，既不会漏水，又使管道一直保持者一定压力，彻底解决了除鳞管路振动问题，减少了除鳞故障发生率。

3）从管理制度上完善，规定停水停泵超半小时复产准备时，除鳞系统必须在除鳞泵低速模式，手动预喷20s，排尽管内空气，再恢复成自动状态。

4.2 改进除鳞质量

1）优化螺帽选型，积极与厂家技术员及同行业专家沟通，对喷嘴外螺帽重新选型，使用外六角平口式螺帽，既便于拆卸，又彻底解决了因螺帽产生的除鳞问题。

2）下除鳞集管原设计喷射距离为160mm，既喷嘴喷射口至钢板下表面的距离为160mm，打击面重叠量不够。经多次试验，在不影响打击力的条件下，把喷射距离调整到180mm（见图5）。经过喷嘴扇形面重叠度理论模拟效果较好（见图6）。

图5 下喷射距离改进前后对比

图6 改进后喷嘴扇形面重叠度理论模拟

3）针对喷嘴堵塞问题，首先确保水质合格；其次对除鳞水过滤器定期清洗、检查，避免过滤网破损后继续使用情况；再者利用定修时间，每6个月拆除所有喷嘴清洗检查，利用高压除鳞水冲洗管路，冲出锈蚀块及其它杂质沉淀物，基本解决喷嘴堵塞问题［3］。

4）优化除鳞箱除鳞速度，原除鳞辊道线速度为2m／s，经过摸索试验与参考同行业专家建议，现把线速度调整到0.8m／s，既保证了板坯的单位面积打击时间，又避免了钢板的过度温降。

5）针对三台除鳞泵不能满足生产需求的现状，新增一台除鳞泵，现三用一备，完全满足生产需要，保证了除鳞泵的切换周期，避免了因除鳞泵故障引起的产线停机事故。

6）对反喷集管进行技改，位置外移500mm、上移100mm，安装在集水箱外侧，支架固定在上导板上，反喷喷射角由原设计的15°增加到30°（见图7）。保证反喷打击力的基础上，最大程度增加喷射扇形面的重合度，避免除鳞水从反喷扇形间隙喷出，管路利用原先高压胶管连接，经验证，使用效果较好，除鳞水外喷现象得到有效控制。