高压水除鳞预案.doc

高压水除鳞系统的自动化控制 张小松 【摘要】　叙述了高压水除鳞的机理，重点介绍高压水系统的自动控制，对系统的设计及基本的计算方法简要说明。 【关键词】　热轧生产　高压水除鳞　自动控制 0 前言 在热轧钢材生产过程中，钢坯表面的炉生氧化铁皮是影响钢材表面质量的主要原因之一，由于它的存在，使钢材表面产生凹坑、麻点、氧化铁压入等多种产品缺陷。为了解决这一问题，国内外已经采用多种除鳞方法，相比之下，高压水除鳞技术具有适应钢种范围广，除净率高，综合成本低等优点。在热态除鳞和冷态除鳞中得到了广泛应用，成为当今除鳞方法的主流。2008年9月京唐钢铁股份有限公司热轧带钢厂（简称京唐钢铁）投入了1套高压水除鳞装置，并于当年的12月投入使用，到目前为止，该设备运转正常，除鳞工作可靠，除鳞效果良好。 1 高压水除鳞的机理 钢坯从加热炉中出炉后, 其表面覆盖的氧化铁皮急速冷却, 炉内生成的氧化铁皮呈现网状裂纹。在高压水的喷射之下, 氧化铁皮表面局部急冷, 产生很大收缩, 从而使氧化铁皮裂纹扩大,并有部分翘曲。经高压水流的冲击, 在裂纹中高压水的动压力变成流体的静压力而打入氧化铁皮底部, 使氧化铁皮从钢坯表面剥落, 达到了清除氧化铁皮之目的。 图1 　高压水除鳞机理示意图 根据上述机理,在设计除鳞设备时,应特别考虑轧制速度、轧制温度、喷嘴的水流量、喷嘴处的水流压力等因素的影响。再有, 氧化铁皮的化学成分及位层的组成与钢材的原料成分、加热温度、加热时间、炉内气氛条件和轧制工艺有密切关系。对于碳钢而言,氧化铁皮表层为Fe2O3,中间层为Fe3O4,内层为FeO。目前高压水除鳞系统的设计及应用, 还存在一些问题。为了总结提高高压水除鳞效果, 本文对系统一些主要问题进行一定探讨, 以供有关设计、生产管理人员参考。 2 喷嘴的选择及安装 2.1 喷嘴的选择 高压水除鳞效果的好坏, 在很大程度上取决于喷嘴的结构及喷口的形状。除鳞喷嘴的基本要求有三点: (1) 喷出水流要宽而扁, 要形成象锋利的刀子一样的水流。 (2) 水流的打击力沿水流宽度上的分布要尽可能均匀。对普碳钢在炉内生成的氧化铁皮来说, 均匀的打击力希望为2×10～2.5×10 Pa 。高压水压力一般为16～28MPa 。 (3) 喷嘴的材料要求耐磨 根据计算, 当水压达到16MPa 时, 喷嘴口处的水流速度可达144m/ s 左右。因此没有耐磨的材料, 喷嘴就要经常更换, 增加停轧时间, 影响生产效率。 根据试验得知, 矩形断面的喷口不适用于高压水除鳞, 因为这种喷口在边缘上的冲击力大,而在中间的冲击力小。试验资料及生产实践表明, 椭圆形的喷口断面最佳。 各种不同的轧制钢材, 有它最合适的高压水的消耗量(喷射强度) 。如热轧带钢生产线上,一般碳钢及低合金钢的高压水消耗量为: 605Lt轧件, 在初轧机架上为350Lt , 在精轧机架上消耗为225Lt 。对于不同钢种、不同材质需不同的喷射强度。 单只喷嘴的水耗量Q (L/ S),可按下式进行计算: Q1 = F·V·1000 式中: F : 喷嘴喷口截面积(m) V : 喷嘴喷出口的流速(m/s) V =μ 式中: μ: 流量系数, 外伸圆柱形管嘴μ= 0.82(根据不同喷嘴形状, 其值在0.8～1之间) g : 重力加速度(9.8m/s) p : 工作压力(m 水柱) 3 除鳞系统的自动控制 3.1根据轧制除鳞工艺设计二套除鳞系统 相对一个系统而言降低了重叠除鳞流量，减少除鳞点压力波动和重叠除鳞次数，保证除鳞质量和均匀的冷却； 3.2采用偶合器调速，实现离心泵“按需供给” 降低运行成本 避免离心泵出现闭点压力和过热烧泵现象，提高系统运行可靠性； 降低蓄能器持续峰值压力，降低系统高压风险投资； 减少离心泵高速高压运行时间，提高高压系统耐压元件使用寿命； 避免蓄能器冒顶，提高系统运行的可靠性；提高生产效率 3.3粗轧泵站采用蓄能器与泵站二处布置 供水压力源靠近除鳞点，压力降少，有利除鳞质量； 蓄能器靠近除鳞点减少离心泵负荷和管路冲击； 二个压力源为三个除鳞点供水，系统压力均衡。 3.4 FSB系统采用离心泵直接供水 除鳞点压力恒定，没有波动；除鳞质量好； 系统管网无冲击震动，运行可靠性高； 采用中间坯全除鳞和中间坯让头二种除鳞工艺，满足不同钢种除鳞需要。 3.5 粗、精轧泵站控制系统与轧制线除鳞和换辊等非生产停机作业间隔，实现离心泵根据轧制除鳞需要供水，除鳞点压力22MPa可调，实现非生产停机作业期间，泵站至除鳞点压力约1.5MPa，有利轧机区域作业人员安全。 图2 高压水除鳞系统简图 4. 电控仪表 4.1基础自动化部分 两个泵站设置两套PLC控制系统，采用西门子PLC S7-、配多个ET-200M工作站，对高压水除鳞泵、高压电机、