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高压水除鳞系统
高压水除鳞系统主要应用于钢铁行业热轧中的板材、棒材、型材、管材和线材等轧制生产线上。高压水除磷工序安在轧钢机前或在张减机前。为了清除钢坯在加热过程中产生的炉生氧化铁皮和轧制过程中产生的二次氧化铁皮,改善轧制钢材的表面质量,减少轧辊磨损,提高轧辊的使用寿命,彻底消除酸洗对环境的污染。随着用户对质量要求的不断提高,高压水除磷设备已成为轧钢车间的重要生产设备。高压水除鳞系统的应用给钢铁行业带来显著的经济效益和社会效益。
生产过程中清除氧化铁皮的必要性
在钢的表面产生的氧化物形式有三种类型:氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3)和四氧化三铁(Fe3O4)。氧化亚铁在氧化铁皮中的含量大约有95%,四氧化三铁占氧化铁皮层的4%,三氧化二铁处于氧化铁皮的最外一层,只占1%。
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。任何钢铁产品除不锈钢外与空气接触都会生锈,实际上在一定条件下不锈钢也会生锈,如加热至一定温度便将生成氧化铁皮:热轧钢板在加热阶段形成的一次(加热)氧化铁皮,轧制过程中形成二次(再生)氧化铁皮。一次铁皮不清除掉,轧入钢板表面形成麻点缺陷,大块铁皮压入造成麻坑,有时铁皮将表面缺陷覆盖住,带给用户隐患。铁皮压入钢板表面,还会增加清理工作量。麻坑过深、麻点面积过大,造成废次品。生产中带有铁皮轧制时,会加快轧辊的磨损。因此,热轧前和热轧中应及时清除一次和二次铁皮,已成为生产高质量钢板所必不可少的重要工序。
为了解决钢材表面产生凹坑、麻点、氧化铁压入等多种产品缺陷问题,国内外已经采用多种除鳞方法。主要有四种方法:即爆破法、机械法、变形法、高压水清除法。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。
热轧钢坯高压水除鳞的机理
高压水除鳞技术是利用高压水以一定角度打击钢坯表面,通过冲击力敲击、振动、热变化等机理的共同作用,除去材料表面的氧化铁皮。具体说来,高压水除鳞时,水在高压作用下从水嘴高速喷出打击到钢坯表面,由于高速喷射的水流具有一定的质量和速度,当其撞到钢坯上时,由于流体方向的改变,将对钢坯产生一压力,产生敲击和振动作用;高压水流使钢坯产生温降,由于钢坯表面的氧化铁皮和金属的线膨胀系数不同,温度下降使板坯表面的氧化铁皮内产生裂纹,以利清除;水流在高温的钢坯表面受热汽化,水泡破裂时对氧化铁皮产生敲击和振动作用。以上因素的共同作用使氧化铁皮与基层分离,然后被水流带走。
高压水除鳞的效应
1 破裂效应
铁鳞在高压水产生的冲击力作用下破碎脱落。
2 冷却效应
高温轧件在高压水喷射作用下冷却时,由于材料基体和铁鳞冷却收缩率不同而产生的切向剪力使铁鳞脱落基体。
3 蒸气效应
轧件表面铁鳞的裂缝中进人水滴,水滴在基体和铁鳞之间突然汽化而爆炸,将铁鳞从基体上剥落。
4 冲刷效应
已经和将要脱落的铁鳞在高压水的冲刷下冲走,使铁鳞不要进人轧辊而压在轧件上。
影响除鳞效果的因素
我们知道影响除鳞效果的主要因素是如何破碎氧化铁皮,这取决与高压冲击力的大小。
影响冲击力的另外一个重要因素是喷头到坯料的距离,这意味着,如果距离减少一半,则冲击力将增加四倍。这说明通过缩短喷射距离,可以极大地增加除鳞水的冲击力,优化除鳞效果。
高压泵是整个系统的心脏,其性能的好坏对整个系统有决定性的影响。可采用先进的高压低流量快速除鳞方式。喷嘴射角与钢坯运动方向成逆向或75。夹角,这样有利于热坯氧化铁皮除尽。精轧入口除鳞箱集水管开设2组,它是保证除鳞的效果的有效措施。
高压水除磷效果和钢种有直接的关系:普通碳钢磷片形成较易控制,水击除磷效果好;合金钢则较难控制。通常除鳞压力在140~200bar,但有些合金钢需要更高的除鳞压力,或者有降温控制的需要,则需要高于300bar以上的压力。
喷嘴及其配置
喷嘴是高压水除鳞设备中一项重要工具。喷嘴形状与尺寸及其配置对喷射冲击力,长宽面积,耗水量以及水柱高度、角度、重叠量等关系很密切,而且喷嘴间不得互相干扰,高速直接地打击钢板表面。
喷射冲击力和喷水压力与流量是成正比。而喷嘴高度与喷射面积是1∶4关系,即喷嘴高度增加一倍,而喷射面积增加4倍。若高度降低一半,喷射面积降至1/4,但冲击力却增加4倍,喷嘴数量也增多4倍,耗水量也增大4倍。
喷嘴高度不但确定喷射面积和冲击力的关键尺寸,也是设计喷嘴数量、喷水总量及泵房能力的重要指标。喷嘴高度大、喷射面积大、而水刃切削铁皮的冲击力就小。喷嘴高度小,喷射面积小、冲击力增加,但喷嘴数量增多。