1、DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN 1674-0971.2022.4065前 言攀 长 钢 连 轧 棒 材 生 产 线 可 生 产 16 100 mm棒 材、5.5 20 mm 盘 圆、20 40 mm 大 盘 圆，主 要 产 品 为 高 强 度 机 械 用 钢、铁 路 用 钢、工 模 具 钢、铬 系 不 锈 钢、气 阀 钢、高 温 合 金、耐 蚀 合 金、钛 及 钛合金棒材和线材等，综合设计年产量 45 万吨。该 生 产 线 的 坯 料 主 要 是（200 200）6000 mm和（150 150）12000 mm 的 方 坯,由 于 品 种 结 构 调整，合 结 钢、不 锈
2、钢、高 温 合 金 等 品 种 钢 较 多，原 来设 计 的 高 压 水 除 鳞 系 统，经 十 几 年 运 行，柱 塞、密 封件、控 制 阀 等 磨 损 严 重，备 件 更 换 后 也 难 以 达 到 设连轧棒材线高压水除鳞系统改造曹远刚摘 要：攀 长 钢 连 轧 棒 材 线 高 压 水 除 鳞 系 统 由 于 生 产 品 种 钢 结 构 的 调 整、坯 料 长 度 的 变 化，且 高 压 水 除 鳞系 统 使 用 近 15 年，设 备 性 能 下 降，已 不 能 完 全 满 足 所 有 钢 坯 表 面 除 鳞 要 求，红 钢 表 面 氧 化 皮 去 除 不 干 净，轧 制时 压 入 严 重
3、 影 响 了 成 品 钢 材 的 质 量。通 过 研 究 计 算 和 分 析，为 节 约 投 资，部 分 改 造 升 级 原 系 统，设 备 基 础、电机 及 控 制 系 统 全 部 利 旧；泵 阀、管 路、除 鳞 箱、喷 嘴 进 行 优 化 升 级，除 鳞 箱 位 置、辊 道、翻 钢 剔 废 装 置 等 相 关 设备 进 行 局 部 改 造。改 造 后 高 压 水 系 统 压 力 最 高 可 以 达 到 30 MPa，满 足 连 轧 各 类 品 种 钢 棒 线 材 的 生 产，完 全 达到干净除去氧化皮的效果。关键词：高压水除鳞；除鳞喷嘴；连轧棒材线；辊道中图分类号：TG 333 文献标识码
4、：B 文章编号：1674-0971（2022）-004-05Modification of high-pressure water descaling system forcontinuous rolling bar lineCao Yuangang（Jiangyou Changcheng Special Steel Co.,Ltd.,Pangang Group,Jiangyou 621701,Sichuan,China）Abstract:Due to the adjustment of the steel structure of the production variety,the cha
5、nge of the billetlength,and the use of the high-pressure water descaling system for nearly 15 years,the equipment performance ofthe high-pressure water descaling system in the continuous rolling bar line of Changcheng Special Steel Co.,Ltd.has declined,which can no longer fully meet the requirements
6、 for descaling of all steel billet surfaces.The oxidescale on the surface of red steel is not removed cleanly,and the pressing during rolling has seriously affected thequality of finished steel products.Through research,calculation and analysis,in order to save investment,part of theoriginal system
7、is upgraded,and the equipment foundation,motor and control system are all used;The pump valve,pipeline,descaling box and nozzle are optimized and upgraded,and the position of descaling box,roller table,steelturnover and waste removal device and other related equipment are partially modified.After th
8、e transformation,themaximum pressure of the high-pressure water system can reach 30 MPa,which can meet the requirements of con-tinuous rolling of all kinds of steel bars and wires,and completely achieve the effect of clean removal of oxide scales.Keywords:high-pressure water descaling,descaling nozz
9、le,continuous rolling bar line,roller收件日期：2022-06-08作 者 简 介：曹 远 刚（1966-），男，正 高 级 工 程 师，2002 年 毕 业 重 庆 大 学 机 械 工 程 专 业，现 供 职 于 攀 钢 集 团 长 城 特 钢，主 要 从 事 机 械 设 计 与 管理。（攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 四川江油 621701）特钢技术Special Steel Technology第 28 卷 总第 113 期2022 年第 4 期Vol.28（113）2022.No.4 冶金设备与技术改造计 性 能，设 备 劣 化 严 重，且 原 来
10、由 于 坯 料 长 度 的 限制，设 计 除 鳞 箱 位 置 距 离 加 热 炉 出 口 的 位 置 太 近、喷 嘴 布 置 也 不 太 合 理，因 此，长 时 间 使 用 之 后，除 鳞系 统 压 力 仅 能 达 到 15 22 Mpa，且 除 鳞 时 产 生 高 压水 喷 溅 对 加 热 炉 炉 门、耐 材、辊 道 等 产 生 了 非 常 不利的影响。由 于 产 品 市 场 变 化 和 产 品 结 构 的 调 整、钢 种坯 料 长 度 的 变 化、原 高 压 水 除 鳞 系 统 使 用 时 间 较长 和 设 备 劣 化，除 鳞 箱 位 置 局 限，有 必 要 对 原 高压 水 除 鳞 系
11、统 进 行 分 析 研 究，确 保 达 到 干 净 除 掉氧 化 皮、降 低 炉 门 维 修 成 本、降 低 炉 门 等 设 备 故障，保 证 设 备 的 正 常 运 行，更 好 满 足 现 有 品 种 钢生产质量的需求。根 据 相 关 资 料 和 高 压 水 除 鳞 系 统 的 发 展，目 前除 鳞 泵 站 的 高 压 水 最 高 压 力 已 超 过 20 MPa，国 外 已经 达 到 25 MPa 以 上 1。为 保 持 企 业 可 持 续 发 展，不断 提 高 连 轧 产 品 市 场 占 有 率，除 净 钢 坯 表 面 氧 化 铁皮，减 少 因 除 鳞 不 尽 氧 化 铁 皮 压 入 产
12、 品 表 面 而 产 生的 现 场 废 品，提 高 成 材 率，改 善 产 品 表 面 外 观 质 量，提升 产品 商品 化形 象，从而 提高 产品 市场 竞争 力 2，因 此，利 用 连 轧 线 大 修 的 时 间 同 步 进 行 高 压 水 除 鳞系统的全面优化和改 造升级势在必行。1 原高压水除鳞系统分析原 来 高 压 水 除 鳞 系 统，由 于 考 虑 有 6 米 和 12 米长 度 的 坯 料，且 现 场 位 置 有 限，为 了 保 证 12 米 的 剔废 装 置 能 够 正 常 使 用，其 除 鳞 箱 位 置 布 置 在 距 离 加热 炉 炉 门 口 约 3 米 的 位 置；该 高
13、 压 水 除 鳞 系 统 主 要组 成 为 低 压 供 水 过 滤 系 统、高 压 水 泵 组 系 统、除 鳞箱 喷 射 系 统、高 低 压 水 除 鳞 管 线 系 统、配 套 的 电 气控 制 及 配 电、仪 表、润 滑 和 动 力 装 置 等。泵 站 系 统平 面 布 置 图 如 图 1 所 示，除 鳞 箱 在 辊 道 位 置 布 置 如图 2 所示。1.1 坯料参数1）主 要 钢 种：热 作 模 具 钢（H 13）、冷 作 模 具 钢（Cr 12 MoV）、不 锈 钢(2 Cr 13)、齿 轮 钢、合 金 结 构 钢(40 Cr)、轴承钢(GCr 15)等。2）坯料规格：方坯（150 1
14、50）12000 mm(200 200)6000 mm3）辊道速度：0.25 1 m/s（调速）1.2 原高压水除鳞系统参数原高压水除鳞系统主要参数如表 1 所示。原 高 压 水 除 鳞 箱 在 出 炉 辊 道 上 的 布 置，分 别 为两 组 喷 嘴，每 8 个 一 组，前 后 各 一 组，其 布 置 示 意 图如图 3 所示。曹远刚：连轧棒材线高压水除鳞系统改造 第 28 卷第 4 期图 1 泵站系统平面布置图Fig.1 Layout plan of pump station system图 2 除鳞箱辊道位置布置图Fig.2 Layout of descaling box at roll
15、er table表 1 高压水除鳞系统参数表Table 1 Parameters of high pressure water descaling system1234567名 称高压泵柱塞泵压力泵流量（每台）除鳞箱体喷嘴钢坯距离电机功率坯料速度喷嘴数量参 数柱塞泵 3 台25 MPa32 m3/h两组（8 个一组）工作压力 20 MPa16 个145 215 mm280 kw0.25 1 m/s备注两用一备前后各 8 个变频调速变频调速图 3 连轧线喷嘴布置图Fig.3 Spray nozzle equipment layout of the continuous rolling 561.3
16、 分析计算连 轧 线 均 采 用 高 压 水 除 鳞，喷 水 方 式 为 周 期 性间 断 式 喷 水 除 鳞。自 动 除 鳞 时 由 热 金 属 检 测 仪HMD（安 装 在 除 鳞 箱 前 合 适 位 置，用 于 检 测 坯 料 位置）检 测 到 轧 件 发 出 信 号，将 检 测 信 号 传 送 给 PLC，通 过 PLC 控 制 阀 的 开、闭，从 而 实 现 间 断 式 除 鳞（升压 至 设 定 压 力 时 间 2 秒）。可 在 操 作 台 选 择 自 动或 手 动 除 鳞，轧 制 过 程 中 可 随 时 选 择 手 动 除 鳞。除鳞 泵 电 机 转 速 按 预 定 设 定 程 序
17、自 动 调 整，能 满 足 快速、慢速除鳞压力要求。分 别 验 算 高 压 水 除 鳞 系 统 水 流 量、能 力、速 度、打击力等参数情况。1.3.1 喷嘴流量（1）水射流流速影 响 除 鳞 效 果 的 主 要 因 素 是 破 碎 氧 化 铁 皮，这就 取 决 于 高 压 水 射 流 的 打 击 力 的 大 小。水 射 流 速度 与 水 压 有 关，喷 射 水 流 速 度 大，对 红 钢 表 面 鳞 皮打 击 力 越 大，破 碎 速 度 越 快，各 种 钢 的 氧 化 铁 皮 破碎 都 有 一 个 临 界 破 碎 压 力 值（实 际 中 探 索），达 到 这一 数 值，就 可 以 除 鳞，超
18、 过 这 一 数 值，压 力 过 大，将浪费能源。根 据 相 关 轧 钢 生 产 线 经 验，取 喷 嘴 喷 射 压 力22 MPa,按照水射流理论 3 计算水射流流速：V=44.7 P（m/s）式中：V 水射流速度，m/sp 水射流压力，MPa带入参数计算得:V=210 m/s（2）除鳞喷嘴水量：根 据 国 内 外 有 关 高 压 水 热 态 除 鳞 的 通 用 设 计准 则，结 合 高 压 水 除 鳞 的 实 践 经 验，每 个 喷 嘴 最 高压力时流量 Qi（L/min）为：Qi VA式中：V 水射流速度，m/sA 喷嘴出口截面积，mm2带入参数计算得:Qi 39.72（L/min）1.
19、3.2 高压泵情况（1）高压水总流量已 知 喷 嘴，按 系 统 最 大 压 力 计 算，则 16 个 喷 嘴的总流量为 QQ=16 Qi=38.1（m3/h）每台泵流量为 qi=32 m3/h，两台泵满足2 qi=64 Q=38.1说 明 原 来 的 泵 两 用 一 备，可 以 保 证 设 备 正 常 可靠的运行。（2）高压水射流喷嘴打击力验算根 据 高 压 水 射 流 理 论 及 厂 家 样 本 经 验 公 式 验算喷嘴打击力 4 F（MPa）：F=0.05 Q PH2t g（2）t g（2）cos式中：Q 喷嘴流量 L/minP 喷嘴进水口压力，最大时 250 kg/cm2H 喷嘴出口到打
20、击面的距离 145 mm喷嘴喷射角 30 射 流 厚 度 夹 角，1.1 1.6，系 统 压 力 在20 25 MPa 时，带入参数计算得:F=0.48 0.6（MPa）根 据 相 关 经 验，对 于 低 合 金 钢，一 次 除 鳞 要 求最 小 的 打 击 力 0.6 0.8 MPa,二 次 除 鳞 0.5 0.7 MPa。说 明 喷 嘴 的 打 击 力 不 足，不 能 满 足 所 有 品 种 坯 料 要求，因此出现打不干净的现象。2 改造技术方案为 解 决 原 高 压 水 除 鳞 系 统 存 在 的 问 题；同 时，消 除 高 压 水 对 加 热 炉 炉 门 的 影 响，降 低 设 备 维
21、 护 和运 行 成 本，因 此 决 定 在 连 轧 线 大 修 期 间 进 行 高 压 水除 鳞 系 统 的 全 面 优 化 和 改 造 升 级。改 造 后 平 面 布置图如图 4 所示。主 要 改 造 高 压 水 除 鳞 泵 站 系 统、高 压 水 除 鳞 管路、水 路 控 制 阀 系 统、除 鳞 环 喷 嘴 及 布 置、辊 道、剔除 废 品 装 置、保 温 罩 装 置、辊 道 冷 却 水 装 置、部 分 电控 系 统。电 机、供 电 电 源、控 制 柜 系 统、进 水 过 滤 系统、电机底座、泵土建基础全部利旧，不做改造。2.1 高压水除鳞系统2.1.1 打击力和喷嘴流量计算特钢技术 第
22、28 卷第 4 期图 4 改造平面布置总图Fig.4 Layout plan of technical transformation 57本 次 改 造 确 定 提 高 高 压 水 系 统 压 力，选 用Lechler 公 司 高 压 喷 嘴，分 别 对 不 同 喷 嘴 在 不 同 距离、不 同 流 量、不 同 压 力 等 情 况 进 行 分 析 和 计 算，根据 Lechler 样 本 和 技 术 交 流 5，主 要 模 拟 打 击 力 等（30 MPa）参数如图 5 所示。分 别 模 拟 计 算 150 150 的 方 坯 在 30 MPa 打 击力和 200 200 的方坯在 30 MP
23、a 打击力。根 据 方 坯 在 辊 道 上 的 输 送 情 况 分 别 选 取 不 同的 位 置 距 离 来 布 置 喷 嘴，150 150 方 坯 表 面 距 离喷 嘴 的 距 离 取 100 150 mm,200 200 方 坯 距 离 则 取100 125 mm，根 据 计 算 结 果，选 择 喷 嘴 布 置 时，充 分考 虑 150 方 坯 和 200 方 坯 的 差 异 导 致 的 距 离 不 同 而确定一个合适的距离。根 据 相 关 模 拟 公 式 计 算（150 方 坯，靶 距150 mm），选 择 喷 嘴 型 号 6 P 4.727.27 计 算 其 流 量、打击力和总流量等数
24、据如表 2 所示。如 果 按 照 喷 嘴 型 号 6 P 4.687.27(150 方 坯，靶 距150 mm),进 行 计 算 其 流 量、打 击 力 和 总 流 量 等 数 据如表 3 所示。根 据 计 算 及 相 关 现 场 经 验 参 考，说 明 要 达 到 普碳 钢、低 合 金 钢、高 合 金 钢 的 打 击 力 的 需 求，在 系 统提 供 压 力 达 到 20 30 MPa 时，打 击 力 完 全 可 以 达 到0.8 1.2 MPa。说 明 两 种 喷 嘴 流 量 减 小，打 击 力 也 相 应 减 小，因 此 在 保 证 打 击 力 的 同 时，必 须 考 虑 喷 嘴 流 量
25、 和 系统泵流量保证。2.1.2 高压泵选择根 据 上 述 已 选 择 喷 嘴 的 计 算，其 流 量 按 照 需 求77.94 L/min 选 择，有 较 好 的 打 击 力 余 量，则 16 个 喷嘴的总流量为 QQ=16 Qi=74.82（m3/h）根 据 高 压 泵 专 业 厂 家 的 标 准 型 号，每 台 泵 流 量最 大 qi=35 m3/h，则 无 法 实 现 两 台 泵 满 足 流 量 要 求，只 能 同 时 启 动 三 台 泵。但 是，由 于 生 产 高 温 合 金 特殊 钢 种 较 少，同 时 考 虑 电 气 控 制 系 统 和 泵 电 机（280 KW）利 旧，因 此，
26、在 28 MPa 以 下 时 90%以 上 的产 品 都 可 以 使 用 两 台 泵，如 果 需 要 大 打 击 力 时 可 以直 接 启 动 三 台 泵 来 保 证 现 场 的 使 用。最 后 选 择 专业 厂 家（重 庆 水 泵 厂）制 造 供 货 的 往 复 泵，型 号：3 D 7-35/32-70-1 A（标配电机功率 355 KW）。2.1.3 除鳞降温校核由 于 喷 嘴 计 算 选 择 压 力 和 流 量 的 变 化，需 要 验算 温 度 是 否 对 红 钢 坯 料 的 温 度 产 生 较 大 的 影 响，下面根据相关理论进行计算 6。（1）高压水实际除鳞时间：钢坯长度 L：L=6
27、 12 m除鳞速度：取 V=1.0 m/sT 实=L/V=6 12 s（2）允许高压水除鳞时间：允许高压水除鳞时间 T 为：T 允=3600c r InT0-TwT1-Tw式中:曹远刚：连轧棒材线高压水除鳞系统改造 第 28 卷第 4 期图 5 模拟打击力计算图Fig.5 Parameter diagram of simulated striking表 2 打击力计算数据表Table 2 Calculation of strike force table data序号12345系统压力（MPa）3028252220喷嘴流量(L/min)77.9475.3071.1566.7563.64打击力(
28、MPa）1.211.131.010.880.8总流量（m3/h）74.8272.3068.3064.0861.09表 3 打击力计算数据表Table 3 Calculation of strike force table data序号123456系统压力（MPa）323028252220喷嘴流量(L/min)64.4062.3560.2456.9253.3950.91打击力(MPa）1.030.970.900.810.710.64总流量（m3/h）61.8259.8657.8354.6451.2648.87 58C:钢坯比热，0.114 kcal/kg；:钢坯比重,一般为 7.85 103 k
29、g/m3；:1/2 钢坯厚度 0.075 m；:总 散 热 系 数，主 要 包 含 高 压 水 冷 却 散 热，其 次 为 空 气 辐 射 散 热，和 辊 道 传 热。查 表 得 a=1800 kcal/cm2 h；：钢 坯 表 面 温 度 和 沿 厚 度 上 的 平 均 温 度 之比值，取 0.7；T 0：钢坯在除鳞箱入口处最低温度 1200，T 1：钢 坯 经 过 高 压 水 除 鳞 冷 却 后 允 许 降 到 的最低温度 1120；T w：高压水温度 20（常温）；带入数据计算得：T 允 13.5 s T 实=6 12 s。从 理 论 计 算,说 明 温 降 在 钢 坯 温 度 降 低
30、的 范 围以 内，同 时，根 据 相 关 轧 钢 生 产 线 的 经 验 数 据，说 明采 用 高 压 水 除 鳞 后 的 温 差 不 会 太 大，对 钢 坯 的 轧 制造成的影响忽略不计。2.2 电控系统及其他装置改造（1）电控系统改造为 降 低 投 资，充 分 利 用 原 来 的 控 制 系 统，仅 将原 来 由 2 台 变 频 器 控 制 主 泵 电 机 改 成 3 台 变 频 器 控制，增 加 一 台 变 频 器，其 余 全 部 利 旧，对 控 制 程 序 进行 配 套 改 造。3 台 泵 的 主 电 动 机 采 用 变 频 启 动，使用 3 个 变 频 启 动 柜 拖 动 3 台 高
31、 压 泵，该 电 气 控 制 系统 采 用 PLC 对 泵 信 号 进 行 联 锁 控 制，主 电 机 启 停 与检 测 坯 料 信 号 连 锁、上 水 过 滤 装 置 开 关 联 锁，并 与进 口 水 压 开 关、阀 门 限 位 开 关、坯 料 信 号、除 鳞 阀 等联锁。操作方式：自动手动。（2）剔废、保温罩、辊道装置等设计改造（略）3 结束语通 过 分 析 原 高 压 水 除 鳞 装 置，对 现 场 使 用 的 系统 进 行 计 算、重 新 设 计 布 置 位 置，局 部 升 级 优 化，对利 旧 部 分 进 行 全 面 检 修，除 鳞 参 数 确 定 之 后，除 鳞部 分 的 设 备
32、进 行 公 开 招 标，选 择 专 业 设 备 成 套 供 货厂 家（重 庆 水 泵 厂）。于 2022 年 7 月 初 开 始 施 工，7月 中 旬 成 功 投 入 使 用，改 造 后 的 投 入 使 用 设 备 如 图6 所示。（1）通 过 几 个 月 的 运 行 使 用，改 造 升 级 后，氧 化皮 除 尽 率 达 到 Sa 3.0（99%），除 鳞 效 果 非 常 理 想，为 提 高 连 轧 生 产 线 高 质 量 产 品 生 产 奠 定 了 坚 实 的基 础。改 造 前 除 鳞 效 果 如 图 7 所 示，改 造 后 除 鳞 效果如图 8 所示。（2）改 造 之 后，重 新 设 计
33、位 置，使 除 鳞 箱 的 位 置距 离 加 热 炉 炉 门 由 原 来 约 3 米 改 成 了 距 离 约 6 米，除 鳞 时 高 压 水 不 再 对 炉 门 产 生 影 响，极 大 地 降 低 使用 维 修 成 本，节 约 了 能 源，保 证 了 炉 门 的 有 效 启 闭，保证了炉温均匀性，提高了炉门的使用寿命。（3）改 进 后 的 剔 除 废 品 装 置、保 温 罩 装 置、新 增辊 道 等 稳 定 可 靠，完 全 满 足 坯 料 输 送、保 温 等 功能。实 践 证 明 改 造 的 高 压 水 除 鳞 系 统 是 可 行 可 靠的，完全达到了预期 效果。参考文献 1 程良健 韩先哲
34、轧钢除鳞技术及其发展 冶金设备.2002年 2 月第 1 期.总第 131 期.2 曹远刚 热轧扁钢线高压水除鳞系统改造 特钢技术2018 年 1 月 第 24 卷 第 1 期（总第 94 期）.3 薛胜雄等著 责任编辑 权怡 高压水射流技术工程合肥工业大学出版社2006 年 11 月第 1 版 合肥.4 样本资料 喷嘴世界 四川什邡东润制造有限公司 5 Eengineering lechler_broschuere_ scalemaster-hps 6 张凤军 张国忠 轧钢生产高压水除鳞系统的设计 江苏冶金 2007 年 2 月 第 35 卷 第 1 期 18 20.特钢技术 第 28 卷第 4 期图 6 改造后外观图Fig.6 Outline drawing after transformation图 7 改造前除鳞效果Fig.7 Descaling effect before transformation图 8 改造后除鳞效果图Fig.8 Effect picture of transformation descalin 59
