白阳，侯庆波

(河钢集团唐钢公司长材部，河北 唐山063016)

摘 要: 高压水除鳞机是一种先进的、高效的，用于去除钢坯表面氧化铁皮的自动化设备，被广泛应用于板带、线材、型材生产线上。介绍了钢坯表面氧化铁皮的组成、高压水除鳞机的工作原理。针对该除鳞机在中型生产线就用过程中出现的问题，如温度传感器工作异常、喷嘴压力确定等，给出了解决措施。中型生产线就用高压水除鳞机后，钢坯的表面光亮，表面质量全面提升。

关 键 词: 高压水除鳞机;型材生产线;应用

0 引言

唐钢公司长材部中型车间( 现为中型分厂) 使用阴阳面翻钢机进行除鳞，其原理是辊道将加热后的热钢输送到翻钢机处，通过翻钢机将钢坯每次翻转90°;如此反复多次，凭借钢坯在翻转过程中下落的冲击力对钢坯表面氧化铁皮进行去除，这种方法比较落后。为了提高产品质量和工作效率，2012 年5 月在加热炉出炉3^#辊道处增加了1 套由重庆水泵厂生产的高压水除鳞设备，对钢坯表面氧化铁皮进行处理，效果明显，而原翻钢机作为应急设备备用。

1 钢坯表面氧化铁皮的组成

钢坯在加热炉中经过预热、均热后，其表面与空气中的氧发生氧化还原反应，在钢坯表面生成氧化物。氧化物的形式主要有FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃三种，如图1 所示。

钢坯的氧化铁皮层从内到外依次为FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃，化学反应式^［1］如下:

其中FeO 中的氧含量最低，它在氧化铁皮中的含量大约为95%;Fe₃O₄中的氧含量略高，它在氧化铁皮中的含量约为4%;Fe₂O₃中的含氧量最高，它在氧化铁皮中的含量最低，约为1%^［2］。

2 高压水除鳞的工作原理

除鳞机在非工作状态时，电动机处于低速运转。当温度传感器检测到有钢坯通过时，反馈信号给除鳞系统。除鳞系统进行转换计算，通过变频器升频，关闭循环阀组，提高电动机转速，在喷嘴处形成高压水喷射流对钢坯表面进行除鳞。在高压水喷射流对钢坯表面氧化铁皮进行去除过程中，通过延时开关控制，打开循环阀，保证在单根钢坯通过后，除鳞系统自动恢复到非工作状态，如此反复，实现对钢坯进行自动除鳞。高压水除鳞的原理如图2 所示。

由于FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃的热膨胀系数不同，在除鳞过程中钢坯会产生一定的温降，使得氧化铁皮层产生龟裂，甚至脱落。此时，再通过高压水的冲刷、氧化铁皮之间的飞溅、碰撞，从而达到去除氧化铁皮的目的。

3 除鳞机在使用过程中发现的问题及解决办法

3． 1 温度传感器工作异常

温度传感器(HMD － 4ZC1) 用于判断是否有钢坯将进入除鳞箱^［3］。温度检测值探头温度设定在500 ℃，在温度传感器使用初期，有时出现虽然钢坯已通过除鳞机探头位置，然而除鳞机并没有启动的现象。经现场勘察，主要原因是由于钢坯在辊道输送过程中发生偏摆，钢坯偏摆撞击辊道盖板两侧立面，使盖板位置发生偏移，传感器探头正好被偏移后的盖板立面遮挡，导致除鳞机探头检测不到钢坯温度，所以不出水工作。据此，对盖板与辊道架之间焊接定位卡板，从根本上防止辊道盖板的偏移，确保传感器探头探测准确有效。

另外，有时钢坯还未到达除鳞机传感器探头，出现除鳞机自动启动现象。经现场勘察，主要原因是由于探头位置距离加热炉出钢位置太近，钢坯在出钢时经滑板撞击挡板，使撞飞的高温氧化铁皮落入除鳞机探头附近，触发探头工作，导致除鳞机异常启动。通过对温度传感器探头增加防护罩的措施，有效阻止了高温氧化铁皮引发探头误启动的问题，保证了除鳞机正常工作。

3． 2 喷嘴压力的确定

除鳞机的动力由异步电动机(Y315L3 － 6，功率160 kW，转速987 r /min) 提供，通过2 台变频器(ATV71HC20N4 200 kW － 300HP V1． 2IE16) 控制实现对电动机转速的调整。根据生产需要，要求除鳞机喷嘴压力能够按照不同产品在一定范围内变动，变频器频率与喷嘴压力的实测值对照，见表1。

除鳞机喷嘴的压力还取决于氧化铁皮附着在钢坯表面力的大小，而氧化铁皮的产生又与多种因素有关，其函数表达式为:

P = f(Q、P₀、H、α、v)

式中，P———喷嘴压力，kg /cm²;

Q———喷嘴流量，L /min;

P₀———脱去氧化铁皮层的阻力，kg /cm²;

H———喷嘴到钢坯表面之间的垂直距离，cm;

α———喷嘴与垂直钢坯表面的角度，°;

v———钢坯在辊道上运行的速度，m /s。

其中α = 15°是除鳞机厂家最初设计参数，H =15 cm 可实际测量得出，v = 2． 55 m /s 可通过辊道相关参数计算得出。只有Q、P₀未知，而Q 值是变频器调整的可知变量，最后P₀与钢坯材质、众多环境因素有关的复杂变量，如加热时间、加热温度、钢坯运行时间等。尽管P 的具体表达式无法写出，具体值也无法确定，通过生产实际可以得出各钢种适合的除鳞压力，见表2。

3． 3 循环阀组被异物卡死

循环阀是保证高压水顺利出水的关键，由0． 4～ 0． 6 MPa 压缩空气作为动力源来控制，要求粒度≤5 μm，阀门开闭时间≤1 s 且可调。除鳞机在工作前，循环阀处于关闭状态，系统压力逐渐升高。当系统压力升高至出水压力，同时检测元件检测到出水信号后，压缩空气驱动换向阀动作，循环阀开启，完成高压水喷射，再经过延时开关，压缩空气驱动换向阀反方向动作，高压水停止喷射。

生产过程中，曾出现循环阀无动作情况。经检查发现，气源压力稳定，而换向阀无动作，更换换向阀后，生产恢复正常，同时检查换向阀，发现换向阀内存有异物卡住阀芯。另外，通向循环阀组的软管距离钢坯不足10 m，长期高温环境极易使其老化，导致空气泄漏，影响气源压力稳定，利用待坯时间将该段软管改为硬管。

4 除鳞效果

该高压水除鳞设备自2012 年6 月投入使用至今，整体使用效果良好，同一根钢坯经除鳞前后的效果对照，见图3、图4。

由图3 可见，除鳞前钢坯从加热炉出来，上表面存在大面积暗色部分(氧化铁皮)，图4 中经除鳞箱体后表面全是光亮部分。

5 结语

唐钢公司中型生产线高压水除鳞机自2012 年投入运行至2016 年底，在设备点检人员的精心维护下，逐步解决了生产中暴露出来的问题，使除鳞机的有效作业率大幅度提升。钢坯的表面质量全面提升，取得了较好的经济效益。同时，高压水除鳞机维护简单方便，被广泛应用到类似产品生产中。

参考文献

［1］李华．板带材轧制新工艺、新技术与轧制自动化及产品质量控制实用手册［M］． 北京:冶金工业出版社，2006:12．

［2］王国栋． 中国中厚板轧制技术与装备［M］． 北京:冶金工业出版社，2009:10．

［3］张洪建，王双启，李宏宇． 型钢高压水除鳞自动控制系统［J］． 河北冶金，2012，(12):60．