鍍鋅光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的改進(jìn)

王浩臣，張勇生，陸永利，曹越山

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

引言

鍍鋅光整機(jī)高壓水系統(tǒng)是利用柱塞泵產(chǎn)生的高壓水對光整機(jī)機(jī)架內(nèi)的軋輥表面進(jìn)行清洗，防止軋輥粘鋅［1］。一旦光整機(jī)高壓水系統(tǒng)無法正常運行，會造成帶鋼過光整機(jī)后出現(xiàn)輥印、色差等質(zhì)量缺陷［2］。某冷軋廠鍍鋅線光整機(jī)高壓水系統(tǒng)存在噴嘴易變形、柱塞泵與供水離心泵流量不匹配、柱塞泵電機(jī)功率無法調(diào)節(jié)的問題，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生了較大影響，針對這些問題對光整機(jī)高壓水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)［3］，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 鍍鋅光整機(jī)高壓水系統(tǒng)存在的問題

1.1 噴嘴易變形失效

生產(chǎn)實踐證明，光整機(jī)高壓水系統(tǒng)壓力設(shè)置在9 MPa 以上時清洗效果較好，在光整機(jī)高壓水系統(tǒng)壓力較高的情況下，要求噴嘴要具有較強(qiáng)的耐磨損性能。原噴嘴易受高壓水流侵蝕，噴嘴噴射孔逐漸磨損，造成供水流量與出水流量失衡，光整機(jī)高壓水系統(tǒng)流量無法保持穩(wěn)定，影響清洗效果。舊式噴嘴使用前后對比見圖1。

圖1 舊式噴嘴使用前后對比

1.2 柱塞泵與供水離心泵流量不匹配

高壓柱塞泵的主要原理是利用柱塞在泵缸體內(nèi)往復(fù)運動，使柱塞與泵壁之間形成容積變化，往復(fù)吸入和排除液體并增高壓力。高壓柱塞泵在運行狀態(tài)下，必然會需求較高的供水量，一旦光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的供水離心泵流量不足，則會造成柱塞泵內(nèi)出現(xiàn)空化現(xiàn)象，使得柱塞泵內(nèi)的空氣與水混合產(chǎn)生氣爆，導(dǎo)致管路振動大、泵內(nèi)活塞磨損的問題。高壓水系統(tǒng)壓力、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系見圖2。

圖2 高壓水系統(tǒng)壓力、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系

1.3 柱塞泵電機(jī)功率無法調(diào)節(jié)

原有高壓水系統(tǒng)柱塞泵電機(jī)為恒速電機(jī)，柱塞泵電機(jī)功率不能調(diào)整，無法通過控制電機(jī)功率調(diào)整高壓柱塞泵出水壓力，在實際生產(chǎn)中，柱塞泵壓力有必要根據(jù)工作輥輥面粘鋅程度來進(jìn)行調(diào)整（調(diào)整范圍一般為9～15 MPa），否則會影響到帶鋼的表面質(zhì)量。

2 高壓水系統(tǒng)改進(jìn)措施

2.1 改進(jìn)噴嘴

光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的噴嘴作為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響著清洗效果，噴嘴的主要作用是將高壓水流進(jìn)行加速，形成高速水流噴射至軋輥表面，清理沖刷軋輥表面鋅粉、鋅渣。合理的選擇噴嘴，對于提升光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的清洗效果至關(guān)重要。

根據(jù)伯努利方程可以得到系統(tǒng)壓力與噴嘴孔徑及柱塞泵流量的對應(yīng)關(guān)系［4］：

式中：D——為噴嘴孔徑，mm；

Q——泵的流量，m3/h；

P——泵出口處的壓力，MPa。

不同流量及壓力下對應(yīng)的噴嘴直徑如表1。

表1 不同流量及壓力下對應(yīng)的噴嘴直徑

由于整個光整機(jī)高壓水系統(tǒng)受到管路彎頭數(shù)量、高壓管路長度的影響，系統(tǒng)的壓力不可避免的受到損失，會造成噴嘴計算值與實際測試值出現(xiàn)偏差，偏差值主要與光整機(jī)高壓水系統(tǒng)受到的壓力損失相關(guān)。

針對原有噴嘴易磨損的情況，對噴嘴進(jìn)行重新選型，根據(jù)計算公式確定噴嘴直徑，清洗面積較之前更大，清洗更為徹底。根據(jù)工況將原有噴嘴裝置改造為帶有旋轉(zhuǎn)柱形噴射的強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)噴嘴，強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)噴嘴可使柱狀的水柱繞著圓圈轉(zhuǎn)動，具有較長的使用壽命，耐磨性能較強(qiáng)。

2.2 優(yōu)化供水離心泵

高壓水供水系統(tǒng)由儲水箱、供水泵、高壓柱塞泵、過濾器、電控閥、安全閥等構(gòu)成，高壓水系統(tǒng)介質(zhì)為脫鹽水，系統(tǒng)中所有管路、閥門、罐體材質(zhì)為不銹鋼材質(zhì)，高壓柱塞泵及供水泵為一備一用。高壓清洗水系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 高壓清洗水系統(tǒng)示意圖

針對光整機(jī)高壓水系統(tǒng)管路振動過大的問題，對光整機(jī)高壓水系統(tǒng)管路進(jìn)行改造，減少高壓水系統(tǒng)管路中的90°彎頭，可減少高壓水流沖擊管路造成的振動，在必須保留的管路彎頭處增加管卡以吸收振動，改進(jìn)后的高壓水系統(tǒng)管路振動明顯減少。高壓清洗水系統(tǒng)閥門及泵體布置見圖4。

圖4 高壓水閥門及泵體布置

根據(jù)柱塞泵與供水離心泵流量的不匹配的情況，將供水離心泵重新選型，選用大流量供水離心泵，使離心泵的供水流量由原有的3 m3/min 增加為8 m3/min，確保離心泵供水充足，壓力保持穩(wěn)定，經(jīng)過改進(jìn)后的供水離心泵滿足高壓柱塞泵的供水需求［5］。

2.3 改進(jìn)光整機(jī)高壓水系統(tǒng)柱塞泵電機(jī)

通過對光整機(jī)高壓水系統(tǒng)柱塞泵電機(jī)功率進(jìn)行校核計算，將原有的柱塞泵電機(jī)由恒速電機(jī)改進(jìn)為變頻電機(jī)，在操作界面上設(shè)計對應(yīng)的電機(jī)功率調(diào)整界面，可通過調(diào)整電機(jī)功率控制柱塞泵壓力，保證清洗效果穩(wěn)定，避免帶鋼表面出現(xiàn)水槍印［6］。

3 結(jié)語

通過對光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的改進(jìn)，有效解決了光整機(jī)高壓水系統(tǒng)噴嘴的快速變形失效問題，改進(jìn)后的光整機(jī)高壓水系統(tǒng)流量穩(wěn)定，系統(tǒng)壓力可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，清洗效果較好，減少了軋輥表面粘鋅造成的輥印、色差等質(zhì)量缺陷，可為其他鍍鋅線光整機(jī)高壓水系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化提供借鑒。