冷軋機組帶鋼吹掃裝置的改進方案

供稿|唐水清，陸兆剛，趙干波 / TANG Shui-qing, LU Zhao-gang, ZHAO Gan-bo

隨著科學技術的不斷進步，用戶對帶鋼表面質量要求越來越高。帶鋼吹掃裝置如果不能有效吹掃干凈軋制后板面的乳化液，一方面會造成俗稱“油燒”的乳化液斑跡，另一方面板面會帶走過多的乳化液，增加軋制油的消耗?，F有的乳化液吹掃系統大部分無法滿足產品生產要求，因此，找到一種更合理完善的帶鋼吹掃裝置已經是各冷軋廠都面臨的一個亟需解決的問題。

帶鋼吹掃裝置

吹掃裝置布置

柳鋼1550 mm冷連軋機帶鋼吹掃裝置全部安裝在一體式結構的防纏導板上，防纏導板的移進移出由液壓缸帶動，防纏導板上安裝的可移動式的側導板由液壓馬達帶動。兩組噴梁布置在軋機入口，一組是噴射在工作輥輥縫間的工藝潤滑噴梁，一組是噴射在工作輥輥面上由板形儀控制的分段冷卻噴梁。原設計的乳化液噴射和出口的吹掃裝置布置如圖1所示，帶鋼吹掃裝置全部位于帶鋼的上表面，主要由三部分組成：

第一部分由封閉擋板、氣簾和上吹掃組成，用于阻擋防纏導板上部的乳化液，位于上防纏導板上方。氣簾是防止乳化液從防纏導板與工作輥之間間隙落到板面上，在軋輥旋轉和氣簾的共同作用下，該間隙區域形成低壓真空區，很好地阻止了乳化液滴落到板面上。上吹掃用于吹掃支撐輥和工作輥的輥縫區，吹掃的氣流把輥身帶過來的乳化液從兩側吹落到上防纏導板上，導板上的收集槽將吹落的乳化液導流到機架的兩側。封閉擋板用于將機架上部與出口進行有效隔離，設計在擋板上面的階梯式導流槽負責把飛濺到擋板區域的乳化液排到機架兩側。

第二部分是下吹掃集管，位于上防纏導板的下方。壓縮空氣被兩根 f42.4 mm的管子引入一個集氣室后，再由寬580 mm且上下兩層圓弧形布置的噴嘴吹出，能夠形成強有力的吹掃。主要用于吹掃工作輥輥縫帶過來的乳化液，并且是迎著帶材運動方向將乳化液吹離帶材表面并推向帶材兩側。

圖1 機架乳化液噴射和吹掃布置圖

第三部分由帶鋼中部的后吹掃管和邊部吹掃裝置組成，位于上防纏導板的尾部，其中中部的后吹掃管寬540 mm，邊部吹掃每邊布置1個噴嘴。該部分吹掃裝置主要作用是吹干凈帶鋼表面殘余乳化液，干燥帶鋼表面。

吹掃問題分析

(1) 乳化液從下吹掃集管與上防纏導板安裝縫隙落到帶鋼上表面。主要是因為下吹掃集管與上防纏導板間的縫隙是通過焊接來消除的，一旦出現跑偏、斷帶、堆鋼等生產事故，防纏導板被撞擊，極易造成焊縫開裂，乳化液就會從開裂的焊縫漏到帶鋼上表面。

(2) 下吹掃集管吹掃力不足，無法形成強有力的吹掃區。

(3) 帶鋼兩側有較多從工作輥兩側的空輥縫帶過來的乳化液，而后吹掃管和下吹掃集管寬度只有500~600 mm，因此無法有效對帶鋼兩側進行吹掃。

(4) 由于原設計的防纏導板不帶位移傳感器，防纏導板前部雖然布置了一道氣簾，但在輥徑變化時，需要人工移動導板臺來控制導板與工作輥之間縫隙的大小，一旦控制不好會造成部分乳化液掉落到氣簾前的導板上或從導板與工作輥之間的縫隙掉落到帶鋼上。

帶鋼吹掃裝置的改造

從以上分析可知，目前帶鋼表面吹掃系統不完善是產生乳化液斑跡的主要原因。因此，針對系統存在的問題逐一進行了改造，改造后的吹掃系統布置圖如圖2所示。

防止乳化液掉落到帶鋼

為防止乳化液掉落到帶鋼，主要進行了四個方面的改造：

(1) 在圖2的件01上面加工一個導流槽導流聚集在它上面的乳化液，結構簡圖見圖2。另外，將其材質更改為尼龍，防止定位不準時碰傷軋輥。

(2) 對氣簾和軋輥旋轉共同作用形成的低壓真空區進行分析，如圖3所示[1]。氣簾產生利用了流體力學基本原理——柯恩達空氣放大效應，即少量的工業壓縮空氣作為動力輸入到集氣室，從氣縫中流出，獲得高速、強大的氣流，形成負壓效應。形成的氣簾與軋輥軸向平行，吹走乳化液，阻擋乳化液滴落到帶材表面，乳化液從上防纏導板兩側流出。因此，為充分發揮氣簾的作用，要經常調整和維護氣縫的寬度及均勻性，控制其寬度在0.3 mm左右。

圖2 改造后的吹掃系統布置圖

圖3 氣簾效果分析圖

(3) 對軋機出口區域的流體環境進行分析，如圖4(a)所示。如果沒有下吹掃集管或者其不起作用的時候，在伯努利(Bernoulli)效應的作用下，在軋機出口側的帶鋼中心上方，由帶鋼線速度和軋機牌坊組成的幾何形狀可以在該區域形成一個較低的低壓區。該低壓區使含有乳化液液滴的部分空氣移至帶材表面，帶鋼接觸這些乳化液液滴會形成乳化液斑跡。

在帶鋼之上、氣簾的隔板之下設置有下吹掃集管時，下吹掃集管采用的大容量集氣室和低音噴嘴形成一個高壓區，使含有液滴的空氣遠離帶材表面，如圖4(b)所示[2]，可以很好地阻止隔板下含有空氣的液滴落在帶鋼上，防止乳化液斑跡的產生。因此，給下吹掃集管從壓縮空氣總管單獨引了進氣管，并在機旁設置了氣罐，保證使用點壓力在0.5 MPa以上，確保吹掃力和高壓區的形成。

(4) 防纏導板的移動液壓缸增設進行定位的位移傳感器，確保導板與工作輥間的縫隙大小不受輥徑變化的影響，控制縫隙在合理范圍內，從而保證圖3所示的氣簾能夠發揮最佳效果。同時，防纏導板可以準確動作到工作輥附近，也能較好地提升防纏效果。

為了方便對液壓缸行程的控制，改造的難點和重點是必須推導出工作輥輥徑和液壓缸行程之間的函數關系。因此，將上防纏導板結構簡化成圖5所示。

圖4 軋機出口空氣流示意圖

圖5 防纏導板結構簡化圖形

其中各參數的含義為：r為工作輥半徑；δ為上工作輥與上防纏導板頭部的間隙；α為水平面與防纏導板滑道的夾角；h為板厚；O為液壓缸的固定端點；B為液壓缸的移動端點；A為防纏導板的移動尖點；SOB為移動上防纏導板的液壓缸行程。

結合相關資料[3-5]，可計算出下防纏導板的實際行程S與工作輥輥徑變化之間的函數關系：

由公式(1)可知，防纏導板液壓缸的行程S隨著防纏導板與工作輥間隙δ值的變化而變化。在乳化液吹掃系統中，為保證吹掃效果，需要導板與工作輥之間的縫隙大小不受輥徑變化的影響。因此，要求保證間隙δ不變，根據給定的間隙δ值和輥徑值，可以計算出工作輥所對應的防纏導板液壓缸的行程值，把這個行程值發送給自動控制程序控制液壓缸驅動導板移動到指定位置。

其他改進

(1) 經過觀察發現對著工作輥和支承輥輥縫區域吹掃的上吹掃管只是將乳化液吹散，且吹散的液滴落在上防纏導板上，對帶鋼吹掃作用不大。實驗證明關閉該吹掃發現無任何影響。因此，取消了上吹掃管，這一措施也可以一定程度降低現場噪音。

(2) 用輕便的PPH板材現場焊接一個擋板安裝在封閉擋板與氣簾之間，不僅可以有效地阻止乳化液從上吹掃集管與防纏導板交叉的縫隙落到帶鋼上，而且在堆鋼等生產事故發生時可以快速修復該新增的擋板。

(3) 在可以調整寬度的側擋板上安裝噴梁吹軋輥兩側的空輥縫，取消原來兩側的吹邊噴嘴。這樣設計的噴梁可以根據帶鋼寬度進行調整，實現了快速動態的調整。

(4) 原設計軋機出口存在只有中間噴梁的不足，因此在軋機出口兩側各增加了一組噴梁，噴梁噴嘴采用思萬特209型，安裝在測厚儀框架上，保護擋板可以較近的布置在帶鋼附近。

(5) 在機架出口到卷取的地方帶鋼還要運行一段距離，乳化液的部分霧氣在出口保護罩的一些鋼板上會冷凝滴落造成鋼板的二次污染。因此，在出口設置了相應的乳化液收集溜槽或增加抽風裝置。這需要各冷軋廠根據自己的實際情況來進行完善。

改進效果對比

改進后的乳化液吹掃裝置運行的有效性大幅升高，產品表面潔凈干燥，帶鋼表面乳化液斑跡得到基本控制，產品質量明顯提升。對比結果見圖6。從改造完畢后的2016年8月份開始，帶鋼表面的反射率基本穩定并逐步提高，8—12月的平均反射率為63.7%，比1—7月的平均反射率提高了2.4%。

圖6 1—12月帶鋼月平均反射率情況

結束語

帶鋼吹掃裝置改造后由上、下防纏導板、吹掃梁等形成了一套完整的系統。該吹掃裝置選用靜音噴嘴，減少了噪音污染，解決了以往軋機出口設備多、空間緊張和較易殘留乳化液的問題，增強了設備的可靠性，提高了產品質量，降低了后續生產成本，增加了企業經濟效益。

攝影 賈大庸