CN102078884B - 一种高压水射流带钢清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压水射流带钢清洗装置，主要用于带钢表面残留物的清洗。该装置主要由多柱塞高压水泵，溢流阀，喷射梁，高压扇形喷嘴，制动器，减速器，限位电机，带钢，托辊电机，超越离合器，托辊，焊缝探测仪，轴承组成。该装置采用多柱塞高压水泵，解决了传统清洗压力和流量脉动大而导致有污渍痕迹，以及设备体积庞大等缺陷；可转动式喷射梁能够避免带钢与喷嘴间的刮擦；超越离合器的安装可以避免带钢表面与托辊间产生划痕和磨损，提高带钢表面质量。

Description

一种高压水射流带钢清洗装置

技术领域

本发明涉及一种高压水射流带钢清洗装置，主要用于钢厂带钢表面残留物的清洗领域。

背景技术

冷轧钢经过轧机轧制后表面会有大量的残留物，根据实际情况统计，其表面的残留物密度通常在220～800mg/m²之间，这些残留物可分成两部分，即轧制油部分和微小固体颗粒部分，其中固体颗粒所占的比例为20％～50％。虽然钢卷上的残油在罩式炉加热过程中大部分可以挥发，但由于这个挥发过程不够彻底，退火后的钢卷表面依然会有碳黑和铁粉残留，这些固体颗粒是其表面产生压痕及划伤的主要因素，同时对对冷轧钢卷的表面质量有很大影响。

生产高品质的钢板，表面清洗质量是关键。清洗效果的好坏直接影响钢板使用性能和外观。传统的清洗方法基本是采用机械方法或用煤油、柴油进行的人工清洗方法，不仅费时、费力，而且清洗不彻底。随着化学工业的发展，各种专用的清洗剂应运而生，主要以酸性或碱性的溶剂为主，在清除水垢、油垢等各种清洗场合起了很大的作用，但是这种化学清洗最大的不足是对环境有污染，同时对被清洗物有一定的腐蚀作用。例如某厂带钢清洗段工艺流程为：碱喷洗→碱液刷洗→电解清洗→热水漂洗，这种化学清洗+电解清洗+物理清洗的方法虽然能够去除带钢表面油脂、铁末等大部分污染物，但对于高速运行的带钢，藏在原板凹坑里的污染物采用上述清洗工艺仍然难以达到理想的清洗效果，且电解清洗具有耗电量大、一次性投资大等缺点，不符合节能低碳的要求。

随着水液压技术的不断成熟，其应用领域也不断扩展，上世纪70年代末，国外开始大力发展高压水射流技术，而在带钢清洗领域也逐渐发展为以高压水清洗替代传统清洗方式的趋势。高压水射流清洗利用高压喷头喷射出强劲高压水，直接冲击带钢表面进行清洗。其对带钢表面的固体颗粒、轧制油等清洗效果显著，特别是对藏于具有一定粗糙度的凹坑里的铁粉、顽固油泥等具有十分明显的清洗效果。但是一般带钢的厚度是2.00～6.00mm，对于高压清洗系统的压力存在一定的要求，如果喷射压力过高，则会导致带钢受冲击变形，而如果喷射压力过低则会降低带钢表面的清洗率。同时以往的清洗方案中还存在着由于带钢的运行速度和下托辊的转动线速度不一致而导致带钢表面受磨损的现象。

发明内容

本发明提供一种高压水射流带钢清洗装置。即通过多柱塞高压水泵将水加压后产生强大的压力能，该高压水通过安装在喷射梁上的特殊结构高压扇形喷嘴连续不断地对被清洗带钢基体上的残留物进行打击、剥离、疏通，以达到清除基体污垢的目的。其解决了传统化学清洗方法和机械清洗方法难以清除一些特殊污垢、清洗效率低、综合费用高、耗能、腐蚀损伤基体、不易于实现自动控制等的缺陷。

一种高压水射流带钢清洗装置包括电机1，多柱塞高压水泵2，水箱3，溢流阀4，喷射梁5，管夹6，安装支架7，机架8，喷嘴座9，高压扇形喷嘴10，制动器11，减速器12，限位电机13，超越离合器14，托辊电机15，焊缝探测仪16，带钢17，托辊18，轴承19。多柱塞高压水泵2安装在电机1上，电机1与多柱塞高压水泵2通过联轴器传递力矩，多柱塞高压水泵2的进口接水箱3，多柱塞高压水泵2出口的高压管路通过高压钢管或软管通过溢流阀4旁路接喷射梁5，，溢流阀4溢流口接水箱3回水；喷射梁5两端与轴承19过盈配合并水平安放在两侧的安装支架7上，并通过管夹6将轴承19的外圈压紧固定，管夹6与安装支架7连接，安装支架7与机架8连接固定，喷嘴座9在喷射梁5沿同一母线布置，高压扇形喷嘴10与喷嘴座9连接，喷射梁5上所有喷嘴分别沿带钢17宽度方向以带钢中线为中心朝左右两侧轻微偏转；制动器11，减速器12，限位电机13依次安装于喷射梁5的另一侧，制动器11使得喷射梁在工作位置a或避让位置b锁死，减速器12通过限位电机13提供动力使得喷射梁5由工作位置a转动到避让位置b以及从避让位置b回位到工作位置a；喷射梁5正下方布置有托辊18，带钢17平铺在托辊18上，并在两侧张力辊的作用下沿喷射梁5径向(即V1向)作直线运动；超越离合器14和托辊电机15依次安装于托辊18的一侧；焊缝探测仪16安装于机架8的前部即带钢入口处。

管夹6与安装支架7之间通过螺栓连接，安装支架7与机架8之间也通过焊接或螺栓连接固定，喷嘴座9沿径向焊接于喷射梁5上面，高压扇形喷嘴10与喷嘴座9之间通过螺纹连接，

所述的高压水射流带钢清洗装置，采用多柱塞高压水泵2实现高压水的排出，工作压力设定范围为7-12MPa，其具有流量脉动小、压力稳定等特点，特别适合于高压水连续清洗带钢的要求，不会产生以往采用三柱塞曲柄连杆泵因为流量和压力脉动大造成带钢清洗力不均匀，而留下污渍痕迹等质量问题。另外，本方案采用的多柱塞高压水泵2直接由电动机驱动，具有体积小、重量轻、无需配备减速机等，相比三柱塞曲柄连杆泵具有鲜明的优点。

所述的高压水射流带钢清洗装置，经加压后的高压水通过喷射梁5和高压扇形喷嘴10后喷射到带钢17表面进行清洗。高压扇形喷嘴10的喷射面与带钢17的运行平面呈β布置，30°＜β＜90°，并且喷射方向与带钢17的运行方向相对，这样可以充分利用高压水射流形成的喷射能量，有效破坏污染物与带钢表面的粘着力，使污染物能够顺利脱离带钢表面；选择高压扇形喷嘴的喷射角为Φ，50°＜Φ＜70°，可以适应各种规格的带钢表面清洗；高压扇形喷嘴10的端部与带钢17表面的喷射距离为s，100mm＜s＜300mm，每个高压扇形喷嘴在带钢宽度方向上的喷射长度为L，每两个相邻的高压扇形喷嘴在喷射范围内重叠部分的长度为ΔL，满足L/6＜ΔL＜L/2，这样可以保证带钢在清洗过程中受力均匀，获得最佳的清洗效果；根据理论分析和现场试验结果表明，若高压扇形喷嘴10与带钢17表面的喷射距离过大，高压水的喷射动能开始明显减弱，不利于清洗，但过小的喷射距离使得清洗面积偏小，浪费资源；特别对于高速运行的带钢而言，较小的清洗面积使得清洗不够充分。同时，高压扇形喷嘴10通过螺纹连接于喷嘴座9上，通过调节喷嘴，使得喷射梁5上所有喷嘴分别沿带钢17宽度中线方向朝左右两侧轻微偏转一定的角度α，5°＜α＜20°，使得逆着带钢运行方向看形成V型清洗带，该V型清洗带可以将这些处于自由状态的固体颗粒和油污从带钢中间向两边清扫，将污染物彻底清洗脱离带钢，防止其进入后续的清洗工艺，有效增加了带钢表面的清洗率。

所述的高压水射流带钢清洗装置的工作过程如下：减速器12由限位电机13提供动力从而使喷射梁5发生旋转，在清洗状态下，喷射梁5由制动器11锁死，处于高压扇形喷嘴10与带钢17表面呈β角的工作位置a；当需要穿带时，安装在前向机架上的焊缝探测仪16检测到带钢17的穿带信号后，制动器11停止对喷射梁5的锁死，限位电机13迅速动作，使喷射梁5转动到避让位置b；当带钢完成穿带以后，检测信号指示喷射梁5恢复到工作位置a，制动器11恢复对喷射梁5的锁死，重新恢复到清洗状态。

所述的高压水射流带钢清洗装置，在托辊18的一端依次安装超越离合器14和托辊电机15，托辊电机15通过超越离合器14带动托辊18转动，这样便可以降低带钢17因与托辊18由于相对运动而造成的表面划痕和磨损。这是由于带钢17在正常运行过程中会因为两端的张力辊的张力波动或者是带钢跑偏等因素而使得其速度不稳定，即V1≠V2，这样就会使得带钢17和托辊18之间存在摩擦，不仅会影响带钢17表面的质量，也会降低系统的机械效率，为此在带钢17下方的每道托辊18的一端依次安装超越离合器14和托辊电机15，使带钢17与托辊18同步运行，以减小两者间的摩擦。

本发明具有以下优点：

1.以高压水清洗代替传统的化学清洗方法和机械清洗方法，不仅解决了以往不能或难以清洗的特殊污垢的问题，而且能清洗形状和结构复杂的各种设备和零部件，清洗过后的零部件不需要再进行洁净处理，提高了清洗效率，降低了综合费用，易于实现自动控制。

2.采用多柱塞高压水泵为系统提供高压水，其具有流量脉动小、压力稳定等优势，特别适合于高压水连续清洗带钢的特殊要求，不会因为流量和压力脉动大而造成以往带钢清洗不均匀，表面留下污渍痕迹的问题。同时根据机组速度、带钢宽度、厚度等工艺参数，经过理论分析和实验相结合得出一组合理的高压扇形喷嘴出口喷射角度Φ、喷射梁布置角度β、喷射流重叠区域ΔL、喷嘴数量等参数，可显著地提高清洗效果。

3.每道喷射梁设置一个限位电机装置，使得喷射梁正常情况下处于工作位置，当监测到带钢穿带信号时，限位电机动作，实现每道喷射梁同时绕安装支架反向转动一定角度β到避让位置这可以避免带钢随托辊穿带的过程中发生与喷射梁上面的高压扇形喷嘴相刮擦的现象。

4.在带钢下侧的托辊一端设置一个超越离合器和托辊电机，可以降低由于带钢和托辊之间运动速度不一致(V1≠V2)而导致的滑动摩擦。

附图说明

附图1为本发明的一种高压水射流带钢清洗装置主视图。

附图2为本发明的一种高压水射流带钢清洗装置A-A截面视图。

附图3为本发明的一种高压水射流带钢清洗装置喷射梁避让图。

附图4为本发明的一种高压水射流带钢清洗装置A-A截面图中的B向视图。

附图5为本发明的另一种实施方案喷射梁对称布置图。

附图6为本发明的另一种实施方案喷射梁不对称布置图。

图中：1、电机，2、多柱塞高压水泵，3、水箱，4、溢流阀，5、喷射梁，6、管夹，7、安装支架，8、机架，9、喷嘴座，10、高压扇形喷嘴，11、制动器，12、减速器，13、限位电机，14、超越离合器，15、托辊电机，16、焊缝探测仪，17、带钢，18、托辊，19、轴承。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1所示，该清洗装置主要包括多柱塞高压水泵2，喷射梁5，机架8，高压扇形喷嘴10，制动器11，减速器12，限位电机13，超越离合器14，托辊电机15，焊缝探测仪16，带钢17，托辊18，轴承19。多柱塞高压水泵2安装在电机1上，并通过联轴器进行力矩传递，泵的进口接水箱3，出口的高压管路通过高压钢管或软管接喷射梁5，溢流阀4旁路接入，溢流阀4的溢流口接水箱3回水。喷射梁5的两端与轴承19过盈配合，并水平安放在安装支架7上，管夹6与安装支架7之间通过内六角螺栓连接，安装支架7与机架8之间也通过焊接或螺栓连接固定，喷嘴座9沿径向焊接于喷射梁5上面，并且保证所有喷嘴座9在同一条直线上，高压扇形喷嘴10与喷嘴座9之间通过螺纹连接并保证其良好的密封性；喷射梁5上所有喷嘴分别沿带钢17宽度方向朝左右两侧轻微偏转一定的角度，使得逆着带钢运行方向形成V型清洗带；在喷射梁5的一侧依次安装制动器11，减速器12和限位电机13；带钢17平铺在托辊18上，并在两侧张力辊的作用下沿图中V1方向作直线运动，托辊18安装在机架8上，超越离合器14和托辊电机15依次安装在托辊18的一侧，由托辊电机15通过超越离合器14带动托辊18转动；焊缝探测仪16安装于机架8的前部即带钢入口处。

该高压水射流带钢清洗装置结构上具有以下特点：高压扇形喷嘴10的喷射面与带钢17的运行平面呈β布置，β可以是35°、60°、85°等，需满足30°＜β＜90°，并且喷射方向与带钢17的运行方向相对，这样可以有效破坏污染物与带钢表面的粘着力，使污染物顺利脱离带钢表面；高压扇形喷嘴10的喷射角为Φ，Φ可以是55°、65°等，需满足50°＜Φ＜70°，可以适应各种规格的带钢表面清洗；高压扇形喷嘴10的端部与带钢17表面的喷射距离为s，s可以是105mm、200mm、295mm等，需满足100mm＜s＜300mm，每个高压扇形喷嘴10在带钢17宽度方向上的喷射长度为L，每两个相邻的高压扇形喷嘴10在喷射范围内重叠部分的长度为ΔL，满足L/6＜ΔL＜L/2，例如1/3L，这样可以获得最佳的清洗效果；同时，高压扇形喷嘴10通过螺纹连接于喷嘴座9上，并使得喷射梁5上所有喷嘴10分别沿带钢17宽度中线方向朝左右两侧轻微偏转一定的角度α，α可为8°、10°，15°等，需满足5°＜α＜20°，使得逆着带钢17运行方向看形成V型清洗带，如图4所示。

带钢清洗之前，为防止高压水冲击带钢引起跳动，首先用压块压住带钢17两侧边缘处，而后开启电机1，通过溢流阀4将压力调节到设定值(工作压力设定范围为7-12MPa)，高压水通过溢流阀4后被压入喷射梁5而后经高压扇形喷嘴10对带钢17表面进行连续不断的冲洗，水的润湿作用减小了带钢表面油污的粘滞力和表面张力，水的高压冲击力对带钢表面油膜产生了破坏作用；此外，当带钢表面的污染物中油污含量相对较低时，可以适当降低系统的喷射压力；而当油污含量较高时，适当提高系统的喷射压力，这是因为水射流压力过低将难以保证清洗效果，而水射流压力过大会对带钢17的板形造成影响。因此，需要严格控制水射流的压力，既要使轧钢清洁，又要使水射流清洗不会损伤被清洗的钢板。带钢在两端张力辊的作用下以速度V1沿直线向右运动，由于存在张力辊的张力波动、带钢跑偏以及清洗过程中人为对带钢焊接、剪切等因素，会导致带钢速度不稳定，即V1≠V2，这时安装在托辊17一端的超越离合器14便起到降低两者摩擦的作用，对带钢表面质量和整个系统的机械效率起到有效提高，如图2所示。另一方面，当带钢随托辊在卷带的过程中不可避免会与喷射梁上面的高压扇形喷嘴10发生刮擦，所以安装在前向机架上的焊缝探测仪16可以及时检测带钢的工作状态，将电信号传送到控制系统，使得限位电机13带动喷射梁5旋转到避让位置b，避免了上述刮擦，如图2和图3所示。

带钢清洗过后的废水中含有大量的铁粉和化学物质，如果直接排放出去，不仅会产生资源浪费，而且会对环境造成严重的污染。所以分两步对废水进行处理，第一步用物理方法对铁粉回收，第二步是对化学物质进行处理，处理后的废水可以直接排放出去，也可以循环利用。

另外当高压水流通过高压扇形喷嘴的压力达到一定值时，这种喷射流的速度可以接近手枪子弹的射击速度，因此高压力水喷射流能对人体造成伤害，在使用安全方面，必须进行充分训练，防止发生安全事故。

实施例2

上述实施例1采用的是带钢单面清洗，为了提高带钢的清洗效率，可以在带钢17的下表面设置另一组喷射梁5，实现同时对带钢17的上下表面进行清洗，为了减小高压水射流对带钢造成较大的振动、噪声，尽可能使带钢平稳运行，不对带钢张力造成较大波动，在现场条件允许的前提下，尽可能使上下喷射梁5沿带钢17对称布置，如图5所示；但如果场地条件不允许，要求上下喷射梁5错开布置时，应在喷射梁5的背面加托辊18，并使下喷射梁布置在前，上喷射梁布置在后，如图6所示。因为将下喷射梁布置于带钢运行方向前方，带钢下表面的铁粉、固体颗粒、油泥等被喷射冲洗之后，由于自身重力和带钢运行产生的水膜漂动，在进入下托辊之前脱离带钢表面，下托辊的布置不会对先前的清洗效果产生影响。同时根据理论计算和现场实验结果，可以在带钢运行方向上布置多道喷射梁，并且根据被清洗带钢的宽度要求，在每道喷射梁上布置若干数目的高压扇形喷嘴，以提高清洗效果。

Claims (3)

1.一种高压水射流带钢清洗装置，其特征在于：包括电机(1)，多柱塞高压水泵(2)，水箱(3)，溢流阀(4)，喷射梁(5)，管夹(6)，安装支架(7)，机架(8)，喷嘴座(9)，高压扇形喷嘴(10)，制动器(11)，减速器(12)，限位电机(13)，超越离合器(14)，托辊电机(15)，焊缝探测仪(16，带钢(17)，托辊(18)，轴承(19)；其中多柱塞高压水泵(2)安装在电机(1)上，电机(1)与多柱塞高压水泵(2)通过联轴器传递力矩，多柱塞高压水泵(2)的进口接水箱(3)，多柱塞高压水泵(2)出口的高压管路通过高压钢管或软管旁接溢流阀(4)，溢流阀(4)溢流口接水箱(3)回水，溢流阀(4)出口接喷射梁(5)；喷射梁(5)两端与轴承(19)过盈配合并水平安放在两侧的安装支架(7)上，并通过管夹(6)将轴承(19)的外圈压紧固定，管夹(6)与安装支架(7)连接，安装支架(7)与机架(8)连接固定，喷嘴座(9)在喷射梁(5)上沿同一母线布置，高压扇形喷嘴(10)与喷嘴座(9)连接，喷射梁(5)上所有喷嘴分别沿带钢(17)宽度方向以带钢中线为中心朝左右两侧轻微偏转；制动器(11)，减速器(12)，限位电机(13)依次安装于喷射梁(5)的另一侧，制动器(11)使得喷射梁在工作位置a或避让位置b锁死，减速器(12)通过限位电机(13)提供动力使得喷射梁(5)由工作位置a转动到避让位置b以及从避让位置b回位到工作位置a；喷射梁(5)正下方布置有托辊(18)，带钢(17)平铺在托辊(18)上，并在两侧张力辊的作用下沿喷射梁(5)径向作直线运动；超越离合器(14)和托辊电机(15)依次安装于托辊(18)的一侧；焊缝探测仪(16)安装于机架(8)的前部即带钢入口处。

2.根据权利要求1所述的一种高压水射流带钢清洗装置，其特征在于：多柱塞高压水泵(2)的工作压力范围为7～12MPa，高压扇形喷嘴(10)的出口喷射角度为Φ，50°＜Φ＜70°；喷嘴喷射水面与带钢(17)表面所成夹角为β，30°＜β＜90°，喷嘴的喷射方向与带钢的运动方向相对；每个喷嘴在带钢宽度方向上的喷射长度为L，每两个相邻喷嘴在带钢上的喷射宽度存在重叠量ΔL，L/6＜ΔL＜L/2；高压扇形喷嘴(10)端部与带钢(17)表面的喷射距离为s，100mm＜s＜300mm，并使得喷射梁(5)上所有高压扇形喷嘴(10)分别沿带钢(17)宽度中线方向朝左右两侧轻微偏转一定的角度α，5°＜α＜20°。

3.根据权利要求1所述的一种高压水射流带钢清洗装置，其特征是：此清洗装置在带钢(17)的下表面设置另一组喷射梁(5)，实现同时对带钢(17)的上下表面进行清洗，并使上下喷射梁(5)沿带钢(17)对称布置，当场地条件不允许，要求上下喷射梁(5)错开布置时，应在喷射梁(5)的背面加托辊(18)，并使下喷射梁布置在前，上喷射梁布置在后；在带钢运行方向上布置多道喷射梁，并且在每道喷射梁上布置有高压扇形喷嘴(10)。

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