CN105598854A - 一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械设备领域，主要涉及一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置。所述线材除鳞装置包括一除鳞箱、一放丝装置、一预处理装置、一收丝装置；所述放丝装置、预处理装置、除鳞箱及收丝装置依次连接；所述除鳞箱内部设有三个可实现磨料与高压水外混加速并对线材除鳞的喷嘴；所述喷嘴包括一中心浆料口以及六个水射流口，所述中心浆料口位于所述喷嘴的中心位置，六个所述水射流口以所述中心浆料口为中心，轴向均匀分布在其周围。本发明提供的线材除鳞装置包括一外混合式喷嘴有效避免了喷嘴的磨损，并且所述线材除鳞装置为无酸除鳞装置，具有能耗低、环保性好、运行可靠性和稳定性好的优点。

Description

一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置
技术领域
本发明属于机械设备领域，主要涉及一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置。
背景技术
线材表面氧化层(俗称鳞层)的清理是冷轧或镀锌等工艺之前的一道必不可缺的工序，金属表面氧化层清理的好坏直接影响着表面涂层质量与最终产品的机械性能。
传统的除鳞工艺借助的是酸液的化学作用，酸洗是酸液与线材表面氧化层发生化学反应将锈垢、鳞皮除去的一种方法，利用的是化学药品的反应能力，但是酸洗普遍存在处理时间长、过酸洗与欠酸洗的问题。当酸液选择不当或使用过量时，会对清洗物基体造成腐蚀破坏、造成金属表面凹凸不平；当处理时间短时则会出现欠酸洗的问题；并且酸洗产生的废液排放会造成环境污染，酸洗液处理不当会对工人健康与安全生产带来危害。因此，传统上的酸洗除鳞法已经越来越不适应自动化程度高、除锈速度快、表面处理均匀的现代工业发展要求。
为解决环境污染问题，改善工人劳动环境，提高酸洗质量，有些学者开始在酸液浓度、温度、反应时间、紊流控制等方面对酸洗技术进行改进。但是这些改进对除鳞质量的改善能力有限，且并不能从根本上消除酸洗的污染。
科研工作者开始研究取代传统酸洗线的无酸除鳞工艺。这些技术主要包括拉矫除鳞技术、钢刷刷鳞技术、磨料射流技术。其中，拉矫除鳞技术是通过矫直辊的拉矫能使表面鳞层与基体间出现断裂，这种除鳞模式效果很差，表面处理不均匀，只能作为除鳞的预处理；钢刷刷鳞技术主要是借助钢刷的摩擦力将线材表面氧化层去除，这种除鳞模式效果差，精度难以控制，且普遍存在过刷洗，导致金属浪费。磨料射流技术是将磨料与高压、高速流动的水互相混合而形成的液固两相介质射流，打击线材表面并去除氧化层。该技术具有热影响小、反作用小、处理速度快，除鳞过程无污染、绿色循环、便于调控等优点。在实际工作中一旦喷嘴磨损则不能正常工作，影响除鳞效果，难以实现流程工业的连续生产要求。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置。所述除鳞装置具有一外混合式喷嘴，所述外混合式喷嘴将磨料与高压水在喷嘴外进行混合与加速，喷向被处理线材，有效避免了喷嘴的磨损；所述线材除鳞装置为无酸除鳞装置，具有能耗低、环保性好、运行可靠性和稳定性好、水与磨料均可循环使用的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，所述线材除鳞装置包括一除鳞箱、一放丝装置、一预处理装置、一收丝装置；所述放丝装置、预处理装置、除鳞箱及收丝装置依次连接；
所述除鳞箱内部设有三个可实现磨料与高压水外混加速并对线材除鳞的喷嘴。
进一步地，所述喷嘴包括一中心浆料口以及六个水射流口，所述中心浆料口位于所述喷嘴的中心位置，六个所述水射流口以所述中心浆料口为中心，轴向均匀分布在其周围；
每个所述水射流口的中轴线均与所述中心浆料口的中轴线成10-30°的夹角。
进一步地，所述喷嘴的工作角度θ的调节范围为10-35°，所述喷嘴距线材的靶距d的调节范围为150-200mm。
进一步地，三个所述喷嘴的中轴线与线材的三个交点分别位于与所述线材垂直的三个不同的平面上；将三个所述喷嘴沿着所述线材的轴向进行投射，任意两个喷嘴中轴线间的夹角均为120°。
进一步地，在所述除鳞箱中还包括一浆料搅拌箱以及一磨料罐，所述浆料搅拌箱与磨料罐的底部连接，所述浆料搅拌箱的底部与一磨料浆料输出管道的一端连接，所述磨料浆料输出管道的另一端具有三个浆料输出分支管道，所述三个浆料输出分支管道分别与三个所述喷嘴的中心浆料口连接；
所述浆料搅拌箱还包括具有分支结构的循环水管路，所述循环水管路包括第一支路管道与第二支路管道，所述第一支路管道的末端与所述浆料搅拌箱连接，所述第二支路管道上包括一高压水泵以及一流量调节阀，并所述第二支路管道的末端具有三个高压水输出分支管道，所述三个高压水输出分支管道分别与三个所述喷嘴的水射流口连接。
进一步地，所述浆料搅拌箱的侧壁安装有一磨料浆料浓度检测器。
进一步地，每个所述水射流口的中轴线均与所述中心浆料口的中轴线成30°的夹角。
进一步地，所述放丝装置为对线材进行开卷的放丝架，所述收丝装置为对可实现除鳞后线材卷取的卷取机，所述预处理装置为可使线材表面氧化层出现层裂的拉矫机；
所述除鳞箱的靠近所述预处理装置的一端设置前防震辊，另一端设置后防震辊，并所述后防震辊与所述收丝装置之间还依次设置烘干箱以及在线检测装置。
进一步地，所述前防震辊与所述后防震辊结构相同，均包括均上防震单元及下防震单元，所述上防震单元及所述下防震单元与线材接触的位置均为凹槽结构，所述线材位于所述上防震单元的凹槽结构与所述下防震单元的凹槽结构之间。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，磨料与水在喷嘴外混合，极大程度提高了喷嘴的寿命；
(2)本发明一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，系统运行稳定安全，表面处理质量好、速度快、能耗低、不存在热变形；
(3)本发明可通过调节高压泵压力等级、磨料粒径及流量、磨料浆料浓度、靶距与工作角度等参数，在保证除鳞质量的同时有效降低能耗。
附图说明
图1是本发明线材除鳞装置的结构示意图；
图2是本发明线材除鳞装置除鳞箱的结构示意图；
图3是本发明线材除鳞装置中喷嘴的结构示意图；
图4是本发明线材除鳞装置中喷嘴(图3)的剖面图；
图5是本发明线材除鳞装置中喷嘴工作时的主要控制参数示意图；
图6是本发明线材除鳞装置三个喷嘴沿其轴向投射图；
图7是本发明线材除鳞装置三个喷嘴沿其径向投射图；
图8是本发明线材除鳞装置中防震辊示意图。
图中附图标记：1.放丝架、2.线材、3.第一导向辊、4.拉矫机、5.前防震辊、6.除鳞箱、7.后防震辊、8.烘干箱、9.在线检测装置、10.第二导向辊、11.卷取机、12.喷嘴、13.磨料浆料浓度检测器、14.浆料搅拌箱、15.磨料罐、16.高压水泵、17.流量调节阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，所述线材除鳞装置包括一除鳞箱、一放丝装置、一预处理装置、一收丝装置；所述放丝装置、预处理装置、除鳞箱及收丝装置依次连接；
所述除鳞箱内部设有三个可实现磨料与高压水外混加速并对线材除鳞的喷嘴12，将用于除鳞的磨料浆料与高压水在喷嘴外混合并加速，极大程度提高了喷嘴的寿命。
如图3、图4所示，所述喷嘴12包括一中心浆料口12b以及六个水射流口12a，所述中心浆料口12b位于所述喷嘴12的中心位置，六个所述水射流口12a以所述中心浆料口12b为中心轴向均匀分布在其周围。
每个所述水射流口12a的中轴线均与所述中心浆料口12b的中轴线成10-30°的夹角；
优选地，每个所述水射流口12a的中轴线均与所述中心浆料口12b的中轴线成30°的夹角。
如图5所示，所述喷嘴12的工作角度θ的范围为10-35°，并所述喷嘴12距线材2的靶距d的范围为150-200mm；其中，所述工作角度θ为喷嘴12的中轴线与垂直于所述线材2的平面所形成的夹角，所述靶距d为：在喷嘴12的中轴线上，从喷嘴12的喷射端到线材2的距离。
如图6、图7所示，三个所述喷嘴12的中轴线与线材2的三个交点分别位于与所述线材2垂直的三个不同的的平面上；将三个所述喷嘴12沿着所述线材2的轴向进行投射，任意两个喷嘴12与线材2的连线之间的夹角均为120°。
如图2所示，在所述除鳞箱6中还包括一浆料搅拌箱14以及一磨料罐15，所述浆料搅拌箱14与磨料罐15的底部连接，所述浆料搅拌箱14的底部与一磨料浆料输出管道的一端连接，所述磨料浆料输出管道的另一端具有三个浆料输出分支管道，所述三个浆料输出分支管道分别与三个所述喷嘴12的中心浆料口12b连接；所述浆料搅拌箱14的侧壁安装有一磨料浆料浓度检测器13。
所述浆料搅拌箱14还包括具有分支结构的循环水管路，所述循环水管路包括第一支路管道与第二支路管道，所述第一支路管道的末端与所述浆料搅拌箱14连接，所述第二支路管道上包括一高压水泵16以及一流量调节阀17，并所述第二支路管道的末端具有三个高压水输出分支管道，所述三个高压水输出分支管道分别与三个所述喷嘴12的水射流口12a连接。
如图1所示，所述放丝装置为对线材2进行开卷的放丝架1，所述收丝装置为对可实现除鳞后线材2卷取的卷取机11，所述预处理装置为可使线材2表面氧化层出现轻微层裂的拉矫机4；所述除鳞箱6的靠近所述预处理装置的一端设置前防震辊5，另一端设置后防震辊7，并所述后防震辊7与所述收丝装置之间还依次设置烘干箱8以及在线检测装置9。
如图8所示，所述前防震辊5与所述后防震辊7结构相同，均包括均上防震单元及下防震单元，所述上防震单元及所述下防震单元与线材2接触的位置均为凹槽结构，所述线材2位于所述上防震单元的凹槽结构与所述下防震单元的凹槽结构之间。
本发明所述线材除鳞装置可以根据线材的具体情况进行参数调整，在保证除鳞质量的同时降低除鳞成本。主要的调整参数包括：高压泵压力等级、流量、浆料浓度、除鳞磨料粒径、靶距与工作角度。具体调节方式如下：
1.工作角度θ的调节：工作角度θ可调整的范围为10-35°；角度的最优值取决于六个水射流口(12a)直径、中心浆料口(12b)直径、浆料浓度、磨料粒径、高压水的压力与流量；
当工作角度θ减小，会导致对线材(2)的打击力增强，削弱冲刷能力；当工作角度θ增加，会导致对线材(2)的冲刷能力增强，却减小打击力。
2.靶距的调节：靶距可调节范围为150-200mm；靶距太小，处理面积小，且混合与加速效果不明显；靶距太大，处理面积变大，混合射流的速度在空气中急剧衰减。
3.高压泵压力、流量的调节：高压泵压力等级高、流量大，除鳞效果可明显提高，不过等级过高、流量过大造不必要的电能消耗，增加企业成本。
4.除鳞磨料粒径、浆料浓度的调节：当浆料浓度增大，一方面使得磨料相对用量变大，提高打击效果，另一方面在与同样压力等级及流量的高压水混合后，混合浆料的速度降低，削弱打击效果。磨料粒径过大，在提高打击效果的同时，容易引起除鳞过度，引起金属浪费。磨料粒径太小，处理效果不明显。
表1为本发明除鳞装置对具有不同氧化层厚度的线材进行除鳞时的参数值。
表1本发明除鳞装置对具有不同氧化层厚度的线材进行除鳞时的参数值

Claims (9)

1.一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述线材除鳞装置包括一除鳞箱、一放丝装置、一预处理装置、一收丝装置；所述放丝装置、预处理装置、除鳞箱及收丝装置依次连接；
所述除鳞箱内部设有三个可实现磨料与高压水外混加速并对线材除鳞的喷嘴（12）。
2.根据权利要求1所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述喷嘴（12）包括一中心浆料口（12b）以及六个水射流口（12a），所述中心浆料口（12b）位于所述喷嘴（12）的中心位置，六个所述水射流口（12a）以所述中心浆料口（12b）为中心，轴向均匀分布在其周围；
每个所述水射流口（12a）的中轴线均与所述中心浆料口（12b）的中轴线成10-30°的夹角。
3.根据权利要求2所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述喷嘴（12）的工作角度θ的调节范围为10-35°，所述喷嘴（12）距线材（2）的靶距d的调节范围为150-200mm。
4.根据权利要求2所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，三个所述喷嘴（12）的中轴线与线材（2）的三个交点分别位于与所述线材（2）垂直的三个不同的平面上；将三个所述喷嘴（12）沿着所述线材（2）的轴向进行投射，任意两个喷嘴（12）中轴线间的夹角均为120°。
5.根据权利要求1所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，在所述除鳞箱（6）中还包括一浆料搅拌箱（14）以及一磨料罐(15)，所述浆料搅拌箱（14）与磨料罐(15)的底部连接，所述浆料搅拌箱（14）的底部与一磨料浆料输出管道的一端连接，所述磨料浆料输出管道的另一端具有三个浆料输出分支管道，所述三个浆料输出分支管道分别与三个所述喷嘴（12）的中心浆料口（12b）连接；
所述浆料搅拌箱（14）还包括具有分支结构的循环水管路，所述循环水管路包括第一支路管道与第二支路管道，所述第一支路管道的末端与所述浆料搅拌箱（14）连接，所述第二支路管道上包括一高压水泵(16)以及一流量调节阀(17)，并所述第二支路管道的末端具有三个高压水输出分支管道，所述三个高压水输出分支管道分别与三个所述喷嘴（12）的水射流口（12a）连接。
6.根据权利要求5所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述浆料搅拌箱（14）的侧壁安装有一磨料浆料浓度检测器（13）。
7.根据权利要求2所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，每个所述水射流口（12a）的中轴线均与所述中心浆料口（12b）的中轴线成30°的夹角。
8.根据权利要求1所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述放丝装置为对线材（2）进行开卷的放丝架（1），所述收丝装置为对可实现除鳞后线材（2）卷取的卷取机（11），所述预处理装置为可使线材（2）表面氧化层出现层裂的拉矫机（4）；
所述除鳞箱（6）的靠近所述预处理装置的一端设置前防震辊（5），另一端设置后防震辊（7），并所述后防震辊（7）与所述收丝装置之间还依次设置烘干箱（8）以及在线检测装置（9）。
9.根据权利要求8所述一种基于外混合磨料射流的线材除鳞装置，其特征在于，所述前防震辊（5）与所述后防震辊（7）结构相同，均包括均上防震单元及下防震单元，所述上防震单元及所述下防震单元与线材（2）接触的位置均为凹槽结构，所述线材（2）位于所述上防震单元的凹槽结构与所述下防震单元的凹槽结构之间。
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