CN113145671B - 一种用于制定除鳞系统参数标准的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，涉及钢铁生产技术领域，包括对除鳞打击力的理论计算、靶距的选择、喷射角、扭转角、倾角对打击力的影响、道次压下量对除鳞打击力的影响、打击刻痕长度的计算的研究，得到除鳞高度评估标准和除鳞覆盖率和打击力评估标准，此控制方法可用于验证所有高压水除鳞系统的合理性，通过喷嘴型号的调整、高度的调整乃至管路的重新设计，最大效率提高除鳞打击力，改进钢板表面质量，同时减少喷嘴备件和水资源的浪费。

Description

一种用于制定除鳞系统参数标准的方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种用于制定除鳞系统参数标准的方法。
背景技术
高压水除鳞过程主要伴随着冷却、破裂、爆破、冲刷效应，对于一次炉生氧化铁皮而言，破裂和爆破效应为主，所以要求炉生氧化铁皮的致密层厚度受控，且致密层结构以疏松多孔状为主。对于二次及三次氧化铁皮，则以冲刷效应为主，因而要求除鳞水打到钢板本体的打击力达到一定的界限。
影响除鳞效果的因素众多，从工艺和设备层面分，工艺方面的影响因素有：钢种成分、加热温度、残氧量、加热时间、除鳞温度、轧制速度、除鳞道次、轧制规程、道次压下量等。设备方面的影响因素有：系统压力、射流速度、除鳞高度、喷嘴型号、轧辊质量等。这其中最核心的问题是高压水除鳞打击到钢板上的打击力能否有效且均匀的满足去除当前状况下氧化铁皮去除所需的力。
目前国内钢厂对于表面质量控制的难点在于二次及三次氧化铁皮的去除不够完全，一方面受限于国外喷嘴厂家的技术封锁，且钢厂对于喷嘴的研究不够深入。另一方面，除鳞喷嘴的实际除鳞工况与理论设计存在着不可忽视的偏差，从而导致许多钢厂进行高压水改造后发现实际除鳞效果总是未达到预期效果。因此，对于除鳞系统合理性的相关研究需制定一种评估标准。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，标准包括除鳞高度评估标准、除鳞覆盖率和打击力评估标准，除鳞高度评估标准为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，单位mm，
P为系统压力，单位MPa；d为喷嘴出口直径，单位mm；
当道次压下量为10mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
, 单位mm，
α、β分别为喷嘴的喷射角和倾角，单位度；
相应边部除鳞打击力高于0.8，即Pmin上为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，单位MPa，
A1为喷嘴的出流截面积，单位mm2；Cd为流量系数；ρ为液体的密度，单位g/cm3，C为速度系数；
当道次压下量为40mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
；
此时对于除鳞覆盖面要求覆盖整宽面，即
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
轧机宽度，
a为喷嘴个数；
下喷嘴除鳞高度为h+5mm，则要求其覆盖率和打击力为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
同时满足
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
上述公式中，喷嘴角度为25～35°。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法中，标准中，包括靶距l的计算公式为：l
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，单位mm。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，出流速度v的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，单位m/s。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法中，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，喷嘴的出流量Q的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，单位L/min。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，射流对钢坯表面的总冲击力F的计算公式为：F=ρQV。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，喷射面积A的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，单位mm2。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，平均打击力P0的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；而实际打击力在
Figure DEST_PATH_IMAGE026
之间，算法修正后的打击力公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，单位MPa。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，实际除鳞高度为设计高度+5mm。
前所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，除鳞覆盖率和打击力评估标准中，打击刻痕长的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，单位mm。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中，此控制方法可用于验证所有高压水除鳞系统的合理性，通过喷嘴型号的调整、高度的调整乃至管路的重新设计，最大效率提高除鳞打击力，改进钢板表面质量，同时减少喷嘴备件和水资源的浪费；
（2）本发明中，实际在生产过程中因除鳞打击力力处于临界状态导致的零星水波纹和条带状水波纹约2500吨/年，通过本标准制定除鳞系统参数，预计可降低80%改判量，年收益2000*500元=100万元；
（3）本发明中，目前三条产线除鳞喷嘴使用周期4个月，年采购成本最少550万元，通过本方法设计除鳞参数，喷嘴可延长使用寿命至6个月，年采购成本降低180万元。累计效益280万元/年；
（4）本发明通过结合三条产线除鳞系统设计进行评估，从理论上分析影响除鳞效果的相关参数，并结合实际工况以及表面质量指出设计中存在的不合理的相关参数，最终得出该方法与实际情况基本贴近的结论，可推广于所有中厚板轧机除鳞系统参数的验证；
（5）本发明对除鳞系统相关参数进行调整，主要从除鳞高度和集管的改造，目前除鳞重叠量约5%，除鳞打击深度较好，达到预期效果，前期零星水波纹和边部条带状水波纹缺陷得到较好控制。
附图说明
图1为喷嘴的喷射面积图；
图2为射流结构及靶距的选择图；
图3为喷嘴内部结构示意图；
图4为喷射角、扭转角、倾角对打击力的影响示意图；
图5为三维射流示意图。
具体实施方式
本实施例提供的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，结合图1-5，包括对除鳞打击力的理论计算、靶距的选择、喷射角、扭转角、倾角对打击力的影响、道次压下量对除鳞打击力的影响、打击刻痕长度的计算的研究；
其中，除鳞打击力的理论计算有如下公式：
(一)出流速度：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，单位m/s；
(二)喷嘴的出流量：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，单位L/min；
(三)射流对钢坯表面的总冲击力：F=ρQV，单位N/mm2；
(四)喷射面积为A：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，单位mm2；
(五)则平均打击力
Figure DEST_PATH_IMAGE035
：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
(六)实际打击力
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
(七)则打击力算法修正为
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
在靶距的选择中，靶距的经验算法为：l
Figure DEST_PATH_IMAGE039
靶距选择一般为L-15mm~L-5mm，这是因为射流经喷嘴打出后会有5%-10%的流速损失，主要因收缩段末端至出口这一区域内出现了明显的负压，造成扩张段近壁区吸卷空气，部分雾化甚至产生空化气泡，使射流外层扰动加剧变为紊流，造成能量损失。
在对喷射角、扭转角、倾角对打击力的影响的研究中，以喷射角30°，扭转角15°，倾角15°的喷嘴为例，其最远边部实际打击距离为：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
另一侧实际打击距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE041
；打击刻痕长
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，根据海伦公式，已知三条边，则对应打击刻痕长度的高为
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，此即为最大打击处。
由于打击力与距离的平方成反比，因此其边部最小打击力为最大打击力的88.24%。而对于喷射角40°，扭转角15°，倾角15°的喷嘴，其边部最小打击力只有最大打击力的82.92%。因此，对于一般喷嘴选型，以25-35°为可选方案，低于25°则造成浪费，高于35°则边部打击力衰弱严重，且磨损严重。
在对道次压下量对除鳞打击力的影响的研究中发现，常规轧制时由于压下量的改变对除鳞高度有影响，一般轧机采用对称轧制，上下agc各承担一半的压下量，对于大型轧机而言，单道次压下量最大可达40mm，精轧除鳞道次压下量约10mm，因此上喷嘴实际除鳞高度为h-5~h-20mm。
对于下喷嘴，由于喷嘴位置固定，但板坯在轧制过程中存在较小斜坡，斜坡高度为下辊上表面与辊道线的高度差，因而其实际除鳞高度约为设计高度+5mm。
可以得到打击刻痕长度的计算公式：
打击刻痕长
Figure DEST_PATH_IMAGE044
实际喷射时，由于射流边界与空气之间的高速相对运动以及重力等原因，导致当喷射高度增大时，实际喷射宽度会逐渐减小，其与理论喷射宽度之间的差值也会越来越大。
综上所述，可以得到除磷系统评估标准。
除鳞高度评估标准：给定系统压力P，喷嘴出口直径d，则除鳞高度应选为
Figure 913934DEST_PATH_IMAGE044
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，单位mm。
喷嘴角度优选25-35°，同时考虑到道次压下量，喷射角、扭转角和倾角的影响，则可以得到：
当道次压下量为10mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
, 单位mm，
α、β分别为喷嘴的喷射角和倾角，单位度
相应边部除鳞打击力高于0.8，即Pmin上为
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
，单位MPa,
当道次压下量为40mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
此时对于除鳞覆盖面要求覆盖整宽面，即
Figure DEST_PATH_IMAGE045
轧机宽度
式中a为喷嘴个数；
下喷嘴除鳞高度为h+5mm，则要求其覆盖率和打击力为
Figure DEST_PATH_IMAGE046
同时满足
Figure DEST_PATH_IMAGE047
。
本实施例还进行了实际除鳞现状与设计参数对比，如表1-3所示：
表1 靶距与实际除鳞高度对比
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表2 10mm压下量上喷嘴除鳞参数计算
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表3 下喷嘴除鳞现状参数计算
Figure DEST_PATH_IMAGE050
由上表可以看出，评估得出的结论与实际现状吻合，3500炉卷轧机的除鳞系统改造相对较好，改造后表面质量较稳定。而2800mm中板和5m宽板稳定性相对较差，实际改造后的表面问题偶发。但钢板表面改判率已降低至0.15%。
本发明对除鳞系统相关参数进行调整，主要从除鳞高度和集管的改造，目前除鳞重叠量约5%，除鳞打击深度较好，达到预期效果，前期零星水波纹和边部条带状水波纹缺陷得到较好控制。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，所述标准包括除鳞高度评估标准、除鳞覆盖率和打击力评估标准，其特征在于：所述除鳞高度评估标准为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，单位mm，
P为系统压力，单位MPa；d为喷嘴出口直径，单位mm；
当道次压下量为10mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
, 单位mm，
α、β分别为喷嘴的喷射角和倾角，单位度；
相应边部除鳞打击力高于0.8，即Pmin上为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，单位MPa，
A1为喷嘴的出流截面积，单位mm2；Cd为流量系数；ρ为液体的密度，单位g/cm3，C为速度系数；
当道次压下量为40mm时，其上喷嘴有效除鳞长度L为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
此时对于除鳞覆盖面要求覆盖整宽面，即
Figure DEST_PATH_IMAGE005
轧机宽度，
a为喷嘴个数；
下喷嘴除鳞高度为h+5mm，则要求其覆盖率和打击力为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，
同时满足
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
上述公式中，喷射角为25～35°。
2.根据权利要求1所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，其特征在于：所述标准中，包括靶距l的计算公式为：l
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，单位mm。
3.根据权利要求2所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，其特征在于：所述除鳞覆盖率和打击力评估标准中，出流速度v的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，单位m/s。
4.根据权利要求3所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，其特征在于：所述除鳞覆盖率和打击力评估标准中，喷嘴的出流量Q的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，单位L/min。
5.根据权利要求4所述的一种用于制定除鳞系统参数标准的方法，其特征在于：所述除鳞覆盖率和打击力评估标准中，射流对钢坯表面的总冲击力F的计算公式为：F=ρQV，单位N/mm2。
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