Waterjetting
 
Логин

Пароль




Каталог производителей промышленных установок
и коммерческих аппаратов высокого давления воды

Повышение эффективности и экономичности системы гидросбива окалины на основе опыта очистки печной окалины водоструйной установкой давлением до 700 бар.


  Повышение эффективности и экономичности системы гидросбива окалины на основе опыта очистки печной окалины водоструйной установкой давлением до 700 бар.
Одним из показателей качества листового проката является чистота по поверхности, которая и свою очередь определяется наличием или отсутствием поверхностных дефектов. Как показали исследования, проведенные на стане, из общего количества прокатанных листов лишь небольшая часть (около 10%) не требует зачистки с использованием абразивных КРУГОВ. По другим данным несмотря на общий рост производства горячекатанных полуфабрикатов падает экспорт плоского проката. В частности, западные судоверфи все чаше отказываются от поставок по причине дефектов поверхности наших горячекатанных изделии.
Эти факты говорят, прежде всего о малой эффективности существующих систем гидросбива окалины на прокатных станах.
На отдельных металлургических комбинатах, в системе гидросбива используется давление воды до 18 МПа. Как показала длительная эксплуатация этих систем гидросбива, они не обеспечивают создание необходимого скоростного напора струи воды, способного эффективно очищать листы от окалины.
На листах остаются зоны с неполной очисткой окалины, что снижает качество проката и допускает брак. Кроме того, сопла имеют большие диаметры выходных отверстии (5-8 мм) при большом их количестве (десятки на одну клеть). Этим обусловлен большой расход воды - несколько сотен м.куб/час, а, следовательно, повышенное потребление электроэнергии. Такие системы гидросбива имеют большую установленную мощность. Следует также отметить, что ввиду низкого давления, больших расходов воды и отсутствия современных средств автоматики, затраты электроэнергии при работе существующих систем гидросбива в несколько раз, а иногда даже на порядок превышают необходимые.
Над созданием более эффективных и менее энергоемких систем гидросбива окалины работают многие зарубежные фирмы.
Японской фирмой "Сумитомо канд зоку коре к.к." предложена система гидросбива окалины с регулированием расхода жидкости на основе предварительно установленною соотношения между маркой стали, толщиной полосы, температурой смотки, скоростью транспортировки полосы и расхода жидкости на единицу поверхности полосы.
Германской фирмой "Woma – Apparatenbau and Co GmBH" предложена система гидросбива с рабочим давлением 20,0-50,0 МПа и уменьшенным расходом воды за счет применения вращающейся душирующей балки, снабженной соплами, позволяющей производить многократное обрызгивание раската водяными потоками.
гидросбив окалины
Фирма “SMS Шлоеман-Зимаг” в процессе совершенствования гидросбива увеличила рабочее давление насосов гидросбива с 25 МПа до 40 МПа при одновременном уменьшении расстояния сопл до поверхности листа и увеличении количества сопл. При этом удалось повысить долю металла, имеющего не более одного дефекта на весь рулон с 3,3% до 80,5%.
На качество гидродинамической очистки листа от окалины влияют следующие параметры системы гидросбива: рабочее давление, расстояние от сопл до металла, угол падения струи и распределение давления струи на поверхность раската, а также объемный расход. При этом делается анализ условий удаления первичной печной окалины.
Если печь работает в окислительном режиме, то окалина получается толстой, сухой и легко удаляется преимущественно за счет различной усадки окалины и основною металла при охлаждении поверхностного слоя струей воды. В пограничном слое возникают тангенциальные силы среза, которые покрывают окалину трещинами. Однако, на высоколегированных и низкоуглеродистых сталях возникает тонкая и прочная клейкая окалина, при которой не действует эффект неодинаковой усадки.
В этом случае требуется дробление и смывание окалины, что достигается более сильным ударом струи и меньшей удельной нагрузкой по количеству воды на единицу площади.
К этому можно добавить, что структура и прочность вторичной окалины, которая образуется при транспортировке сляба после первого коллектора гидросбива к прокатной клети или между клетями, также может быть различного характера и, соответственно, требовать различных параметров системы гидросбива.
Из изложенного выше, можно сделать вывод, что на сегодняшний день не существует методики расчета гидросбива, позволяющей однозначно выбрать его оптимальные гидромеханические параметры. Многое в этой области находится на уровне допущений и гипотез и требует дополнительных исследований.
Поэтому в настоящее время целесообразно создавать системы гидросбива с возможностью настройки, регулирования и автоматизированного управления как отдельными параметрами водяной струи, так и их соотношением по эмпирическим данным качества поверхности проката на выходе стана.
Как указывалось выше, к основным параметрам, влияющим на процесс гидродинамической очистки относятся: давление воды на входе в сопла, угол падения струи к очищаемой поверхности, расстояние между соплами и поверхностю, распределение давления струи на поверхности раската, а также объемный расход.
Сила активного воздействия сплошной струи на площадку, расположенную в непосредсвтенной близости у выхода сопла равна
P=v2qF (1)
где
v - скорость истечения жидкости из сопла,
q - плотность жидкости,
F - площадь поперечного сечения выходного отверстия сопла.

В свою очередь
V=k \/ p (2)
где
р - давление жидкости на входе в сопло,
k - постоянная, связанная с гидросопротивлением сопла.
Подставив (2) в (1), получим
Р=k2qpF (3)
Отсюда следует, что сила воздействия струи на поверхность прямо пропорциональна давлению воды перед соплом на площади выходного отверстия сопла.
Очевидно, что увеличение давления увеличивает гидромеханическую силу струи и, следовательно, повышает эффективность очистки.
Однако эта сила при соприкосновении струн с поверхностью сляба распределяется на определенной площади.
При одной и той же силе Р удельное давление будет больше при меньшей площади контакта струи с поверхностью.
Таким образом, компактная струя круглой формы при прочих равных условиях имеет большее удельное давление, чем плоско-факельная струя.
Кроме того, струя с большим удельным давлением имеет лучшие очищающие свойства по сравнению со струей, «распределенной по поверхности». Условно можно привести такую аналогию: первая струя действует как гидравлическая «игла», прошивающая окалину насквозь и подрезающая ее, а вторая - как «водопад», «ломающий» и смывающий хрупкую окалину.
В обоих случаях дополнительно действует эффект парообразования, но в первом случае, вследствие малого количества воды, охлаждение сляба намного меньше.
Повышение давления гидросбива и компактности струи воды имеет подавляюще большее значение для эффективности очистки, чем повышение расхода воды в струе дающий эффект "водопада".
Большие массы поды в единицу времени (расход), при сравнительно невысоком давлении на входе в сопло, позволяют достичь большую гидродинамическую силу воздействия, но не высокое удельное давление на поверхность. Это позволяет ломать и смывать хрупкую толстую печную окалину, причем, как правило, не полностью, но при других видах окалины малоэффективно.
Совершенно иная картина наблюдается в случае большого удельного давления струи на окалину, что, как упоминалось, достигается при высоком давлении на входе сопла и компактности струн.
Такая струя, при ее перемещении подобно ножу, не ломает, а "подрезает" окалину, удаляет очень эффективно любой вид окалины, как толстую хрупкую, так и тонкую "линкую".
Кроме того, при любом виде окалины большое удельное давление струн способствует проникновению воды под корку окалины с последующим парообразованием и подрывом этой корки.
На последний процесс практически не должен влиять расход воды, поскольку в парообразовании под коркой участвует незначительное количество воды.
Еще одним фактором, существенно влияющим на эффективность очистки, как правильно отмечается в является расстояние от сопл до поверхности сляба.
Однако это в большей степени касается плоско-факельной струи, чем круглой. По своей структуре струя состоит из ядра и капельно-воздушной смеси вокруг нее. В струе круглого сечения.
Однако из-за сопротивления воздушной среды сечение ядра по мере удаления от сопла плавно уменьшается, а капельно-воздушной смеси увеличивается, из-за чего удельное давление струи на поверхность также плавно уменьшается с увеличением расстояния. В случае же плоско-факельной струи кроме указанных факторов сечение струи увеличивается еще за счет ее естественного расширения. Поэтому с увеличением расстояния между соплом и поверхностью сляба очищающие свойства струи круглого сечения ухудшаются гораздо в меньшей степени, чем в случае плоско-факельной струи.
Таким образом, эффективность очистки и, одновременно, снижение энергопотребления, могут быть достигнуты за счет повышения давления гидросбива и концентрации энергии струи, то есть уменьшения ее поперечного сечения, например, путем применения сопел с выходными круглыми сечениями.
Однако для обеспечения необходимой площади очистки круглыми струями необходимо применение роторных головок, обеспечивающих вращение сопл вокруг их общей оси. Применение подобных систем гидросбива сдерживалось до недавнего времени из-за отсутствия надежной водоструйной техники на давление 60,0Мпа. и выше.
В состав основного водоструйного гидрооборудования должны входить:
• комплексная насосная станция для воды с рабочим давлением до 70,0 МПа, включающая рабочие и резервные плунжерные насосные установки (их количество зависит от ширины очищаемого листа и скорости транспортировки или прокатки металла);
• коллекторы гидросбива с водоструйными вращающимися головками;
• регуляторы давления с функцией разгрузки насосов при выключении подачи воды с коллектором гидросбива;
• магистрали высокого давления;
• блок подготовки воды перед насосной станцией.
Водоструйное гидрооборудование обеспечивает очистку поверхности горячекатанного изделия посредством вращающихся головок со скоростью до 1000-3000 об/мин, сопла которых с высокой эффективностью удаляют окалину, шлаки и другие включения.

Следствием использования указанной технологии является снижение себестоимости продукции, практически устранение брака связанного с окалинообразованием, повышение конкурентоспособности и сортности проката, возможность уменьшения температуры нагрева металла в печах, повышение ресурса оборудования стана благодаря меньшей нагрузке на валки вследствие сохранения более высокой температуры заготовок.

См. также http://uran.donetsk.ua/~masters/2005/mech/antykuz/diss/index.htm

( Сохраненная копия ...)