鞍钢1580 mm热轧冷却水设备系统优化与改进

王存，刘旺臣，何士国，王杰，贺亮，李江委

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司,辽宁 营口 115007）

随着现代工业的快速发展，对水资源的需求越来越迫切，而且用水成本越来越高，国家产业政策对工业用排水日趋严格，《钢铁行业生产经营规范条件》（工原［2010］第105号文）和《钢铁行业十三五规划》（2016—2020）均对钢铁行业用排水指标作出严格要求，降低用水成本是钢铁企业要解决的重要问题［1］。热轧产线轧制过程钢板温度一般都在800℃以上，为保护轧辊、辊道等设备不被钢板烧伤，需要不断用浊环高压水对设备进行冷却，一方面会消耗大量水资源，另一方面部分冷却水会喷溅、渗漏到钢板表面，影响钢板热损失增加，造成资源和能源的浪费。鞍钢1580 mm热轧线由于轧辊冷却水密封不严，造成轧辊冷却水利用效率降低，增加用水量和热能损失。为提高冷却水利用效率，对1580线冷却水设备系统进行了优化与改进，以期达到节水与节能双重效果。

1 轧线冷却水设备系统存在的问题

鲅鱼圈1580 mm热轧机组共有加热炉、粗轧机、精轧机、层流冷却系统及卷取机等设备，其中粗轧机组立辊为开放式结构，立辊冷却水直接喷射到立辊表面进行自由喷溅冷却，冷却水反弹、溅射严重，冷却效果较差，容易造成轧辊表面热裂纹增加，导致轧辊车削量加大，降低轧辊使用寿命，同时引起轧件表面质量的恶化［2］，立辊表面存在大量结疤和裂纹，见图1。为保证冷却效果，提高立辊辊面光洁度，一直通过加大冷却水压力的方式进行生产，且轧钢过程中部分冷却水喷溅到钢板边部，使钢板边部温降增大。经测量，钢板宽度方向中间位置和钢板边部温差达到50℃以上。

图1 立辊辊面状态Fig.1 Surface State of Vertical Roll

另外，粗轧机水平工作辊切水板为固定安装在轴承箱座上，在轧辊装入轧机前安装好，由于切水板在高温高压和冷却水浸泡的恶劣环境中使用，容易软化，失去原有的硬度和强度［3］，产生磨损加剧和变形，造成切水板与轧辊缝隙增大，切水板与轧辊间隙图示见图2。

图2 切水板与轧辊间隙图示Fig.2 Clearance Diagram between Cutting Plate and Roll

现场测量切水板与轧辊间隙超过5 mm，造成切水板封水效果变差，导致轧辊冷却水冷却效率降低，轧辊冷却水延切水板缝隙漏到钢板表面。现场轧辊漏水情况非常严重，钢板表面积水问题影响钢板温降大幅增加。

为清除钢板表面残留积水，原工艺设计中在轧机出口侧导卫上安装一个侧喷水嘴，向钢板表面喷射高压水束打击清扫残留积水，但受喷嘴角度及导卫高度的影响，钢板边部存在侧喷死角区域。侧喷原理示意图见图3，从图中可见，靠近喷嘴侧为死角区域，侧喷水无法覆盖死角区域，无法全部清除积水，造成部分积水在带钢表面残留，使钢板局部温降增大，造成钢板不同区域温度不均匀，进而影响带钢板形控制难度增加和轧制稳定性变差［4］。

图3 侧喷原理示意图Fig.3 Schematic Diagram for Side Spraying

2 轧线冷却水设备系统改进优化

2.1 设计安装立辊冷却水挡水板

为提高立辊冷却水冷却效率，设计安装立辊冷却水挡水板。图4为改进前后立辊机械结构对比图，改进前没有挡水设备，改进后在立辊轴承箱定位柱垂直于立辊辊面的位置加工磨削平面和螺栓孔，在磨削平面上固定安装树脂材料的挡水板，挡水板另一侧斜面贴靠在立辊辊面上，挡水板可以起到密封遮挡作用，立辊冷却水在挡水板位置均匀向下流动，避免了立辊冷却水飞溅和甩出的问题，提升冷却水利用效率，并能够避免立辊冷却水溅射到钢板边部影响钢板温降增大的问题。

图4 改进前后立辊机械结构示意图Fig.4 Schematic Diagram of Mechanical Structures for Vertical Rolls before and after Upgrading

2.2 增加水平辊护板封水条

为解决水平辊切水板漏水问题，设计安装水平辊护板挡板。新增加挡水示意图如图5所示，在轧机水平辊工作辊护板内侧加工开槽，在开槽内固定安装挡水条，与切水板共同作用，可以起到双重密封作用，保证冷却水沿轧辊两端流出，减少冷却水渗漏到钢板表面，提高冷却水利用效率，同时减少钢板表面积水，减少钢板的非工艺温降，提高钢板表面质量及性能均匀性。

图5 新增加挡水示意图Fig.5 Schematic Diagram of New Water Baffle

2.3 设计应用轧机出口横排气喷

为解决侧喷水喷射效果差问题，设计安装轧机出口横排压缩空气喷嘴，在轧机出口导卫上开孔，安装压缩空气管道和一排多个扁平扇形喷嘴，轧机出口横排气喷结构图见图6，喷嘴以距垂线10°～20°倾角朝向轧机侧，喷出的压缩空气可形成平坦均匀的扁平射流。射流致密性好，扩散角也可在较大范围变化［5］，各个喷嘴的喷射面按照交叉重叠，可实现对喷射面的均匀覆盖［6-8］,避免了原侧喷水存在喷射死角的问题。同时上导卫上的压缩空气管道与压缩空气源管路之间通过编织管进行软连接，气压喷嘴可随轧机导卫同步上下移动，水嘴到钢板上表面的距离保持恒定，保证轧机各道次钢板厚度发生变化时均有良好的吹扫效果。此外，喷嘴隐藏在导卫孔中，可防止钢板因头部翘起撞坏喷嘴。

图6 轧机出口横排气喷结构图Fig.6 Structural Drawing of Horizontal Air-jet Device at Outlet of Rolling Mill

3 实施效果

通过采取安装立辊冷却水挡水板，增加水平辊护板封水条及安装轧机出口横排气喷装置的方式，可以大幅提升冷却水的冷却效率，现场评价封水效果良好，冷却系统压力从0.85 MPa降低为0.7 MPa。通过浊环水流量计测量改进前后轧辊冷却水流量，改进后轧辊冷却水流量比改进前减少11.7%。为评价轧辊冷却水压力降低后的实际冷却效果，对轧辊下机表面质量进行检查，改进后轧辊下机表面状态如图7所示。

图7 改进后轧辊下机表面状态Fig.7 Surface State of Offline Rolls after Upgrading

轧辊下机质量良好，无氧化膜脱落，说明工艺设备改进后，可以实现用更少的冷却水流量保证设备正常的冷却效果，具有节约用水的作用。同时，改进前后钢板表面残留积水对比图见图8，因挡水板封水效果和轧机横排气喷吹扫能力提升，改进后钢板表面残留积水大幅减少。使用热成像仪测量对比改进前后粗轧中间坯宽度方向温度分布，测量结果见表1。改进后钢板边部温降比改进之前减小20℃以上，对于提高钢板温度均匀性具有良好效果。

表1 改进前后粗轧中间坯宽度方向温降Table 1 Temperature Drop along Width Direction of Intermediate Billet before and after Upgrading ℃

图8 改进前后钢板表面残留积水对比图Fig.8 Comparison of Residual Water on Surface of Steel Sheet before and after Upgrading

4 结语

鞍钢1580 mm热轧线通过采取安装立辊冷却水挡水板、增加水平辊护板封水条及安装轧机出口横排气喷装置等改进措施，大幅提高了轧机轧辊冷却水利用效率，减少了冷却水喷溅和渗漏的问题，改进后轧机冷却水用量比改进前减少11.7%，同时解决了钢板表面残留积水多造成钢板温降大的问题，提高了钢板宽度方向温度均匀性，钢板宽度方向中间位置和边部的温差比改进前减小20℃以上。