镀锌光整机高压水系统的改进

王浩臣，张勇生，陆永利，曹越山

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

引言

镀锌光整机高压水系统是利用柱塞泵产生的高压水对光整机机架内的轧辊表面进行清洗，防止轧辊粘锌［1］。一旦光整机高压水系统无法正常运行，会造成带钢过光整机后出现辊印、色差等质量缺陷［2］。某冷轧厂镀锌线光整机高压水系统存在喷嘴易变形、柱塞泵与供水离心泵流量不匹配、柱塞泵电机功率无法调节的问题，对产品质量产生了较大影响，针对这些问题对光整机高压水系统进行改进［3］，提升了产品质量。

1 镀锌光整机高压水系统存在的问题

1.1 喷嘴易变形失效

生产实践证明，光整机高压水系统压力设置在9 MPa 以上时清洗效果较好，在光整机高压水系统压力较高的情况下，要求喷嘴要具有较强的耐磨损性能。原喷嘴易受高压水流侵蚀，喷嘴喷射孔逐渐磨损，造成供水流量与出水流量失衡，光整机高压水系统流量无法保持稳定，影响清洗效果。旧式喷嘴使用前后对比见图1。

图1 旧式喷嘴使用前后对比

1.2 柱塞泵与供水离心泵流量不匹配

高压柱塞泵的主要原理是利用柱塞在泵缸体内往复运动，使柱塞与泵壁之间形成容积变化，往复吸入和排除液体并增高压力。高压柱塞泵在运行状态下，必然会需求较高的供水量，一旦光整机高压水系统的供水离心泵流量不足，则会造成柱塞泵内出现空化现象，使得柱塞泵内的空气与水混合产生气爆，导致管路振动大、泵内活塞磨损的问题。高压水系统压力、流量、电机转速的对应关系见图2。

图2 高压水系统压力、流量、电机转速的对应关系

1.3 柱塞泵电机功率无法调节

原有高压水系统柱塞泵电机为恒速电机，柱塞泵电机功率不能调整，无法通过控制电机功率调整高压柱塞泵出水压力，在实际生产中，柱塞泵压力有必要根据工作辊辊面粘锌程度来进行调整（调整范围一般为9～15 MPa），否则会影响到带钢的表面质量。

2 高压水系统改进措施

2.1 改进喷嘴

光整机高压水系统的喷嘴作为整个系统的关键部件，直接影响着清洗效果，喷嘴的主要作用是将高压水流进行加速，形成高速水流喷射至轧辊表面，清理冲刷轧辊表面锌粉、锌渣。合理的选择喷嘴，对于提升光整机高压水系统的清洗效果至关重要。

根据伯努利方程可以得到系统压力与喷嘴孔径及柱塞泵流量的对应关系［4］：

式中：D——为喷嘴孔径，mm；

Q——泵的流量，m³/h；

P——泵出口处的压力，MPa。

不同流量及压力下对应的喷嘴直径如表1。

表1 不同流量及压力下对应的喷嘴直径

由于整个光整机高压水系统受到管路弯头数量、高压管路长度的影响，系统的压力不可避免的受到损失，会造成喷嘴计算值与实际测试值出现偏差，偏差值主要与光整机高压水系统受到的压力损失相关。

针对原有喷嘴易磨损的情况，对喷嘴进行重新选型，根据计算公式确定喷嘴直径，清洗面积较之前更大，清洗更为彻底。根据工况将原有喷嘴装置改造为带有旋转柱形喷射的强力旋转喷嘴，强力旋转喷嘴可使柱状的水柱绕着圆圈转动，具有较长的使用寿命，耐磨性能较强。

2.2 优化供水离心泵

高压水供水系统由储水箱、供水泵、高压柱塞泵、过滤器、电控阀、安全阀等构成，高压水系统介质为脱盐水，系统中所有管路、阀门、罐体材质为不锈钢材质，高压柱塞泵及供水泵为一备一用。高压清洗水系统示意图见图3。

图3 高压清洗水系统示意图

针对光整机高压水系统管路振动过大的问题，对光整机高压水系统管路进行改造，减少高压水系统管路中的90°弯头，可减少高压水流冲击管路造成的振动，在必须保留的管路弯头处增加管卡以吸收振动，改进后的高压水系统管路振动明显减少。高压清洗水系统阀门及泵体布置见图4。

图4 高压水阀门及泵体布置

根据柱塞泵与供水离心泵流量的不匹配的情况，将供水离心泵重新选型，选用大流量供水离心泵，使离心泵的供水流量由原有的3 m³/min 增加为8 m³/min，确保离心泵供水充足，压力保持稳定，经过改进后的供水离心泵满足高压柱塞泵的供水需求［5］。

2.3 改进光整机高压水系统柱塞泵电机

通过对光整机高压水系统柱塞泵电机功率进行校核计算，将原有的柱塞泵电机由恒速电机改进为变频电机，在操作界面上设计对应的电机功率调整界面，可通过调整电机功率控制柱塞泵压力，保证清洗效果稳定，避免带钢表面出现水枪印［6］。

3 结语

通过对光整机高压水系统的改进，有效解决了光整机高压水系统喷嘴的快速变形失效问题，改进后的光整机高压水系统流量稳定，系统压力可根据生产需要进行调整，清洗效果较好，减少了轧辊表面粘锌造成的辊印、色差等质量缺陷，可为其他镀锌线光整机高压水系统的改进优化提供借鉴。