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摘要：叙述了变频技术在热轧除鳞系统中的应用，该技术针对热轧除鳞系统在生产过程中间歇性除鳞、除鳞泵长期高速运转的实际工况，将变频技术应用到除鳞系统中，达到了提高除鳞效果、提高阀门使用寿命、节能减排的目的。

关键词：热轧；除鳞系统；变频；节能

１前言

热轧板坯在加热过程中，不可避免地产生氧化，形成一次氧化铁皮。其特点是疏松、易于去除。板坯在轧制过程中，还会产生二次氧化，形成一层薄薄的二次氧化铁皮，其特点是致密、难以去除。氧化铁皮的存在，对轧制造成很大的影响。轧制过程中，轧辊产生的碾压力会将氧化铁皮压入带钢表面，严重影响带钢表面质量；残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，缩短轧辊的使用寿命；如带钢需要酸洗，残留的氧化铁皮会增加酸洗难度，加大酸耗。为改善产品质量、提高轧辊使用寿命、降低酸耗，必须在轧制前去除板坯表面的氧化铁皮。在热轧工艺发展的过程中，除鳞方式也在逐步发展。目前了解到的除鳞方式有控制加热时间（减少板坯在高温状态下的停留时间）、机械除鳞（采用破鳞机压碎氧化铁皮）、爆破除鳞（用食盐、柳条、竹条等撒在钢坯表面上，轧制时爆破，将氧化铁皮崩掉）、高压水除鳞（利用高压水射流除去高温板坯上的氧化铁皮）［１］。其中，高压水除鳞技术具有适应钢种范围广，除净率高，综合成本低等优点，得到广泛应用，成为最行之有效的除鳞方式。

２热轧高压水除鳞原理

高压水除鳞的原理是利用高压水泵产生高压水，高压水经除鳞喷嘴喷出，形成高速水射流，并以一定的角度（一般为１５°）打到钢坯表面，清除材料表面的氧化铁皮。在高压水的喷射下，钢坯上附着的氧化铁皮表面局部急冷，产生快速收缩，从而使氧化铁皮裂纹扩大，并有部分翘曲，变形后的氧化铁皮在高压水射流的打击下极易破碎；高压水进入氧化铁皮与钢坯之间，产生水楔，起到剥离氧化铁皮的作用，同时，进入氧化铁皮与钢坯之间的水，在高温下会爆炸性蒸发成蒸汽，加速氧化铁皮的脱离；最后，水射流残流将破碎、剥离的氧化铁皮从钢坯表面冲洗干净，实现对钢坯表面鳞皮的清除［２］。

３高压水除鳞改造前状态

XX钢铁有限公司１７８０热轧除鳞系统于２００８年开始投用，系统主要配置如下：除鳞泵数量：５台（３用１备１检修）额定压力：２２ＭＰａ额定流量：３５０ｍ３／ｈ电机参数：２８００ｋＷ，１０ｋＶ蓄能器：气罐１０ｍ３，气液罐１０ｍ３最小流量阀：ＤＮ８０ＰＮ３２ＭＰａ除鳞系统。产线上共布置４个除鳞点，分别为炉后除鳞点、Ｒ１除鳞点、Ｒ２除鳞点、精轧除鳞点，除鳞流程简述如下：浊环水经过高压除鳞水泵，水压力加至２２ＭＰａ后，送到除鳞高压管路和蓄能器中。如果除鳞点处于除鳞状态，则高压水在高压蓄能罐的压力平衡下，被送到各个除鳞点，除鳞完毕后，高压水通过轧线的地下水沟进入轧线的浊环系统。实际生产过程中，除鳞点为间歇性除鳞。１）正常生产过程各除鳞点均为间歇性除鳞工作，即除鳞点所处位置无板坯时，不喷射高压水。以炉后除鳞点为例，板坯长度Ｌ≈１１ｍ，炉后辊道速度Ｖ＝０．８ｍ／ｓ，喷射阀在板坯头部到达集管前１ｓ开启，在板坯尾部离开集管后１ｓ关闭，除鳞箱体长度约１０ｍ，每个钢卷生产过程（据统计，钢卷生产时间１３０～２００ｓ／卷）中，炉后除鳞开启的时间仅约３０ｓ，仅为钢卷平均生产时间的１５％～２３％。２）短时停机情况热轧厂日常换辊（一般≤４５ｍｉｎ）及４ｈ以内短时间停机（检修等）情况下，除鳞泵处于运行状态。如果各除鳞点均处于非工作状态，管路压力达到设定值后，高压水会通过最小流量阀，直接流入轧线地沟，进入浊环系统。即便轧线处于正常除鳞状态，为确保设备稳定运行，当管路压力达到设定值时，也需要开启最小流量阀，将部分高压水直接排至地沟。综合各除鳞点的运行时间，除鳞系统每天约有６小时处于非除鳞状态，这期间除鳞泵电机可以低速运转，但电机功率保持２８００ｋＷ（转速２９８６ｒ／ｍｉｎ）不变，能源浪费严重。

４应用

１）变频技术及节能原理［３］变频原理是应用变频技术与微电子技术原理，通过改变电源的工作电源电压／频率的方式来控制电力设备。无论何种电力电源，其电压和频率均按国家规定执行相应标准，标准电压和频率的交流供电电源即为工频交流电。而变频技术是一种可将工频电源变换为电压（或频率）可变的交流电的技术，包含整流和逆变两个基本过程。整流过程可由二极管或晶闸管单独、或共同实现（二极管可构成不可控整流器，晶闸管构成可控整流器），把工频交流电转换成直流电（ＤＣ）。一般逆变器再把直流电源逆变为频率和电压可调的模拟正弦波电源。变频工作原理被广泛应用于各个领域，在工业领域更是一项重要的驱动技术。目前应用较成功的有恒压供水、各类风机、中央空调和液压泵的变频调速。由流体力学可知Ｐ（功率）＝Ｑ（流量）×Ｈ（压力），流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比，压力Ｈ与转速Ｎ的平方成正比，功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比。当除鳞点用水量小，不需要除鳞泵全部开启或全部除鳞点关闭时，可通过变频器降低转速，在出口压力不变的情况下，减小泵的流量，如图３所示，以单台除鳞泵为例，将泵的转速降至７７％时，在不考虑其他因素的情况下，变频后电机的实际功率为：Ｐ＝２８００ｋＷ×（７７％）３＝１２７８ｋＷ２）变频技术在热轧除鳞系统中的应用宁钢热轧厂针对高压水除鳞能耗高的现状，于２０１２年立项对高压水除鳞系统进行改造，将３台除鳞泵中的２台（一拖二控制技术，可随时切换）采用变频控制，并投入节能计算模型。产线的除鳞点（炉后除鳞点、Ｒ１除鳞点、Ｒ２除鳞点、精轧除鳞点）实际生产过程中，其用水量呈周期性变化。控制模型对应生产钢种的周期用水量数据，来预先计算变频控制的除磷泵所需提供的出水量，并控制除鳞泵的运行状态，在快速响应、确保除鳞效果的同时，更进一步达到最大化节能的效果。投入后，经现场实测，其单台泵节电率达２６％。年节电量（按照每天运行２４小时，每年运行３１５天计算）：２８００ｋＷ×２６％×２４ｈ／天×３１５天＝５，５０３，６８０ｋＷｈ年节约电费（按照电费０．５３元／度计）：４２３３６００ｋＷｈ×０．５３元／ｋＷｈ＝２，９１６，９５０．４０元该技术在除鳞系统经过５年的稳定、高效、节能运行后，热轧厂又于２０１７年立项，增加１台除鳞泵的变频控制，至此，两台泵的综合节电率高达２０％。年节约电量：２８００ｋＷ×２０％×２４ｈ／天×３１５天×２＝８，４６７，２００ｋＷｈ年节约电费：８，４６７，２００ｋＷｈ×０．５３元／ｋＷｈ＝４，４８７，６１６元变频节能技术应用后，当检测到总管的压力低于２０ＭＰａ或者是蓄能罐水位低于设定水位的时候，变频器会在５ｓ内使电机由低频运行提升至工频状态，短时间内可以可以给蓄能器补水，此时３台泵全部工频运行。

５结论

XX热轧厂除鳞系统经过两次变频改造后，每年可节约电费达４４８万元，经济效益明显，符合国家节能减排的环保政策，具有极高的推广价值。

参考文献

［１］周伟文等．热轧高压水除鳞打击精度的影响及测试方法［Ｊ］．冶金动力，２０１９（８）：６４－６８．

［２］崔卫中．热轧带钢表面氧化铁皮成因及去除方法［Ｊ］．钢铁研究，２０１０（３）：２５－２７．

［３］朱志明等．变频技术在皮带机调速系统中的应用［Ｊ］．石化技术，２０１９（１２）：３５－３６．

作者：杨玉芳 单位：北京中冶设备研究设计总院有限公司

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