除鳞喷射阀国产化改造实践.pdf

除鳞喷射阀国产化改造实践吕中付，郑志齐（武钢有限公司热轧厂，湖北武汉430 0 8 3）摘要：根据当前工艺生产条件，分析研究进口除鳞喷射阀在使用过程中存在设计复杂、结构缺陷造成内泄频繁、维护工作量大、部件资料不全、备件采购困难、周期长、成本高等问题，不能满足高表面质量钢种及取向硅钢等对表面温度的要求。因此开展国产化改造工作，经过针对性研制设计，国产除鳞阀能充分满足生产使用要求，提质降本、安全节能。关键词：除鳞喷射阀；国产化；实践应用中图分类号：TH1341除鳞系统概述除鳞是热轧的关键质量工序，除鳞设备的稳定性直接关系到轧钢产品的质量。武钢158 0 热轧线（以下简称158 0 线）主要轧制品种为镀锡板、汽车板、电镀锌等高表面质量钢种，及硅钢等对表面温度影响较为敏感的钢种，所以除鳞的打击效果及稳定性直接关系着产品质量稳定性的提升。结构简单、无内泄是除鳞阀的技术关键所在。除鳞系统由除鳞泵、除鳞电机、增速机、蓄势器、高压空压机、输出阀组、最低液面阀组、除鳞阀组、反冲洗过滤器、润滑冷却系统、除鳞机、高压变频器、供配电系统、控制系统等设备组成，158 0 线除鳞系统用户点设计压力2 2 0 bar(1bar=0.1MPa)，单台泵流量2 8 0 m/h，5台泵3用2 备，轧线有炉后、R1、R 2、精10 dB的点。(2)如果静摩擦较大，在10 2 0 0 Hz之间的响应基本都在0dB以下,2 0 0 10 0 0 Hz之间，不能有超过-30 dB的点。将衰减补偿设置打开（2 0 0 8#7=1），将主动轴的衰减补偿后从0 开始调整，逐渐调整到10 0 0 0,Z轴振动消失。测量Z轴的速度环路的响应特性，Z轴速度环增益为42 5（#2 0 36=10 0 0 0）时的正弦扰动频率响应如图5所示。可以看到在低频特性响应区内，优化前响应带宽降到-2 0 dB,优化后接近0 dB。2 0 0 10 0 0 H z之间，接近-30 dB。说明伺服参数的优化，对伺服轴的运行有很大改善，保证机床的平稳运行。6结束语在分析FANUC数控系统双轴串联控制原理基础上,根据扭矩串联控制相关参数功能，针对运用此种控制方式的加工机床出现问题和故障时，论述快速有效对其进行调整的方法。结合Servo Guide对运动系统进行在线诊断和检测,为调试分析提供直观可靠的判断依据，提高调试的可靠性，保证扭矩串联控制能为机床提供大扭矩输出时，保持较小的反向间隙，有效保障机床具有良好的定位精度和加工精度。对于其他运用双轴串联控制方式的机床调试和问题解决，具有很好的参考意义。1 发那科公司.FANUC AC servo motor i-b/i seriesZ.138设备管理与维修2 0 2 3No10（上）文献标识码：B参考文献DOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.4920Frequency图5Z轴速度环增益为42 5(#2 0 36=10 0 0 0)时的正弦扰动频率响应2车永贵.FANUC串联控制功能的应用及调试J.金属加工：冷加工，2013(4):49-50.3张秀印.串联控制在重大型机床上的应用J.金属加工：冷加工，2021(6):42-45.4黎帆，傅莉，龙宇，等.基于伺服引导软件SERVOGUIDE的高速加工中心参数优化J.机电工程技术，2 0 13,42（12）：13-16.轧除鳞、F1等5个用户点，前4个用户各有2 个除鳞阀组,F1有1个除鳞阀组,共9 个阀组。2进口除鳞阀使用状态及缺陷1580线原有喷射阀为德国DR.Breit产品，为全进口设备。喷射阀有气缸带动滑阀式及压差控制阀座式两种形式，各有4台在机，结构形式不统一，并因故未提供部件详细资料，给后期备件准备造成严重困难。这两种喷射阀的测压点设计不能满足现场需求，且没有安装传感器的位置，无法对除鳞喷射状态进行监控，对于已经给出信号但喷射阀未打开的情况无法进行有效监测。如果出现阀门异常却没有及时发现，容易出现批量质量事故。另外，这两种喷射阀都需使用高压预冲水，以现场浊环系统水为水源，经除鳞泵加压后再经喷射阀节流孔板减压外喷。因压力rrequency.Response20Ax1S-3:101000Hz0-20-40-600.0090.00180.00-270.00-360.00l1010.dB50100技术与改造dB2005001000Hz)【编辑毕来金】较高，备件冲刷损耗大，且无法调节流量和水头高度，存在能源浪费问题。2.1气缸带动滑阀式喷射阀气缸带动滑阀式的喷射阀结构如图1所示。该喷射阀结构简单，但随着时间的变化，在使用过程中发现较多问题,继续长期使用有一定困难。分阀体出现冲刷损坏，已无继续使用的价值，需进行更换、更新。2.2压差控制阀座式喷射阀压差控制阀座式的喷射阀结构如图2 所示，阀的关闭密封主要靠安装在底座上的聚四氟座式密封来完成，为面密封形式，只要保证半年的密封更换周期，一般不会出现关闭不严的问题。但阀门设计较为复杂，故障点较多。OOmmmmmm印图1滑阀式喷射阀结构图2 压差控制阀座式喷射阀结构(1)阀门结构存在缺陷，该阀主要靠阀芯上的两道聚四氟密封起到阻隔除鳞水的作用。阀门开启时，在密封前后形成的压降气蚀、高流速除鳞水冲刷及密封自身磨损的共同作用下，使用寿命较短、维护工作量大。国产密封约两周就会出现密封损坏，导致阀门关不严的问题。受轧钢的连续性及备件、人员等综合因素影响，有时阀门密封出现问题不能及时更换，容易造成喷射阀的阀芯、阀套冲刷报废等较为严重的情况。而喷射阀关不严又会造成在轧线用户点除鳞集管处有水漏到钢板表面，导致局部或全表面温降而产生硅钢晶粒形成不合规、钢板表面温度不均、RT2温度低无法轧制等问题，对取向硅钢影响尤其大。(2)该种阀门为DR.Breit公司的早期产品，已经淘汰，阀芯、阀套等配件早已停产，而国产的阀芯、阀套使用寿命太短，无法保证阀门运行工作的稳定性。该阀门在机时间已超过10 年，部技术与改造(1)该阀靠阀芯上下的压力差来实现开闭，而阀门先导阀使用寿命短，原装先导阀在使用约3个月后就会出现密封检测孔漏水的问题，需要更换。该阀为全进口件，采购周期长，且价格较高，每台先导阀约1.6 万元，每年更换消耗不少于10 台。另外，该阀门还需每年更换全套密封、节流调速阀阀芯、控制软管；每2年更换过滤器切换阀块、高压双栏过滤器等，备件费用高。（2)先导阀前高压双栏过滤器的切换阀块经常出现切换手柄冲出漏水的情况。若出现这种情况，阀门会因压差无法平衡使得喷射阀无法关闭，导致轧钢无法进行。且手柄冲出时高压除鳞水(2 3MPa)四处喷溅，对附近人员及液压、电气设备等造成很大的安全隐患。（3)进口配件部分资料不全而无法采购。该喷射阀前的高压手动闸阀随着使用时间的增加出现阀门开关时越来越重的现设备管理与维修2 0 2 3 No10(上）139象，严重时阀门关闭无法打开，需要替换后下机修复。但因进口配件资料不全，图纸只有一个配件代号，也没有详细的资料信息。且配件生产厂家也发生变化，致使配件无法采购，设备隐患无法彻底消除。高压双栏过滤器也存在同样问题。3针对性国产化措施及实施为系统性地解决设备存在的问题，经过讨论研究及考察对标，邀请联合国内有实力的专业厂家进行全面研究分析，认为H型除鳞阀具有相关的优势,因此重塑除鳞喷射阀设计,开展国产化研制工作。(1)喷射阀国产化。在武钢2 2 50、17 0 0 等同类产线试用的H型喷射阀，这种阀门取消了阀套设计，将密封直接装在阀体上，可以大大减少气蚀和冲刷，提高设备稳定性。在其他厂矿的试用也验证了这种设计的合理性。武钢2 2 50 产线改造该喷射阀后1年间未出现设备故障，只在年修时周期更换了阀门密封。在实践过程中发现喷射阀密封面的材料和工艺非常重要，验证采用不锈钢堆焊消应加工处理后，防腐蚀、防冲刷效果比较理想。(2)直接整体替换原气缸带动滑阀式喷射阀。在研制过程中，根据现场阀门进出口口径、高度等外形安装尺寸进行定制，保证现场可直接安装，减少所有现场改造的作业量。(3)对于压差控制阀座式喷射阀，因其手动阀无法采购，于是采用手动阀与喷射阀对阀组进行整体更新。更新后的除鳞阀组手动阀与原气缸带动滑阀式喷射阀的手动阀外形尺寸及功能完全一致，可以实现互换。更新后的除鳞阀组喷射阀与另外4台喷射阀也完全一致，可以实现互换，减少备件的储存种类和储存量，降低备件成本。(4)在阀门出口设计测压点，,并安装传感器，对阀门开闭情况进行监控。阀门开启到位后若压力低于工艺需求（2 0 MPa），将在操作台进行报警，提示工艺人员进行现场确认，防止发生批量质量事故。(5)喷射阀预冲水采用低压预充水，由浊环水源直供，减少中间加压再减压的环节，节约电能。为防止高压水反串到低压水系统管路，设计采用了较为成熟的双单向阀设计，保证设备安全。预充水管路采用不锈钢管，延长使用寿命，减少维护量。采用低压水还可以调节除鳞集管预充水喷水高度，既防止喷到钢板底面，又可保证集管被高温烘烤不会结垢。4除鳞阀国产化效果4.1消除安全隐患原阀座式喷射阀由于结构过于复杂，高压漏点隐惠较多，在运行过程中出现多次过滤器切换阀、高压控制软管等泄漏喷溅问题，给人员、设备带来安全隐患。更新后的喷射阀软管、控制部件均为低压部件，高压泄漏隐患相对与原喷射阀大为减少，可以有效降低点检维护人员及周边设备安全隐患。4.2提升质量保证喷射阀国产化后，轧制控制更加稳定，2 年内未出现阀门关不住的问题，产品表面温降得到改善，下降约5 15，未出现因喷射阀关不住造成的表面质量缺陷，提高了产品质量。原喷射阀在使用过程中,每月因关不严漏水造成的硅钢RT2温度过低无法轧制及因表面温度不均而造成铁损升高而判废的钢坏140设备管理与维修2 0 2 3No10（上）有2 3块，国产化后杜绝了该类问题的发生，每年降本约330 万元。喷射阀加装压力传感器，当除鳞压力小于2 0 MPa时提示报警。从试验情况来看，可以通过该报警实现人工及时检查、干预，降低甚至消除批量产品质量事故的风险。4.3有效减少故障喷射阀国产化后，1年时间内未出现任何设备故障,因喷射阀造成的故障时间为0。原喷射阀在上年度共出现12 次设备故障，主要为预充水先导阀顶针断卡死、调速阀卡死、先导阀串水导致除鳞阀不能动作以及阀门测压孔冲破等故障共计为220min,每月因除鳞水泄漏造成RT2温度低推废或板面局部温降而产生废钢每月约1 2 块，每块钢的处理时间约15 6 0 min，仅此项时间效益即可节约成本约10 0 万元。4.4降低备件成本喷射阀、手动闸阀实现与改造前的阀门通用，喷射阀、喷射阀总成、密封件、预冲水阀、双单向阀实现与厂内其他产线设备通用，可以减少备件库存量。原有8 台除鳞喷射阀、主控电磁阀、预充水电磁阀、薄膜先导阀、过滤器切换阀、高压软管、节流孔板等每年费用共计约6 6.5万元，且压差式喷射阀手动阀无法采购，定期送修、喷射阀阀体修复等共需约15万元修复费用。根据同类型兄弟厂矿的使用经验，改造后的喷射阀维护成本大大降低，一般只需在中修或年修时进行维护处理，费用低。4.5节能降耗原喷射阀采用高压预充水，是现场浊环水经过除鳞泵加压后通过喷射阀节流孔板减压后外喷的，且喷射阀主阀经常由于关不严而泄漏，造成能源浪费。国产化的喷射阀采用低压预充水，以浊环水旁通直喷，减少加压降压过程，减少了能量损失。8台阀改为低压预充水，原高压预充水管为DN20,单台泵可节电约2%，降低成本约7 0 万元。轧制温降在5 15，温度每降低10 可减少煤气消耗0.0 1GJ，年收益在9 0 万元以上。4.6标准化将除鳞阀组图纸规范存档，根据新阀特点修订相应的点检维护标准，将除鳞阀开关阀时间调整及压力监控纳人日常检查监控管理。5结论除鳞喷射阀国产化改造后使用近两年，喷射阀故障降为0，维护工作仅有三联件的定期加油，除正常消耗件外无其他备件消耗及更换。在阀门出口安装传感器可监测压力，避免批量质量事故风险。彻底消除预充水喷射到钢板底面的情况，并杜绝与此相关的钢板温降、冷却不均匀和废钢、判废等问题。由于低压预充水的使用及减少轧制温降，实现了节能降耗的目的。国产化的除鳞阀完全能够满足使用要求，具有较高推广价值。1徐启扬.高压水除磷阀的国产化研究J.液压气动与密封,2 0 15,35(7)：58-60.2唐安生.高压水除鳞喷射阀的改进J.冶金设备与维修,2 0 0 5,2 3(3)：26-27.3沙文岗.马钢2 2 50 热轧高压水除鳞阀的改进J.液压气动,2 0 10(11)：87-89.参考文献技术与改造【编辑张韵】