浅析高压水系统管路的振动.doc

山东冶金2000年第1期 浅析高压水系统管路的振动 刘 宝 松 (济南钢铁集团总公司装备部,山东 济南 250101) 摘 要：济钢中板厂高压水粗除鳞系统管路振动的原因包括管路直角弯多、管线长;高压水罐与高压气罐的比例不当;喷射阀简单的开与关结构;循环阀的开与关;高压水泵的三柱塞结构。为此,提出了高压水系统的改进措施:缩小泵站与喷射点的距离,减少直角弯;适当调整高压水罐与高压气罐的容积比例,加大两罐之间管道的通径;采用自平衡液压锥阀。改造后减小了“水锤现象”引起的管路振动,取得了较好的效果。 关键词：高压水系统;管路;水锤现象;振动 中图分类号: TH3 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2000)01-0046-02 Analyzing on Vibration of High Pressure Water Pipeline System LIU Bao-song (The Equipment Department of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China) Abstract:The reason of producing bigger vibration of pipeline in roughing descaling system with high pressure water in Jinan iron and steel group is mainly caused by more right angle curve in pipeline,long pipeline,incorrect proportion relationship of high pressure water pot with high pressure gas pot,simple onoff structure of jet valve,onoff of circulating valve and so onFor reforming this water system,some measures consisted of properly regulating the volume propertion between high pressure water pot and high pressure gas pot,reducing the distance between water pump station and jet point,reducing right angle curve in pipeline,increasing the pipe diameter between pot and pot,using of selfequilibrium hydraulic pressure cone valve,etc has been taken onAfter this system was reformed,the vibration caused by “water hammer phenomenon” has reduced and good effect has got Key words:high pressure water system;pipeline;water hammer phenomenon; vibration 1 概述 济南钢铁集团总公司中板厂(简称济钢中板厂)在1988年四辊轧机改造工程中,配备了一套高压水粗除鳞系统(如图1所示),主要用于轧前加热钢坯的粗除鳞,以消除由于氧化铁皮造成的钢板表面麻点。该系统采用3台卧式三柱塞高压水泵,型号3W-2B5,流量为1050L/min,工作压力为16MPa。由于钢坯“过烧”造成氧化铁皮太厚、低合金钢坯氧化铁皮粘结力大导致高压水除鳞不彻底。经过技术改造,采用3台型号为3W-1BZ2、流量为1050L/min、工作压力为25MPa的卧式三柱塞高压水泵,提高了高压水系统的压力,加大了高压水的除鳞能力,解决了低合金钢板等的除鳞不净问题,提高了钢板的表面质量。1996年济钢中板厂又上了1套高压水精除鳞系统,采用同类型的3台卧式高压水泵、1个高压水罐、2个高压气罐;济钢(马来西亚)钢板有限公司高压水系统也采用同类型3台卧式高压水泵、1个高压水罐、3个高压气罐。上述系统在长期的运行中,尤其当除鳞结束、喷射阀关闭时,由于“水锤现象”引起管路振动经常造成管路裂纹、管夹螺丝松动甚至管夹基础破坏等,严重影响了生产的正常进行。解决该问题的关键是减小“水锤现象”引起的振动。 图1 高压水系统原理图 1 高压水泵 2 循环阀 3 高压水罐 4 最低液面阀5 高压气罐 6 气体压缩机 7 喷射阀 2 原因分析 (1)济钢中板厂高压水粗除鳞系统,由于是改造工程而使管路布置存在缺陷,泵站至喷射阀距离长,共有3个直角弯,增加了高压水的压力损失,加大了管路的振动。 (2)高压水系统高压水罐和高压气罐的数量与比例不当,也导致管路的振动大。一般采用1个高压水罐和23个同体积的高压气罐,每次除鳞使罐内机动容积变化较大而引起管路压力波动大,造成管路的振动。 (3)喷射阀单一主阀开关的结构,易产生较大的“水锤现象”引起管路的振动。喷射阀结构见图2。 图2 单一主阀开关的喷射阀结构 (4)高压水系统高压水泵为三柱塞结构,依靠柱塞在泵体内的往复运动,吸排水阀的开关使低压水断续地变成高压水,由于高压水压力波动而引起管路振动。 (5)高压水系统采用高压水罐水位控制水泵循环阀的开关,即水位达到设定位置,循环阀开启,泵处于循环状态;当水位低于最低液位时,泵开始打压。循环阀的开与关造成“水锤现象”而引起管路的振动。 3 改进措施 针对上述前3个问题,在1997年设计济钢中厚板高压水系统时,采取了以下措施: (1)针对济钢中板厂高压水粗除鳞系统管线长、直角弯较多的情况,后建的3套高压水系统的泵站设在除鳞点附近,采用直线或曲率半径大的弯管输送,减小了管路的压力损失,降低了管路的振动。 (2)采用大容量蓄势器,增加蓄气罐与蓄水罐的比例。济钢中厚板厂高压水系统采用2个6m3蓄水器和4个6m3高压气罐,加大了蓄水罐与蓄气罐之间的通气管,增加了水的机动容积和高压气的补充能力,减小了罐内及管路的水压波动,从而降低了管路的振动。 (3)将蓄势器安装在喷射阀附近,蓄势器充分发挥吸收水压波动的能力,减小了“水锤现象”引起的管路振动。 (4)喷射阀的结构如图3所示,采用自平衡式液压锥阀,其工作原理为:液压缸带动导阀上升,主阀上腔水放入出水管中,同时主阀上腔压力降低,导阀开启35mm后带动主阀开启,使高压水进入出水管经除鳞喷嘴进行除鳞。当油缸下降时,先将导阀关闭,主阀上腔压力逐渐增加,在油缸推力和主阀上腔压力的共同作用下,将主阀关闭,从而截断高压水停止除鳞。由于开启时小流量充填出水管,然后大流量高压水通过,减少了管路的振动。 图3 带导阀的喷射阀结构 1 油缸 2 接手 3 阻尼孔 4 导阀4 使用效果 5 阀体 6 主阀 通过采取上述改进措施,新上的济钢中厚板厂高压水系统投用两年来,管路振动小,运转平稳,提高了系统的安全可靠性和作业率,达到了稳定彻底除鳞的目的,具有一定的推广价值。鉴于济钢中厚板厂高压水系统的成功经验,对上述3套高压水系统进行了改造,系统投用率大幅上升。据统计,济钢中板厂高压水粗除鳞系统改造前投用率为85.7%,因麻点引起的废品为265.82t/a,改造后系统投用率达到100%,无因麻点引起的废品,由此济钢中板厂年增效益为61万元。如果考虑其余3套系统,经济效益更为可观。 由于及时总结和推广了高压水系统的改造经验,济钢的4套高压水系统运行平稳,管路振动得到有效控制,取得了较好的经济效益。在今后的高压水系统技术改造中,还将采用多级离心泵,其原理为:低压水进入高速转动的叶轮处,在离心力作用下逐级增压,连续不断地经ARC阀送出或小流量循环。系统不设循环阀,相对柱塞泵可以减小管路的振动,提高供高压水量,使高压水系统运行更平稳,达到彻底除鳞提高钢板表面质量的目的。 返回上山东冶金2000年第6期 板坯与钢板显裂问题的探讨 唐愈1,李凯玉1,张希元1,李乐刚1,谢经磊2 (1 济南钢铁集团总公司,山东济南 250101;2 山东省冶金工业总公司,山东济南 250014) 摘要：通过相关数据的统计分析,找出了化学成分、结晶器使用次数、保护渣碱度、钢板厚度、装炉方式、冷却强度等对钢板显裂的影响规律;分析显裂产生的原因是,Cu原子、硅酸盐类夹杂物富集在奥氏体晶界,降低晶界强度,诱发显裂。 关键词：显形裂纹;结晶器;保护渣;冷却强度 中图分类号：P62 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2000)06-0001-03 An Approach to Star-like Crack of Billet and Plate TANG Yu1,LI Kai-yu1,ZHANG Xi-yuan1,LI Le-gang1,XIE Jing-lei2 (1 Jinan Iron and Steel Group,Shandong Jinan 250101;2 Shandong Metallurgical Industrial General Corporation,Jinan 250014,China) Abstract：Through statistic and analysis of interrelated data the effect rules of chemical composition,using frequenoy of mould,basic capacity of protecting slag,plate thickness,charging mode and cooling strength,e tc on star-like crack of plate were found.Beneficating of cuatom and silicate type inclusions on austerite grain boundary was main cause decreaseing the grain boundary strength and bringing out the star-like cracks. Keywords：star-like crack;mould;protecting slag;cooling strength 1999年6月,济南钢铁集团总公司中厚板厂(简称济钢中厚板厂)在生产中发现了钢板显形裂纹(简称显裂),其后每月的发生量在几百吨到几千吨不等。1999年7月到2000年4月产板总量为43.11万t,星裂发生总量为1.93万t,星裂发生比率为4.49%。星形裂纹缺陷从一出现就已经成为影响钢板合格率的主要缺陷,造成了较大的经济损失。为了消除星形裂纹,有关工程技术人员做了大量的工作。1 统计分析1.1 对钢板星裂的统计分析为了寻找钢板星形裂纹的规律性,对1999年7月到2000年4月各钢种星形裂纹进行全面统计, 统计结果见表1。表1 1999年7月2000年4月各钢种星形裂纹统计钢种产量/t星裂量/t星裂比率/%Q345B6018.57952.53615.8316MnR6627.4551207.12218.21Q235B304025.59120.1753.0043A37541.371318.163.50ss40053158.042613.54.92A3642197.182268.1925.38St44-23251.85410.0312.61S355J2G31229.925230.318.7212MnCuCr399.842135.30833.84ccsB872.72920.4242.3450B1221.5152.6554.34 由表1不难算出低合金钢系列钢种包括Q345B、16MnR、A36、50B、ST44-2、S355J2G3、12MnC uCr,其产板量为9.73万t,星裂发生量为0.66万t,占星裂总量的33.99%,占产板量的6.77%;普碳钢系列钢种包括Q235B、Q235C、SS400、CCSB产板量为35.91万t,星裂量为1.18万t,占星裂总量的60.95%,占产板量的3.28%。低合金钢系列钢种星裂发生比率较普碳钢系列钢种星裂发生比率。1.2 化学成分的统计分析对1999年9月2000年4月发生星裂的481炉钢各炉次化学成分的统计结果表明,无论是合金钢系列还是普碳钢系列,同钢种发生星裂与不发生星裂的炉次其化学成分没有什么不同。但是,和普碳钢系列相比,低合金钢系列星裂发生比率较高,而低合金钢系列和普碳钢系列只有Mn的含量明显悬殊,说明Mn的含量对星裂的发生有一定的影响。另外,Cu对星裂的发生也有明显的影响。1.3 结晶器使用次数的影响 根据发生星裂的钢板的炉号查找结晶器的使用次数,并作关系图如图1所示。图1 结晶器使用炉次与钢板星裂比关系 另外,从做出的对应每个结晶器板坯低倍样来看,无论结晶器使用炉数的多少,板坯表面均有不同程度的星形裂纹,星形裂纹的严重程度随结晶器使用次数的变化而变化。根据板坯星裂情况与相应结晶器作其关系图如图2所示。图2 结晶器使用炉次与板坯星裂级别的关系由图1、图2可以看出星裂的出现随着结晶器使用寿命的增加,星裂发生比率也增加;而当结晶器使用次数超过550600炉时,随着结晶器使用次数的增加,星裂发生比率逐渐减少。1.4 对保护渣与星裂关系的统计根据不同保护渣出现星裂几率不同,统计分析保护渣各种成分、碱度与星裂的关系,发现保护渣的二元碱度与星裂评级有明显的关系。随着保护渣碱度的提高,铸坯星裂出现的几率明显增加,见图3。图3 二元碱度与星裂关系图2 对比分析2.1 钢板厚度规格之间的对比根据1999年9月到2000年4月钢板星裂的统计结果做星裂发生量与钢板厚度规格之间的关系图如图4所示。图4 钢板厚度与星裂比的关系从图4可以看出星裂主要发生在厚度大于20mm的钢板上,而且星裂发生量随着钢板厚度的增加而增加。 2028mm的钢板星裂发生量为0.64万t,占同期星裂总量的34.13%;厚度大于等于30mm的钢板星裂发生量为1.23万t,占同期星裂总量的65.67%。可见厚度越大星裂发生几率越高。而厚度小于20mm的钢板星裂发生量极少,说明,当总压下率大于或等于90%时板坯上的星裂可以展平消除。2.2 板坯热装炉与冷装炉轧制对比把同钢种(A36)24炉钢的板坯每炉取一半分两组,分别热装炉和冷装炉,轧制同规格32mm厚的钢板进行对比,结果发现:热装炉84块板坯轧出的钢板仅4块发现星裂,占4.76%;冷装炉84块板坯轧出的钢板有16块发现星裂,占19.06%。1999年11月份红送的Q235B星裂协议板率为0.65%,冷送Q235B星裂协议板率为1.38%。说明板坯热装炉有利于板坯星裂的消除。2.3 冷却强度其它工艺条件不变的条件下,二冷配水进行改变以观察板坯星裂的变化,二冷配水改变为: 碱水5%、10%。未发现板坯星裂与正常情况有明显变化,经探伤,裂纹深度仍为47mm,与未调节冷却强度时板坯星裂深度基本相同。其它工艺条件不变的条件下,对结晶器宽面、窄面冷却水改变为:200、24;190、24;180、24; 175、21m3/h以观察板坯星裂的变化,发现增加结晶器的冷却强度可以减少星裂的发生。3 检验结果3.1 对板坯的检验 对板坯取样进行酸洗,发现板坯上较明显的星形裂纹,其深度多数为37mm。根据多次对板坯作的电子探针分析(见图5),发现板坯星形裂纹沿晶界形成,内部充满氧化铁皮,其周围的夹杂物以硅酸盐为主,在板坯裂纹内部有异常小颗粒存在对其进行电镜扫描,成分见表2。图5 板坯星裂电子探针图表2 裂纹内部有异常小颗粒成分%扫描选点FeMnCu大裂纹177.982.1519.87278.982.3918.64381.443.5115.05491.193.255.56小裂纹189.885.384.74279.213.0917.70389.534.266.213.2 对钢板的检验分析把星裂钢板取样,对钢板试样进行表面喷碳等处理后再用X-射线扫描(见图6)和电子探针(电子探针15个分析点夹杂物情况表3)方法确定星形裂纹的存在形态、裂纹处所含有的化学元素以及夹杂物等,结果发现:(1)钢板表面宏观星形裂纹呈花瓣状,裂纹有明显的折叠,裂纹沿轧制方向拉长,宽度从几百m到几个甚至十几个毫米。也有一些星形裂纹很细小,深度仅为数个m。(2)星形裂纹内含有硅酸盐类夹杂物,深度大于600m。(3)X-射线扫描证明,钢板表层许多区域明显含有Cu元素,其含Cu元素的深度仅为数个m,而且这些区域没有发现其它明显的异常组织特征。表3钢板15个电子探针点硅酸盐含量%分析点123456789101112131415FeO73.2481.4976.0183.7780.9288.3683.2292.5191.4395.6090.9893.2682.2289.6483.80SiO225.3216.5021.7212.7113.078.6413.945.995.373.346.674.4216.097.3013.29图6 X-射线Cu扫描图4 结论与分析4.1 星形裂纹的产生与Cu元素的存在有关由以上分析可知,Cu元素的存在是较浅处(数个m到500m)轻微星形裂纹的诱发因素。Cu元素主要来源于连铸机的结晶器。在拉钢的过程中,由于各种原因,导致连铸坯的坯壳与结晶器内壁接触摩擦,低熔点的Cu(熔点为1083)很少一部分被高温坯壳(12001350)熔化并附着在坯壳表面。附着在坯壳表面的Cu原子由于在高温下具有较高的自由能,而不断地是界扩散并且越来越多地富集在初生的奥氏体晶界上。富集在初生的奥氏体晶界上的Cu原子高温下大大降低了晶界的强度1。在板坯冷却的过程中,由于晶粒的收 缩使晶粒之间产生相互作用的拉应力,当这种相互作用的拉应力大于晶界的强度时晶界便开裂,并沿晶界扩展,这样就形成了板坯较浅处的星形裂纹。星裂的严重程度之所以在500600炉之前随着结晶器使用次数的增加而增加,在500600之后随着结晶器寿命的增加而减轻,原因主要是由于结晶器采用了镀Cr处理。结晶器使用前50炉Cr能隔绝结晶器铜板与板坯坯壳之间的直接接触摩擦,但Cr层的厚度只有0.080.10mm;随着结晶器寿命的增加,结晶器下口的Cr镀层被磨掉,结晶器铜板与板坯坯壳之间的直接接触摩擦加剧,使得由结晶器铜板向板坯坯壳表面渗Cu加重,星形裂纹也增加。但是,随着结晶器寿命的增加,由于结晶器下口铜板被严重磨损,下口渐渐变大,结晶器铜板与板坯坯壳之间的直接接触摩擦又渐渐减弱,由结晶器铜板向板坯坯壳表面渗Cu也减弱因而星裂减弱。而热送热装的板坯,板坯表面温度在400800时即进入了加热炉,这种条件下,一方面板坯从出铸机到入加热炉的传搁时间较短,Cu原子在晶界上还未形成“足够大的”富集量,对晶界的强度还没有构成“足够严重的”削弱,晶粒之间产生相互作用的拉应力还没有超过晶界强度,因此星形裂纹发生较少或没有。另一方面,热装板坯进入加热炉后,加热炉内的氧化性气氛很快把板坯表面的Cu原子氧化掉,板坯未能产生星形裂纹既轧制成板,因此,热送热装的板坯轧制出的钢板星形裂纹很少或没有。4.2 星形裂纹的产生与硅酸盐类夹杂物的存在有关硅酸盐类夹杂物来源于钢水与空气间的二次氧化1。钢水进入结晶器后,硅酸盐类夹杂物没有被保护渣及时吸收,浇注过程中,沿结晶器壁随钢水一起流动,钢水结晶过程中富集在初生的奥氏体晶界上,降低了晶界强度,成为星形裂纹源。在板坯冷却的过程中,由于晶粒的收缩使晶粒之间产生相互作用的拉应力,当这种相互作用的拉应力大于晶界的强度使晶界便开裂,并沿晶界扩展,从而形成了板坯钢板较深处(大于600m)的星形裂纹。参考文献:1蔡开科,程士富。连续铸钢原理与工艺。北京:冶金工业出版社,1994返回上页页贝氏体钢板与普碳钢板耐磨性对比工业试验 杨四荣,李建沛,李兴芳 (济南钢铁集团总公司,山东 济南 250101) 摘要：介绍了热轧低碳贝氏体高强钢板在济钢原料厂QLK80032型斗轮取料机上与普碳钢板进行耐磨性对比工业试验的情况。试验结果表明,贝氏体高强钢板的耐磨寿命可达到普碳板的3倍。 关键词：贝氏体;普碳钢;耐磨性 中图分类号：TG115.5+8 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2001)01-00-03 Industrial Test Compared Resistance to Wearof Bainite Steel Plate with Ordinary Carbon Steel Plate YANG Si-rong,LI Jian-pei,LI Xing-fang (Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China) Abstract：Introduces the industrial test condition compared resistance to wear of hot rolling lowcarbon bainite steel plate with ordinary carbon steel plate used in QLK 800.32 type bucketwheel excavator in the raw material plant of Jisteel.The experimental result explains the service life of resistance to wear of bainite steel plate can be up to three times larger than ordinary carbon steel plate. Keywords：bainite steel;ordinary carbon steel;resistance to wear 由济南钢铁集团总公司(简称济钢)和清华大学贝氏体钢研究推广中心共同研制开发的新型热轧低碳贝氏体高强钢板,产品性能优异,其强度高、韧性好。制做耐磨件应用于磨损工况下,具有耐磨性好,使用寿命高,降低备件消耗,经济效益显著等优点。因而对贝氏体钢板和普碳钢板进行耐磨性对比工业试验,就成为推广应用新钢种的必经环节。为此,进行了该项工业试验。1 性能对比 由于工业性试验涉及到工业生产的正常运行,为此,在工业试验前对贝氏体钢板和普碳钢板各种性能进行了分析对比。1.1 力学性能对比新型热轧低碳贝氏体钢板的各种力学性能试验数据和对比钢种数据均取自生产检验的数据,结果如表1所示。表1 贝氏体钢与普碳钢力学性能对比钢种抗拉强度b/MPa屈服强度s/MPa延伸率/%断面收缩率/%冲击值AkV/J贝氏体钢8905751634-40,34;室温,76Q235B4703142145Q345B5504002145室温,27JG59063050521-5,471.2 金相组织对比热轧低碳贝氏体高强钢板的金相组织为晶界仿晶型铁素体+粒状贝氏体组织(FGBA/BG)。普碳钢板的金相组织为铁素体+珠光体。1.3 耐磨性对比试验 耐磨件在使用过程中将受到各种各样介质的不同类型的磨损,如磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、浸蚀磨损等。但在济钢原料厂进行该项工业性试验条件下的磨损类型主要是磨料磨损。为此,济钢首先在中国农业机械化科学研究院进行了磨料磨损实验室试验,同时对16Mn(V)(即Q345B)、JG590做了对比试验。磨损试验机工作原理如图1所示。图1 磨损试验机工作原理示意图1 试样 2 砝码 3 砂浆槽 4 橡胶轮磨损试验条件试验机:MLS-23型湿沙橡胶轮式磨损试验机;橡胶轮:直径176mm,厚12.8mm;硬度邵尔60度,逆时针转动;磨料:广东新会石英砂0.210.42mm;橡胶轮转速:240r/min;试验负载:正压力68.6N;砂浆配比:1000g室温自来水+1500g石英砂;试样尺寸（长宽厚）：57mm25.5mm6.0mm;磨程:预磨1000转;正式磨损:(1)磨损500转后称重;(2)再磨损1000转后称重;(3)再磨损2000转后称重。表2 磨料磨损试验结果及相对耐磨系数钢种500转1000转2000转平均失重/mg相对耐磨系数/%平均失重/mg相对耐磨系数/%平均失重/mg相对耐磨系数/%16Mn115.3100.0215.5100.0341.4100.0JG59099.8115.5202.4106.5311.6109.6贝氏体95.9120.2185.9116.1255.4133.7 实验室磨料磨损试验的结果表明,相对耐磨系数贝氏体钢板是16Mn钢板的1.34倍,是JG590钢板的1.22倍，是普碳钢板Q235B的4倍（非本次试验结果)。且贝氏体钢板的表面磨痕的均匀细密程度最好,耐磨性的优势相当明显。而16Mn板的磨痕较为粗糙,磨沟也较深。2 工业对比试验2.1 济钢原料厂概况原料厂现设有火车受卸系统、汽车受料系统、一次料场、预配料系统、二次混匀料场及输送皮带(共16km)等辅助系统。日平均受卸、堆料、取料、配料、供料各1万t;一、二次料场储料能力为45万t,年向两个烧结厂和第一炼铁厂供应中和料、燃料、熔剂、矿石等365万t。现装备有大型堆取料机、多斗卸车机、圆盘给料机、工程机械等各类设备的513台套,这些设备中的工艺件中大量使用了普碳钢和16Mn钢材料,均存在耐矿粉磨损寿命低的问题。2.2 试验工况条件济钢原料厂每天加工处理的介质为各种矿粉,主要有来自澳大利亚、巴西、印度的进口矿粉,省内外各种精矿粉，济钢自产的烧结、球团返矿、高炉灰、钢渣等。其主要化学成分为Fe、Si、Ca、Mg、S等。这些介质在被卸、堆、取、配、混匀、供出的各工艺环节中,与所有流程中的设备工艺件接触的部位,存在着冲刷磨损,因而出现早期磨损失效。因此,提高堆、取料等大型设备或附属设备零部件的磨损寿命,采用高强度、耐磨的新材料制作工艺备件,从而提高寿命,降低成本,减小维修工作量，始终是我们所面临的一个重要课题。考虑到磨损速度、使用周期长短、更换维修是否方便等诸多因素,选择了2QLK80032型斗轮取料机下料口挡料板作为试验首选部位。该设备工况参数为:(1)取料生产能力:800t/h;(2)矿粉粒度:050mm;(3)矿粉含水量:010%;(4)矿粉输送速度:2m/s;(5)生产负荷平均为:5000t/d;(6)矿粉从悬臂皮带至下料口挡料板处落差为5m。2.3 试验结果2000年8月2日,采用吊挂方式在下料口东西两侧分别安装普碳板和贝氏体钢板各1块,尺寸均为1000mm500mm12mm,取料机运行时,两块钢板与矿粉接触的工况完全相同。至运行1个月时,普碳板已出现严重磨损,下部边缘几乎磨透,将此视为需更换或焊补修复的寿命周期限,其磨损区如图2所示,即普碳板中下边缘处磨损成“桥洞”形状(对此及时进行了焊补,以防漏料);而贝氏体钢板表面状况良好,至运行2个月时,表面仅出现“麻点”,粗糙程度加重,至运行3个月时,贝氏体钢板局部开始出现磨损,最深处磨损量达5mm,且磨损速度加快,虽又继续使用了半个月,在此将3个月做为其寿命周期限。另外,在安装贝氏体钢板时,切割、焊接挂鼻等与普碳板施工条件无明显差别,维修操作方便。图2 耐磨性对比工业试验示意图1 贝氏体钢板 2 普碳板 3 输送带2.4 经济效益分析以此次耐磨性工业试验的2取料机下料口两块挡料板为例进行计算分析。 用普碳板2块,3个月的材料成本费用为842.4元；用贝氏体板2块,2个月的材料成本费为374.4元,即可节省材料费用468元。 所以,在不考虑焊补修复磨损钢板的前提下,仅在此下料口的2块挡料板上,由贝氏体钢板代替普碳板,3个月可节资468元,1年可节资1872元,且减少了维修工作量,有效地提高了设备作业率,减轻了维护人员的劳动强度。如果大面积推广后,经济效益将非常显著。3 结论对贝氏体钢板和普碳板在取料机下料口处作为挡料板进行耐磨性对比工业试验,其耐磨寿命前者是后者的3倍,效果明显。因此,贝氏体高强钢板具有广泛的推广应用前景,尤其可作为衬板、挡料板、各种工艺件及各企业同类工况下的设备零部件推广应用。致谢:本文所采用部分实验室试验数据,由济钢贝氏体钢课题组提供,在此表示感谢。 山东冶金2001年第3期 液压系统管路冲洗方法分析与改进 李敬明,王常金 (济南钢铁集团总公司自动化部,山东 济南 250101） 摘要：结合生产实践，对高压大流量冲洗、系统带阀台冲洗、带蓄能器伺服系统冲洗、高温冲洗及 提高绝对过滤精度的档次及纳污容量等冲洗手段进行了分析与改进，提高了液压系统的清洁度。关键词：液压系统；管路；冲洗中图分类号：137.8+6 文献标识码： 文章编号：1004-4620(2001)03-0013-0 Analysis and Improvement of Pipeline Flushing Method for Hydraulic System LI Jing-ming,WANG Chang-jin (The Automation Department of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101 ,hina) Abstract：Combined with productive practice,analyzes and improves the flushing methods of the large flow flushing with high pressure, flushing of system with valve,flushing of servo system with energy accumulator,high temperature flushing,increasing the grade of absolute filtering precision and the capacity of holding dirt,etc.,increases the cleanliness of hydraulic system.Key words：hydraulic system;pipeline;flush 大约70%的液压系统故障是由工作介质的污染而引起的。冲洗是液压系统控制污染的主要环节，而冲洗方法又直接影响冲洗质量及冲洗速度。下面结合济南钢铁集团总公司（简称济钢）生产实践就如何改进液压系统的冲洗方法，进行探讨。1 高压大流量冲洗在国内冶金行业，过去传统的冲洗压力均小于2.5MPa，实践证明，这种冲洗方法并不适合系统大、管路长、局部复杂的管路冲洗的要求。例如济钢中板四辊轧机平衡、推床液压系统的冲洗，在此压力下冲洗时间长达72h，但效果却不理想。尤其对某些要求清洁度高的系统如伺服、比例系统，这种压力很难达到系统清洁度的要求。近几年来济钢一直采用高压大流量冲洗新工艺，效果较好，对重要元件如溢流阀等进行抽检清洗。具体冲洗压力视不同系统的情况而定，但一般不小于8 MPa。以济钢6#高炉槽下液压系统的冲洗为例，槽下液压系统主要参数：泵流量Q：60L/min；管径d：10mm；长度L：60m（一次只冲洗2根管路）；油粘度：0.39cm/s(30时20机械油）；油密度：900kg/m3。由公式 : Re=vd/=d/A （1） =0.3164/Re0.25 （2）式中 液压油在管道中的流速，m/s。代入数据，得Re为3266，为0.042。由此得管路的沿程损失： P=He=gLV2/（D2g) (3)式中 r液压油的比重，kg/m3； He压力水头，m。代入数据，得P为19.37 MPa。由计算看出，当冲洗两条管路，冲洗压力调至6MPa时（现场冲洗实际压力），仍然有一部分流量要通过溢流阀流回油箱。变换(3)式,计算该系统要达到紊流冲洗所必须具备的冲洗压力,选取雷诺数Re为2300，代入(2)式，得为 0.0457。根据(1)式，得速度V为8.97m/s，则P为9.9MPa，这就是紊流冲洗的最低冲洗压力。由以上计算可知，对小管径而言，要保证冲洗在紊流状态下进行就必须提高系统的冲洗压力。高压是大流量（紊流)的必要条件。同时在冲洗过程中，还要周期性的反复升降力，以产生冲击，冲掉附着在管道内壁的杂物。2 系统带阀台冲洗目前，是否带阀台冲洗有两种观点，一种认为不能带阀台，否则管内杂质被冲到阀内沟槽，反而对阀产生污染；另一种认为要带阀台冲洗。根据多年实践，倾向于后一种看法。带阀台冲洗具有以下优点：(1)可清洗掉由于制造厂家对元件及装配后的液压站清洗不彻底而残留的加工、装配污染物。(2)可清洗掉由于运输或现场保管不好，后进入阀组的杂质。(3)可清洗掉长期存放生成的污染物。事实证明，有些阀组很脏，制造厂家供的设备根本达不到清洁度要求。如济钢中板轧机液压站一些截止阀内全部生锈，阀组内加工铁屑也未清理。此外，所有伺服系统除伺服阀用冲洗板代替外，其他阀组及阀台都要求一起冲洗，也充分说明带阀台冲洗是不会污染阀组的。同时，由于阀台投入，还可利用电磁阀换向使藏于死角的杂质更易被带走。电磁阀换向产生冲击，还可减轻工人的劳动强度。3 带蓄能器伺服系统冲洗在伺服系统中，有些蓄能器是做动力源使用的。如果在伺服阀投入工作前未做清洗，势必影响以后伺服系统的工作可靠。根据现场实践，采用的方法是：首先给蓄能器预充气，充气压力为系统冲洗压力的3050，然后，在冲洗过程中，每隔一定时间反复升降压力冲洗（见图1）。高压时向蓄能器充油，低压时利用内部预充气压力将油排出。这样 ，由于冲洗油的反复充放，蓄能器内杂质被带走。实践证明，达到了理想的效果。图1带蓄能器伺服系统的冲洗曲线4 高温冲洗高温冲洗主要是利用油液的粘温特性，通过提高油温，降低油的粘性，从而提高系统的雷诺数，使某段由层流变为紊流，或由紊流变为强烈紊流。同时由于粘度的降低，使附于管壁及死角的杂质易被带走。温度变化引起雷诺数的变化30时，普通20机械油的为0.39cm/s；60时，普通20机械油的为0.13cm/s。当冲洗压力不变时，设Re2为60冲洗时雷诺数，Re1为30冲洗时雷诺数，则Re2=Re130/60=Re10.39/0.13=3Re1由此可见，提高系统的油温，雷诺数可提高几倍甚至十几倍。升温可通过电加热器进行，也可采用系统调压阀循环加热。当油温达60以后停止加热，向系统供压油进行冲洗。降至常温后再升温，整个冲洗过程油温与时间关系见图2。图2 高温冲洗曲线5 提高绝对过滤精度档次及纳污容量 对一个要求达到NAS10级的液压系统，采用在原系统中串联一组绝对过滤精度为10m的过滤器，进行后序工序的冲洗，称为强化冲洗。这样有利于缩短冲洗时间，加快工程进度，并达到满意效果。尤其在工期比较紧迫的情况下，多做一点投资比延长工期更合算。但是一定要注意系统本身和临时增加的过滤器过滤精度要匹配。否则，它们的过滤比反而小于单独用一个精过滤器时的过滤比（见图3）。图3 系统中串联临时增加过滤器简图提高纳污容量也就是加大过滤器的流量，主要是延长过滤器使用寿命，临时过滤器既可加在压油路上，也可加在回油路上。以上讲的主要是通过改善冲洗手段，提高系统清洁度的几种方法。但这并不是说可以忽略其他各施工工序，每道工序都应严格把关，而且因为系统冲洗实际就是本身的净化过程，所以尽量不要增加临时管路。否则只能加重冲洗负担，延长冲洗时间，更换滤芯，影响工期和效益。返回上页 山东冶金2001年第5期 济钢中板厂3#纵剪自动定位剪切控制系统 李长兴，张守言，刘兆新 (济南钢铁集团总公司 装备部，山东 济南 ) 摘要： 济钢中板厂3#纵剪自动定位剪切控制系统由PC机、变频器、PLC、编码器、红外温度 传感器等组成，可以保证剪切精度在公差范围内，并可实现自动定位剪切。系统运行后，解 决了钢板剪切定位精度问题，板宽尺寸误差可小于2mm，减轻了工人劳动强度。关键词：剪切机；自动定位；控制系统；PLC；推头中图分类号：TP273 文献标识码： 文章编号：1004-4620(2001)05-0015-0 Automatic Orientation Shearing Control Systemof No.3 Edge Shear of the Middle Plate Mill of Jigang LI Changxing, ZHANG ShouYan,LIU ZHaoxin (The Department of Equipment of Jinan Iron & Steel Group Corporation,Jinan 250101,China) Abstract：The automatic orientation shearing control system of No.3 edge shear of the middle plate mill of Jigang consists of PC, frequency converter, PLC, encoder, infrared temperature transducer. It can keep the shearing precision within range of tolerance and can realize the automatic shearing for dimension control. After application of this system, the problem of steel plate shearing precision can be settled. The deviation of plate width can be less than 2 mm, the labor intensity for workers can be reduced.Keywords：shear;automatic orientation;control system;PLC;push top 济南钢铁集团总公司中板厂(简称济钢中板厂)宽度定尺机原采用人工手动定位剪切，返切率高，定位精度低，为此，从机械、电气两个方面进行了技术改造。机械部分改变导轨结构，提高机械传动机加工精度及机械设备的稳定性和可靠性；电气控制采用由PC机、变频器、PLC、编码器、红外温度传感器等组成的控制系统，并开发出该系统的控制软件，有效地解决了钢板剪切定位精度问题,使板宽尺寸误差小于2mm，实现了定位剪切自动控制。下面对电气控制系统的硬件结构和软件设计思路作一介绍。1 3#纵剪工艺系统简介 3#纵剪工艺系统如图1所示。机械部分由剪板机、推钢机、打正机、三组辊道等组成。本工序完成钢板的宽度定尺剪切。钢板由上道工序进入到第一组辊道时，红外线传感器检测到来钢信号，启动第一组辊道，把钢板送入剪切区，随即启动推钢机，与推钢机丝杠相连的脉冲编码器信号输入PLC，PLC控制变频器使钢板在设定位置停止，并使打正机夹紧钢板，剪板机开始剪切。剪板机剪刃复位后，启动第二组辊道，第二组辊道轴上的编码器反馈钢板行进的距离，使钢板向前运行2.5m后自动停止,剪板机再开始第二剪,如此周而复始，直到剪完该块钢板为止。钢板经第三组辊道送往下道工序。图1 3#纵剪工艺系统图2 电气控制系统电气控制系统如图2所示。控制系统的主要任务：一是保证剪切精度在公差范围内；二是实现自动定位剪切。系统选用西门子公司S7-300可编程控制器和G9系列变频器，台586PC机作为上位机，同编码器和电机组成一个闭环位置控制系统，以实现自动定位剪切控制和上下工序联网通讯。图2 电气控制系统图板宽尺寸由上道工序确定，并通过数据网传输给上位机，上位机与PLC通过MPI通讯接口板实现串行通讯，并在动态画面上显示板宽数值,编码器