CN102189126A - 一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置及喷射方法 - Google Patents

Abstract

一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，该喷射装置包括布置在轧制机架入口带钢(104)上表面的直喷乳化液喷淋架(101)和布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架(102)，该喷射装置还包括布置在轧制机架入口带钢(104)下表面的直喷乳化液喷淋架(103)。本发明还公开了一种喷射方法，该方法包括以下步骤：第一步，确定喷淋架(103)中喷嘴与轧辊(105)中心线及轧制中心线之间距离；第二步，确定喷嘴与水平面的夹角大小；第三步，确定各喷淋架的喷射流量。该喷射装置和喷射方法既解决了乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题，又实现了下辊缝有充足的润滑与足够油膜厚度，同时保证了上下辊缝润滑油膜厚度的均匀。

Description

一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置及喷射方法

技术领域

本发明涉及一种喷射装置，具体来说是一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，特别是涉及带钢轧机中利用水油乳化液直喷方式进行辊缝润滑的喷射装置。本发明还涉及一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射方法。

背景技术

对于冷轧而言，良好的工艺润滑是确保轧制稳定性的基础，在这个基础上，为了确保良好的表面质量，要求轧制过程中具有均匀油膜。为了进一步提高产品表面质量，在产品厚度规格薄、表面质量要求高的冷轧板带中，直喷乳化液被广泛应用。常规而言，直喷乳化液系统直接喷淋到带钢表面，乳化液在带钢表面形成均匀油膜后进入轧机辊缝，同时这给乳化液油水分离的时间，带钢表面会形成均匀油膜，以确保轧制带钢表面质量均匀，一般情况下，对于表面要求高的产品，乳化液不会直接喷淋到辊缝。尤其是二次冷轧领域，不仅生产产品规格薄，而且其生产的产品作为基板直接进行表面涂镀处理，对于表面质量要求高于普通冷轧产品。直喷系统乳化液通过喷淋架，喷涂到带钢表面或轧辊表面，形成均匀、厚度适中的油膜，是冷轧带钢生产的关键。

在以往的技术中，一般轧制机架入口在带钢上下表面各布置1个直喷乳化液喷淋架，如图1所示，设上表面喷淋架为101，下表面喷淋架102，然后在一个混和箱中以可调的水量和油量制成均匀的乳化液交付给不同的喷淋架喷射到带钢或轧辊105表面实现对辊缝的润滑，这样的方式应用非常普遍。采用该技术的一个重要缺陷是带钢104下表面的润滑油膜厚度无法保证，导致带钢上下表面附着的润滑油膜不均匀或说不一致影响产品表面质量，如图2左图画面，不满足高表面镀铬产品的需要。

乳化液整体组成是基础油和脱盐水。一般是按2.0～4.0％的基础配兑95％以上的脱盐水，外加适量的表面活性剂(润滑剂或弥散剂)形成的半稳态润滑—冷却剂，呈油水两相平衡体系。水是连续相，油是分散相。乳化液的一个重要特性是离水展着性。如图3所示，从喷嘴中告诉喷射出的乳化液撞击到钢板和轧辊表面以，发生了油水分离，油滴附着在接触表面上，形成油膜需要一定时间，在机组运行速度已知的情况下，这段时间通过距离来保证。带钢下表面当乳化液喷淋到带钢表面时，由于重力作用一部分乳化液滴落损失，导致带钢下表面油量不足，通过喷淋架位置来补偿又很难保证油水分离时间，导致表面油膜不均。在设备建成以后，现场生产时，通过增加乳化液流量的方法避免下表面油膜不足，就会导致图2左图所示带钢表面不均匀现象。

在以往的辊缝润滑中，乳化液喷淋的控制往往只考虑到乳化液流量总量控制的问题，而没有考虑到带钢表面附着油膜的均匀性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，该装置既解决了乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题，又能保证下辊缝有充足的润滑与足够油膜厚度。

本发明要解决的另外一个技术问题是：提供一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射方法，该方法可以实现上下辊缝润滑油膜厚度的均匀。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，该喷射装置包括布置在轧制机架入口在带钢上表面的直喷乳化液喷淋架和布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架，该喷射装置还包括布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架103。通过喷淋架将这部分乳化液直接喷淋于转动中的工作辊的表面，通过工作辊的转动将这部分乳化液带入下辊缝与喷淋架直接喷在带钢表面的乳化液相汇合，形成一定的润滑油膜厚度。这样就巧妙的解决了下喷淋架乳化液流量过小时润滑不足油膜厚度偏小、乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题。

本发明还提供一种喷射装置的喷射方法，该喷射装置包括布置在轧制机架入口、带钢上表面的直喷乳化液喷淋架101、布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架102，该喷射方法在所述喷射装置的轧制机架入口带钢下表面还设置了一个直喷乳化液的喷淋架103，该喷淋架103将乳化液直接喷淋于转动中的工作辊表面。

所述喷淋架(103)设置包括以下步骤第一步，确定喷淋架中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离，具体可采用一下步骤，设喷淋架中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离为L₁、L₂，当喷淋架中喷嘴垂直面角度位于基态，即 $\mathrm{\α}={\mathrm{\α}}_0=\frac{{\mathrm{\α}}_{\max }+{\mathrm{\α}}_{\min }}{2},$ α_max-最大喷嘴角度；α_min-最小喷嘴角度，则最优喷嘴位置L₁与L₂的为：

$L_1=\frac{D_w}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(1\right)$

$L_2=\frac{D_w\·\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(2\right)$

式中：β_min-喷嘴压力最小时喷嘴的喷射角度(如图6中所示角BAC)；

β_max-喷嘴压力最大时喷嘴的喷射角度(如图6中所示角B′AC′)；

D_w-工作辊的直径。

其中，公式(1)、(2)的具体计算方法为：

如图5所示，第二喷淋装置103中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离L₁、L₂选择的原则是：当第二喷淋架103中喷嘴角度位于基态(即 $\mathrm{\α}={\mathrm{\α}}_0=\frac{{\mathrm{\α}}_{\max }+{\mathrm{\α}}_{\min }}{2},$ α_max-最大喷嘴角度；α_min-最小喷嘴角度)、流量最小时乳化液的下喷射射线，能够喷洒在工作辊与中间辊的接触处，即图5中的202，而当流量最大时，乳化液的流量上喷射线AB刚好能够喷洒到工作辊与带钢接触处，即图5中的201。其计算方法如下：

根据生产实践及流体力学知识，乳化液在一定压力(流量)下从喷嘴中喷出时，其喷射形状如图8所示。

显然，对于第二喷淋架103而言，根据几何关系可以知道，乳化液的上下喷射射线AB、AC的位置主要取决于喷嘴角度α、喷射形状参数β₁和β₂以及喷嘴与轧辊中心线L₁、喷嘴与轧制中心线之间距离L₂。

利用边界条件，当α＝α₀、p＝p_min时，乳化液的下喷射射线AC能够喷洒在工作辊与中间辊的接触处，即AC＝AE，有：

${\mathrm{\β}}_2=\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min }---\left(4\right)$

根据喷嘴结构，AA′的距离很短，因此在计算分析过程中，可以近似将点A、A′看成一点，这样图8就变成如图9所示，这样，∠KAC＝α+β₂。这样，在极限状态下，根据几何关系可得：

$\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })=\frac{D_w-L_2}{L_1}---\left(5\right)$

其中，D_w为工作辊的直径。

利用边界条件，当α＝α₀、p＝p_max时，乳化液的上喷射射线AB能够喷洒到工作辊与带钢接触处，近似图10所示，即AB＝AF，

这样，∠KAB＝β₂-α ${\mathrm{\β}}_1=\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }---\left(6\right)$

根据几何关系可得：

$\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)=\frac{L_2}{L_1}---\left(7\right)$

这样，联立以上四式可得：

$L_1=\frac{D_w}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(1\right)$

$L_2=\frac{D_w\·\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(2\right)$

式中：β_min-喷嘴压力最小时喷嘴的喷射角度；

β_max-喷嘴压力最大时喷嘴的喷射角度；

D_w-工作辊的直径。

第二步，确定喷嘴与水平面的夹角，设为γ，一般γ在10至20度之间；

第三步，确定喷淋架(101)、(102)和(103)的喷射流量，设所述喷淋架(101)、(102)、(103)的喷射流量分别为w_DA、w_DB、w_DC，则喷淋架(101)、(102)、(103)的喷射流量关系可以用下式来表示：

w_DA＝w_DC+W_DB·η                (3)

式中：η-流量损失系数，η＝0.85-0.95。

本发明所述技术方案通过将直喷系统下表面的流量分流成两个部分，分别通过带钢与工作辊传递至辊缝汇合，既解决了乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题又保证了下辊缝有充足的润滑与足够油膜厚度，同时通过合理的设定主要工艺参数可以实现上下辊缝润滑油膜厚度的均匀。不但可以充分发挥了乳化液的润滑性能，而且可以提高成品的表面质量，从而为企业带来较大的经济效。

附图说明

图1为现有用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置系统示意图；

图2为带钢产品表面不均匀对比示意图；

图3为带钢上表面部分离水展着性示意图；

图4为本发明所述用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置系统示意图；

图5为图4所述喷射装置中新增喷淋装置位置示意图；

图6为图5所示新增喷淋装置的喷嘴喷射乳化液示意图；

图7为图5所示新增喷淋装置的喷淋架设计构造示意图；

图8为图5所示新增喷淋装置的喷射形状示意图；

图9为图8所述示意图的简化图；

图10为图9所述示意图的进一步简化图。

具体实施方式

以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例

如图4所示，在带钢104下表面配置第二喷淋装置103，通过喷淋架103将这部分乳化液直接喷淋于转动中的工作辊的表面，通过工作辊的转动将这部分乳化液带入下辊缝与喷淋架102直接喷在带钢表面的乳化液相汇合，形成一定的润滑油膜厚度。这样就巧妙的解决了下喷淋架102乳化液流量过小时润滑不足油膜厚度偏小、乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题。

本发明所述喷射装置的喷射方法具体为：

第一步，设备改造，在带钢下表面配置第二喷喷淋架103，该喷淋架103将乳化液直接喷淋于转动中的工作辊105的表面上。

第二步，新配置的喷淋架103的具体设置，包括以下步骤：

a、喷淋架103中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离的选择

对于特定机组而言，垂直面内最大喷嘴角度α_max＝47°、最小喷嘴角度α_min＝26°，

轧辊直径D_w＝435mm；β_min＝43°；β_max＝86°。将其代入到最优喷嘴位置L₁与L₂的计算模型，得到：

$L_1=\frac{D_w}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+0.5{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(0.5{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}$

$=\frac{435}{1.6+0.114}$

$=253.75$

$L_2=\frac{D_w\·\mathrm{tg}(0.5{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+0.5{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(0.5{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}$

$=\frac{49.562}{1.7143}$

$=28.9$

b，确定喷嘴与水平面的夹角。新增架103喷淋架数量的选择主要考虑二次冷轧产品带钢中最宽带钢104的宽度，本机组最宽为1050mm，喷淋架设计构造示意图如图7所示，喷嘴与水平面的夹角γ取15度。

c，确定喷淋架101、102和103的喷射流量，设所述喷淋架101、102、103的喷射流量分别为w_DA、w_DB、w_DC，则w_DA＝5.8l/min、w_DB＝2l/min、w_DC＝4l/min

w_DA＝w_DC+W_DB·η＝4+2·0.9＝5.8            (3)

从上述技术方案可知，本发明所述的喷射装置和喷射方法，既解决了乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题又保证了下辊缝有充足的润滑与足够油膜厚度，同时通过合理的设定主要工艺参数可以实现上下辊缝润滑油膜厚度的均匀。不但可以充分发挥了乳化液的润滑性能，而且可以提高成品的表面质量，从而为企业带来较大的经济效。

Claims (7)

1.一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，该喷射装置包括布置在轧制机架入口、带钢(104)上表面的直喷乳化液喷淋架(101)和布置在轧制机架入口带钢(104)下表面的直喷乳化液喷淋架(102)，其特征在于：

该喷射装置还包括布置在轧制机架入口带钢(104)下表面的直喷乳化液喷淋架(103)。

2.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷淋架(103)将乳化液直接喷淋于转动中的工作辊(105)表面。

3.一种喷射装置的喷射方法，该喷射装置包括布置在轧制机架入口、带钢上表面的直喷乳化液喷淋架(101)、布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架(102)，其特征在于：

该喷射方法在所述喷射装置的轧制机架入口带钢下表面还设置了一个直喷乳化液的喷淋架(103)，该喷淋架(103)将乳化液直接喷淋于转动中的工作辊(105)表面。

4.根据权利要求3所述的喷射方法，其特征在于，所述喷淋架(103)设置包括以下步骤：

第一步，确定喷淋架(103)中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离；

第二步，确定喷嘴与水平面的夹角大小；

第三步，确定喷淋架(103)与喷淋架(101)、(102)的喷射流量关系。

5.根据权利要求4所述的喷射方法，其特征在于，第一步中确定喷淋架(103)中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离的具体步骤为，设喷淋架(103)中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离为L₁、L₂，当喷淋架(103)中喷嘴垂直面角度位于基态，即 $\mathrm{\α}={\mathrm{\α}}_0=\frac{{\mathrm{\α}}_{\max }+{\mathrm{\α}}_{\min }}{2},$ α_max-最大喷嘴角度；α_min-最小喷嘴角度，则最优喷嘴位置L₁与L₂的为：

$L_1=\frac{D_w}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(1\right)$

$L_2=\frac{D_w\·\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\min })+\mathrm{tg}(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\max }-{\mathrm{\α}}_0)}---\left(2\right)$

式中：β_min-喷嘴压力最小时喷嘴的喷射角度；

β_max-喷嘴压力最大时喷嘴的喷射角度；

D_w-工作辊的直径。

6.根据权利要求4所述的喷射方法，其特征在于，第二步中喷嘴与水平面的夹角大小为10至20度之间。

7.根据权利要求4所述的喷射方法，其特征在于，第三步中确定喷淋架(101)、(102)、(103)的喷射流量具体步骤为，设所述喷淋架(101)、(102)、(103)的喷射流量分别为w_DA、w_DB、w_DC，则喷淋架(101)、(102)、(103)的喷射流量关系可以用下式来表示：

w_DA＝w_DC+W_DB·η                                (3)

式中：η-流量损失系数，η＝0.85-0.95

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