CN103861880B - 一种高效除鳞方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种高效除鳞方法及其装置，包括用于流通除鳞介质的承压腔体，所述承压腔体上设置有除鳞介质入口，所述承压腔体靠近待除鳞金属坯表面的侧壁上设置有除鳞介质的喷射出口通道，所述喷射出口通道为狭长的条缝，以使其向金属坯表面喷射的流束呈非扩散的薄片式形状。所述承压腔体为轴向横截面呈圆形的管道，所述管道为一体制作或由两个半圆形槽拼接而成，所述承压腔体呈条形、环形或异形。本发明由于除鳞介质喷射后呈非扩散的薄片式，压强基本未扩散，提高了压强利用效率，除鳞流束的喷射速度也得以降低，除鳞装置的使用寿命得以提高，又由于高效除鳞装置不受安装条件限制，特别是在设有保护装置时，可降低除鳞流束的喷射距离，提高了流量效率。

Description

一种高效除鳞方法及其装置

技术领域

本发明涉及冶金行业金属坯的高压水除鳞领域，具体涉及一种高效除鳞方法及装置。

背景技术

金属坯（钢坯或铜坯等）在轧制过程中处于高温状态，表面会因接触空气而氧化，形成一层致密的氧化皮（即鳞皮）。在轧制前将这层氧化皮除去的过程即为除鳞，除鳞可提高轧制质量与轧辊使用寿命。

如图1所示，传统除鳞方法是利用扇形除鳞喷嘴2，在高压水作用下，形成一个具有冲击力的扇形水束3（与金属坯1有一定夹角），用于切割并冲刷金属坯1上的氧化皮。

传统除鳞方法采用的除鳞装置为扇形除鳞喷嘴2，由于扇形水束3压强扩散损失大，其压强效率很低，一般为3%（压强效率=水束作用面的打击压强÷除鳞水压强×100%）。

传统的高压水除鳞方法，需要较大的射流距离（一般为150㎜）。以满足扇形除鳞喷嘴最小安装间距。因相同打击压强条件下，流量与射流距离成正比例关系，传统的高压水除鳞方法流量效率比较低，一般小于10%（流量效率=除鳞必需核心压强区水束厚度÷除鳞作用面的实际水束厚度×100%）。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种高效除鳞方法及其装置，能够以较高的压强效率与流量效率解决除鳞问题。

为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种高效除鳞装置，包括用于流通除鳞介质的承压腔体，所述承压腔体上设置有除鳞介质入口，所述承压腔体靠近待除鳞金属坯表面的侧壁上设置有除鳞介质的喷射出口通道，所述喷射出口通道为狭长的条缝，以使其向金属坯表面喷射的流束呈非扩散的薄片式形状；所述喷射出口通道可与承压腔体制成一体，也可单独制作成一个独立的带喷射出口通道的喷射段；所述喷射段直接固定连接在承压腔体的除鳞介质出口处，也可在承压腔体的除鳞介质出口处与喷射段之间设置一个结合段；所述的喷射段包括两个相对设置的喷射块，所述的喷射块之间的条缝构成喷射出口通道。

进一步的，所述承压腔体为轴向横截面呈圆形的管道，所述管道为一体制作或由两个半圆形槽拼接而成，即整体式承压腔体或分体式承压腔体，为适应不同截面形状的金属坯除鳞要求，所述承压腔体及喷射出口通道呈条形、弧形、环形或异形，所述喷射出口通道可设置在承压腔体的任意侧面上。

所述高效除鳞装置用于异形金属坯（如：钢轨、工字钢等）除鳞时，所述承压腔体及喷射出口通道（或喷射段）可设为异形，使高效除鳞装置更加简易，此时，出口段的条缝可等宽或不等宽，以使异形金属坯各部位的除鳞打击压强均匀。

进一步的，所述承压腔体内部沿管道轴心线方向设置有至少一块隔板，所述隔板使承压腔体内部形成多个互不连通的隔间，所述隔间均设置有独立的除鳞介质入口和喷射出口通道；所述喷射出口通道制成独立的喷射段时，与承压腔体出口相连通的多个喷射段可一体制作，在应用于多相除鳞介质时，有利于装置小型化、更简洁。

进一步的，所述承压腔体的喷射出口通道与承压腔体轴心线相平行，所述喷射出口通道的入口处设置有用于改善除鳞介质流量分配均匀性的均流段，所述喷射出口通道制成独立的喷射段时，所述均流段设置在承压腔体的出口处或喷射段入口处。

进一步的，所述喷射出口通道入口与出口之间设置有由整流段与出口段构成的型腔，所述整流段和出口段沿喷射方向依次设置，所述整流段的两个侧面相互平行或呈一个向出口方向收缩的收缩角，所述的侧面为平面或弧形面，所述出口段的两个侧面相互平行或呈一个向出口方向收缩的收缩角，所述出口段的两个侧面均为平面；所述出口段其中的一个侧面可沿喷射方向延长形成一个导流段，该侧面指向与喷射方向一致或单独形成一倾角，导流段用于调整喷射流束的方向与改善喷射距离；所述除鳞介质为气体且其喷射速度为超声速时，所述喷射出口通道的两个侧面构成狭长的矩形拉瓦尔结构。

进一步的，所述喷射出口通道的入口处上设置有至少一个加强筋，所述喷射出口通道制成独立的喷射段时，所述的加强筋设置在承压腔体的出口处，所述加强筋靠近喷射段的一侧可截去一部分作为均流段，所述均流段也可设置在结合段处。

为了解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：一种高效除鳞方法，包括安装有如上述高效除鳞装置的除鳞机构，除鳞水供应系统与常规辅助设备，使除鳞介质经高效除鳞装置向待除鳞的金属坯表面喷出非扩散的薄片式流束，以去除鳞皮。

所述高效除鳞方法所用的高效除鳞装置，其喷射的除鳞流束为非扇形的薄片式，不发生或极少发生传统扇形除鳞喷嘴的压强扩散损失，其压强利用效率显著提高，节能效果显著。

基于相同原理，所述的高效除鳞方法，可高效地应用于需要局部强力流束冲击等类似用途（如：管道除垢、强制冷却、路面清洗等）。如果采用气、水两相流结合，还可应用于需要大流量或特大流量的喷雾用途（如：加湿空气，让空气含水量过饱和，使粉尘或雾霾发生沉降等）。

进一步的，所述除鳞介质为液体、气体、颗粒物其中的一种或多种组成的多相介质。

所述的除鳞方法除了传统的湿法（除鳞介质为水），还可采用干法（如：除鳞介质为气体或气体与颗粒物）；半干法（如：除鳞介质为少量水或气体与仅用少量水），半干法的除鳞水基本完全被蒸发，故可不配套除鳞水的回收、沉淀、提升、净化、冷却、等装置，使除鳞系统大为简化；气体除鳞介质，可利用制氧污氮、过剩蒸汽，进一步降低生产成本，且节约水资源。采用干法、半干法时，除鳞机内可设有粉尘与噪声治理设备。

进一步的，所述高效除鳞装置配套有精密过滤器，所述除鳞机构还设置有高效除鳞装置的保护装置，所述保护装置为主动式保护装置、被动式保护装置或两者组合，所述主动式保护装置包含金属坯校直机、检测金属坯变形量的测距传感器、自动调整高效除鳞装置安装高度的主动避让机构，所述被动式保护装置为被动避让机构，包括限制金属坯移动的限位器和带动高效除鳞装置同步移动的导位机构。

为提高流量效率，本方法采用的高效除鳞装置可贴近钢坯安装。出口段的条缝宽度可以做到很小（如：0.1mm），为防止堵塞，需配套精密过滤器。精密过滤器可为高效旋流器（如：分离级10μm）、滤网或两者结合；为防止高效除鳞装置受到钢坯冲撞，设有高效除鳞装置的保护装置。

其中，所述主动避让机构，根据测距传感器检测到的钢坯变形量，自动调整高效除鳞装置的安装高度。所述被动避让机构，当钢坯变形量超过可以进入棍缝的允许范围（如：20mm），限位器阻拦钢坯并通过警示器发出警告。当钢坯变形量在棍缝的允许范围（如：20mm以下），且超过高效除鳞装置的安装高度（如：10mm）时，导位机构（安装高度与高效除鳞装置一致）受钢坯冲撞带动高效除鳞装置同步移动。为降低导位机构对钢坯的阻力与提高耐用性，导位可设有较小的导入角（如：15°）、或同时采用滚动接触（即：导位上设有滚轴），也可采用动力导入。导位机构及钢坯校直机的校直部分采用硬质材料，且有配套的冷却系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置采用特殊结构的高效除鳞装置，使除鳞介质喷射后呈薄片式，压强基本未扩散，提高了压强利用效率，除鳞流束的喷射速度也得以降低，除鳞装置的使用寿命得以提高，具有广阔的市场和经济效益。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1是传统除鳞方法示意图。

图2是本发明实施例中一种整体式高效除鳞装置结构示意图。

图3是图2中A-A剖视图。

图4是图2的仰视图。

图5是本发明实施例中一种分体式高效除鳞装置结构示意图。

图6是本发明实施例中一种带隔板的分体式高效除鳞装置结构示意图。

图7是本发明实施例中一种圆环式高效除鳞装置结构示意图。

图8是图7中B-B剖视图。

图9是本发明实施例中喷射段结构示意图。

图10是本发明实施例中喷射段为拉瓦尔结构的示意图。

图11是本发明实施例中带高效除鳞装置的除鳞机构工作示意图。

图12图本发明实施例中带高效除鳞装置的除鳞机构的保护装置示意图。

图中：1-金属坯，2-扇形除鳞喷嘴，3-扇形扩散水束，4-承压腔体，5-喷射段，6-喷射块，7-结合段，8-出水通道，9-均流段，10-整流段，11-出口段，12-条缝状的出口部位，13-出口通道加强筋，14-封板，15-分体式承压腔体，16-承压腔体加强筋，17-隔板，18-环形承压腔体，18A-环形承压腔体除鳞介质入口，19-拉瓦尔结构喷射块，19a-拉瓦尔结构收缩段，19b-拉瓦尔结构喉部，19c-拉瓦尔结构扩张段，20-除鳞供水管，21-精密过滤器，22-控制阀，23-除鳞控制器，24-除鳞机构，25-高效除鳞装置，26-非扩散的薄片式水束，27-换热器，28-排风机，29-排风管，30-正常翘高位，31-异常翘高位，32-限位器，33-金属坯校直机，34-导位机构，35-滑轨，36-高效除鳞装置安装架，37-滑槽，38-滑槽固定架，39-调整器，40-执行器。

具体实施方式

实施例一：如图2~4所示，一种整体式高效除鳞装置，包括用于流通除鳞介质的整体式承压腔体4和喷射除鳞介质的喷射段5，所述承压腔体4上设置有除鳞介质入口，所述承压腔体4下侧壁上设置有除鳞介质的出口通道8，所述喷射段的出口部位12为狭长的条缝，以使其向金属坯表面喷射的流束呈非扩散的薄片式形状，所述喷射段5通过结合段7固定在承压腔体的出口通道8处，所述喷射段5的两端设置有封板14，所述承压腔体上设置有加强筋16。

本实施例中，所述承压腔体4为轴向横截面呈圆形的管道，所述承压腔体4及喷射段5呈条形。

本实施例中，如图9所示，由两个喷射块6构成的喷射出口通道，由两个喷射块6构成的喷射出口通道，包括沿喷射方向依次设置的均流段9、整流段10和出口段11，所述均流段9的两个侧面相互平行，所述整流段10的两个侧面呈一个向出口方向收缩的收缩角（12°~30°），所述的侧面为平面，所述出口段11的两个侧面相互平行，所述出口段11的两个侧面均为平面。

本实施例中，如图10所示，所述除鳞介质为气体且其喷射速度为超声速时，所述拉瓦尔结构喷射块19的两个侧面构成狭长的矩形拉瓦尔结构，包括沿其出口方向依次设置的拉瓦尔结构收缩段19a、拉瓦尔结构喉部19b和拉瓦尔结构扩张段19c，工作时，气体除鳞介质进入均流段9，在拉瓦尔结构收缩段19a与拉瓦尔结构喉部19b受到节流与稳流作用，然后从拉瓦尔结构扩张段19c喷出，采用带不同压强的气体除鳞介质，可以获得不同马赫数的超声速气体流束，当马赫数足够大时，可仅用气体介质除鳞，利用气流加速少力量液体或固体，可降低气体流束的速度。

本实施例中，为解决因承压腔体4过长会降低整体式承压腔体的耐压强度问题，所述承压腔体出口通道8的入口处上设置有至少一个加强筋13。

实施例二：如图5所示，一种分体式高效除鳞装置，所述分体式承压腔体15由左右两半圆形槽拼接而成，所述的喷射块可与半圆形槽制成一体，也可独立制作好后再连接到半圆形槽上。

实施例三：如图6所示，一种带隔板的分体式高效除鳞装置，所述两个半圆形槽中间设置有一块隔板17，所述隔板使承压腔体内部形成两个互不连通的隔间，所述隔间均设置有独立的除鳞介质入口和喷射出口通道。

在采用气体、液体（或固体）为除鳞介质时，气体介质喷出时，在出口段的附近产生负压，吸出液体（或固体）除鳞介质，共同完成除鳞，通过设置导流机构（如：利用柯恩达效应——CoandaEffect）及其他等措施，可缩小两个喷射段出口段的间离，提高负压利用率（具体实施方法，附图未示）。

实施例四：如图7~8所示，一种圆环式高效除鳞装置，所述环形承压腔体18可由两个圆环凹槽拼接而成，所述承压腔体上设置有除鳞介质入口18A，所述喷射段5设置在承压腔体内侧壁上；为提高流束对鳞片的冲刷能力，出口段喷射的流束设有一个利于除鳞的角度（如：15°倾角）。

实施例五：如图11所示，一种带高效除鳞装置的除鳞机构工作方法，本实施例中除鳞介质为水，来自除鳞供水管20的除鳞水，进入高效除鳞装置25，喷射的水束为非扩散的薄片式水束26；所述非扩散的薄片式水束26的侧面以及正面的两端，受空气影响有一定的自然扩散角，扩散角一般为2°左右，由于高效除鳞装置的流束基本不发生传统除鳞方法必然产生的扇形扩散，其压强利用效率比传统除鳞方法提高20-40倍，在合适的安全保护下，高效除鳞装置25与金属坯1的安装距离极小（如：3mm），其流量效率提高2-10倍，本高效除鳞方法产生的节能效益非常显著。

其具体除鳞方法的工作流程为，除鳞控制器23检测到金属坯1到达时，提前一定时间打开除鳞控制阀22，带一定压强的除鳞水经过精密过滤器21、除鳞控制阀22，进入设于除鳞机构24的高效除鳞装置25，高效除鳞装置25喷射出非扩散的薄片式水束26，以一定倾角（一般为前倾15°）打击在金属坯1上，进行除鳞，除鳞完成后，在除鳞控制器23的控制下，除鳞控制阀22关闭；除鳞过程溢出的水从除鳞机构24的底部排出，经回收、冷却、净化后重复利用；通过在除鳞机构24的上部设置换热器27，排风机28，排风管29，可以回收除鳞过程产生的蒸汽热能与冷凝水，排风机28受除鳞控制器23的控制；当采用气体除鳞介质时，除鳞机构24内部设有消声装置，用于治理噪声危害。

如图12所示，带高效除鳞装置的除鳞机构的保护装置，本保护装置所示为部分形式，其他形式略，所示为部分形式为以下两种情况：

一是设有金属坯校直机33（适用于较小的除鳞喷射距离，高效除鳞装置25与金属坯1的安装距离，为略高于金属坯校直机33的出口部位，如3mm）：金属坯1在异常翘高位31（如：翘高100mm）以上时，被限位器32阻拦而不能通过，此时设于限位器32上的安全开关被触动，发出堵坯警告，通知用户处理；当金属坯1在异常翘高位31以下时，金属坯1通过限位器32，进入金属坯校直机33，校直后的金属坯1经过导位机构34，到达高效除鳞装置25，开始除鳞。

二是未设有钢坯校直机33（高效除鳞装置25的安装高度，为低于正常翘高位30，如：10mm）：金属坯1在正常翘高位30（如：20mm）以上时（此时，金属坯1不能顺利进入轧棍的辊缝），被限位器32阻拦而不能通过，此时设于限位器32上的安全开关被触动，发出堵坯警告，通知用户处理。

当金属坯1在正常翘高位30以下与高效除鳞装置25的安装高度之间时，金属坯1会冲撞导位机构34，导位机构34受冲撞后，带动滑轨35与安装在滑轨35内部的高效除鳞装置25在滑槽37内同步向金属坯1的翘高方向移动，使金属坯1能顺利达到高效除鳞装置25的位置，开始除鳞；执行器40为一个快升、缓降机构，与导位机构34共同作用，能允许安装在滑轨35内部的高效除鳞装置25按需远离金属坯1，并缓慢复位，执行器40也可与测距传感器配合，自动调整高效除鳞装置25与金属坯1的安装距离。

当金属坯1在高效除鳞装置25的安装高度以下时，能直达高效除鳞装置25，开始除鳞。

高效除鳞装置25设于滑轨35底部，滑轨35底部留有一个能通过除鳞水束的窄缝（如1mm宽），这一结构在其他安全保护全部失效时，保证高效除鳞装置25的安全，高效除鳞装置安装架36与调整器39，可在一定范围调整高效除鳞装置25的安装距离与滑轨35的行程，滑槽37固定于滑槽固定架38，滑槽固定架38固定于除鳞机构24（附图未示）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种高效除鳞装置，其特征在于：包括用于流通除鳞介质的承压腔体，所述承压腔体上设置有除鳞介质入口，所述承压腔体靠近待除鳞金属坯表面的侧壁上设置有除鳞介质的喷射出口通道，所述喷射出口通道为狭长的条缝，以使其向金属坯表面喷射的流束呈非扩散的薄片式形状；所述承压腔体为轴向横截面呈圆形的管道，所述管道为一体制作或由两个半圆形槽拼接而成，所述承压腔体及喷射出口通道呈条形、弧形、环形或异形；所述喷射出口通道入口与出口之间设置有由整流段与出口段构成的型腔，所述整流段和出口段沿喷射方向依次设置，所述整流段的两个侧面相互平行或呈一个向出口方向收缩的收缩角，所述的侧面为平面或弧形面，所述出口段的两个侧面相互平行或呈一个向出口方向收缩的收缩角，所述出口段的两个侧面均为平面；所述承压腔体内部沿管道轴心线方向设置有至少一块隔板，所述隔板使承压腔体内部形成多个互不连通的隔间，所述隔间均设置有独立的除鳞介质入口和喷射出口通道。

2.根据权利要求1所述的高效除鳞装置，其特征在于：所述承压腔体的喷射出口通道与承压腔体轴心线相平行，所述喷射出口通道的入口处设置有用于改善除鳞介质流量分配均匀性的均流段。

3.根据权利要求1或2所述的高效除鳞装置，其特征在于：所述除鳞介质为气体且其喷射速度为超声速时，所述喷射出口通道的两个侧面构成狭长的矩形拉瓦尔结构。

4.根据权利要求3所述的高效除鳞装置，其特征在于：所述喷射出口通道的入口处上设置有至少一个加强筋。

5.一种高效除鳞方法，包括安装有如权利要求1所述高效除鳞装置的除鳞机构，除鳞水供应系统与常规辅助设备，其特征在于：使除鳞介质经高效除鳞装置向待除鳞的金属坯表面喷出非扩散的薄片式流束，以去除鳞皮；所述除鳞介质为液体、气体、颗粒物其中的一种或多种组成的多相介质。

6.根据权利要求5所述的高效除鳞方法，其特征在于：所述高效除鳞装置配套有精密过滤器，所述除鳞机构还设置有高效除鳞装置的保护装置，所述保护装置为主动式保护装置、被动式保护装置或两者组合，所述主动式保护装置包含金属坯校直机、检测金属坯变形量的测距传感器、自动调整高效除鳞装置安装高度的主动避让机构，所述被动式保护装置为被动避让机构，包括限制金属坯移动的限位器和带动高效除鳞装置同步移动的导位机构。