通过低水压水喷射进行金属带二次除鳞的方法及设备 【技术领域】
本发明涉及热轧过程中对在进入轧制机组的粗轧机架或精轧机架中之前行进的金属带、特别是钢带进行除鳞的作业。
背景技术
需提醒的是，该作业更通常地被称为“二次除鳞”，其与轧制前在从加热炉出来的钢锭上进行的“一次”除鳞不同。
还需指出的是，钢带的二次除鳞的目的是从钢带表面除去称为二次的氧化鳞皮，该氧化鳞皮是钢带从炉子出来经过一次除鳞之后在自由空气中停留的过程中由于热金属快速再氧化而形成的。因此在轧制过程中两次进行除鳞：首先是在带材进入粗轧机前，然后是带材进入轧制机组的精轧机之前。为了简化起见，下面只参照在精轧机入口的二次除鳞的情况，当然对此所描述的内容也基本适用于在粗轧机入口的二次除鳞。
二次氧化鳞皮一般呈现金属氧化物附着层的形式，其厚度一般在50μm到100μm之间，外观相当不规则。当在精轧机入口二次除鳞提供了这样的钢带：该钢带在表面上具有厚度几乎不超过20μm‑30μm的均匀残余氧化皮层以避免在轧辊上的氧化物结垢时，二次除鳞是成功的。
为此，除鳞作业主要在于：通过喷洒装置输送的强大喷射水流冲击行进中的带材的表面，喷洒装置距离不远，并且具有一般在130巴‑150巴(bar)以上的、甚至在有些情况下在多于200巴的高压力下被供水的喷嘴。因此旨在使热效应(在除鳞装置入口的1100℃左右的带材表面温度几乎瞬时下降到接近600℃)与大量喷射水流冲击运动所产生的机械效应结合，以使氧化皮破裂并通过冲刷效应从表面除掉氧化皮。该作业通常在位于精轧机架上游约5m并且长度约为1m‑2m的氧化皮冲除箱中进行，快速直线行进的钢带穿过该氧化皮冲除箱，并且氧化皮冲除箱掩蔽具有逆 流地倾斜十来度的喷嘴的上、下喷洒装置。
尽管二次除鳞是任何包括一热阶段的钢材加工链的必要环节(除非希望使轧制机组整体位于非氧化环境下——而这显然几乎是不被考虑的)，二次除鳞仍是很昂贵的一项作业，另外其原因不是在于它需要使用的大量水(所使用的水是再循环的)而是因为其所需用的高水压设备，因而对此方面，应该考虑降低其成本的可能性，特别是在泵和线路的维护及电的消耗方面。
【发明内容】
本发明的目的是对二次除鳞作业的成本降低问题作出立即可操作性的回答，即一种与简单重新布置现有设备相容的回答，因而其不必然要求重新安装新的一整套二次除鳞设备。
因此，本发明的对象是一种在带材热轧过程中对行进的金属带特别是钢带的二次除鳞的方法，该方法通过借助具有被供给带压水的喷嘴的喷洒装置在带材表面喷射水进行，其特征在于，在不超过30巴(优选在10巴以下，但不会降到不足3巴左右)的低水压下供水给喷嘴；并且，为了保证喷射在待除鳞表面上的水的热效应与采用通常已知的高压二次除鳞方法得到的热效应(即使带材氧化表面的温度降低到600℃左右的带材冷却)在数量上近似，确定所述喷嘴的尺寸，以便这些喷嘴在带材上提供的单位面积水流量(débit d′eau surfacique)与采用所述高压方法输送的单位面积水流量近似。
单位面积水流量优选大于2500l/min/m2，并且有利地为7500l/min/m2。
本发明还涉及一种在带材热轧过程中对行进的金属带、特别是钢带进行二次除鳞的方法，该方法通过借助具有被供给带压水的喷嘴的喷洒装置在带材表面喷射水进行，其特征在于，在不超过30巴的低水压下供水给所述喷嘴；并且，为了保证喷射在待除鳞表面上的水的热效应与采用通常已知的高压二次除鳞方法得到的热效应在数量上近似，调节所述喷嘴，以便通过喷射水冷却带材表面所导致的从带材中提取的热流密度(HF)与采用已知的高压方法所实现的热流密度近似。
在这种情况下，对于900‑1100℃间的带材温度，从带材提取的热流密度(HF)在6.5‑20MW/m2之间。
有利的是，对于900‑1100℃间的带材温度，所述热流密度在10‑11MW/m2之间。
符合本发明的方法还可包括可单独或结合考虑的不同特征：
‑以低于10巴、但不降到3巴以下的水压供应喷嘴；
‑本发明的方法在钢带热轧机组的精轧机架的上游进行；
‑本发明的方法在钢带热轧机组的粗轧机架的上游进行。
最后，本发明还涉及行进的金属带尤其是钢带的二次除鳞设备，该设备包括配有向带材表面喷射水的喷嘴的喷洒装置，其特征在于，它包括给喷洒装置的所述喷嘴“低压”供水的装置。
正如毫无疑问可能已经了解的，本发明建立在以下发现的基础上，即：对于有利于二次除鳞作用，水射流对氧化壳冷却的热效应要远大于它们使带材表面的该氧化壳破碎的机械作用，或者换句话说，要远大于强射流对氧化壳冲击的“高压清洁”作用——如到此处人们所持有的观点。
为了说明本发明方法与传统高压方法之间的热效应的该相似性特征，或者将谈及单位面积水流量，当然该流量应当根据带材进入除鳞装置时的温度进行调节，或者将谈及从带材提取的热流密度，该热流密度同时包括带材温度的参数和单位面积水流量的参数。但是，无论采用其中的哪种方式来表达和确定本方法的特征，都涉及相同的基本考虑，即使用低压，同时保持使用高压射流所产生的热效应。
无论在精轧机架的上游还是粗轧机架的上游，事实上，二次除鳞的成功都在于直接并且几乎只与待消除的氧化物层的冷却的热效应相关，因此这与喷洒装置喷嘴的供水压力无关。换句话说，在热效率相等的情况下，使用或不使用高压射流除鳞所得到的二次除鳞质量将是相同的。
为了避免任何混淆，要强调的是：这里使用的表达“冷却热效应”和“热效应”是等同的。它们表达这样的事实：带材在氧化皮冲除箱中逗留的短暂时间中(大约刚刚1秒)，所涉及的是保证氧化物层的温度降低到约600℃，且无论在进入该箱子时其温度如何均如此。已知的是，通常在轧制机组上可测量到的潜在物理标量为所提取的热流密度。
因此，用“低压”(小于30巴)射流代替习惯的强射流(100巴及更高)足以保证氧化物壳的热收缩，热收缩将表现为该氧化物壳脱离，并通过射流的能量完成氧化物壳脱离，尽管射流能量不大，但这里足够使因而通过在表面流动的水的简单扫除和带动动作消除氧化鳞皮的工作变得很容易。
根据本发明，可利用“低压”射流实现这些级联效应，如已经说过的，只要低压射流保证在带材上氧化物层的冷却水平与利用“高压”射流的相同，实际上是只要简单地保持带材上的冷却水的单位面积流量就可达到该冷却水平。
因此，用“低压”供水代替习惯的“高压”供水就成为可立即工业应用的方案，以便因而获益于极大的经济优势，而不会影响除鳞质量。
【附图说明】
通过阅读下面参照随附图例的唯一图页给出的描述，可以更清楚地了解本发明，并且其它的方面和优点将更加清楚地体现出来，附图中：
‑图1是来自经验的被称为沸腾曲线的曲线线图，其表示根据带材表面温度，在精轧机入口之前利用不同喷射水压进行的二次除鳞的比较性热效应。该热效应在纵坐标上用提取的热流面积密度(HF)定量反映，该密度以单位MW/m2(金属带表面面积)表示；
‑图2示出在已去除氧化皮的钢带的表面温度范围(900℃‑1050℃)内以微米(ec)表示的氧化皮层残余厚度表示的该二次除鳞的效用，所述温度范围特别根据精轧机架中的入口温度选定。
【具体实施方式】
在图1中，参照曲线为曲线A。曲线A来自于传统的二次除鳞，传统的二次除鳞借助在130巴压力下被供给的喷嘴提供的强大水喷射流进行。另外两条曲线B和C每个均表示8巴的“低压”喷流流，其中之一(曲线B)由利用与“高压”射流曲线A相等的喷水单位面积流量、即7500l/min/m2进行的试验而获得，而另一曲线C是利用以显著较小的单位面积流量即1500l/min/m2进行的试验而获得的。
重要的是这里需要重新提到，根据本发明，成功的“低压”二次除鳞 的调整标准在于：在氧化层中保持热效应与传统利用“高压”射流(曲线A)实现的热效应相似。这应最终表现为：坯材在进入喷洒箱(例如对于碳钢一般为1100℃左右)与进入轧机的精轧机架(一般为1030℃左右)之间其温度下降20℃到100℃(根据要轧制的钢的牌号)。
由于带材在喷洒装置下面逗留的时间较短(大约1秒)，为了达到这一点，因此恰当的是在这些喷洒装置下面保证这样的冷却：该冷却使带材表面骤然下降到600℃左右，以便一方面使得氧化壳的冷却速度足够地高，以至所产生的氧化物‑金属的不同热收缩通过使所述氧化壳尽可能破碎而剥落该氧化壳，并且另一方面在此后从带材中心向表面的不可避免的传热使带材表面达到进入精轧机架所需要的温度。
对于图中三条曲线的参数选择，因此用带材表面的瞬时冷却的高速度(每秒好几百度)所表示的该热效应，已经用传统上通过测量所获得的物理标量表示，该物理标量即轧制过程中通过喷射水从产品中提取的热流密度(HF，即英文Heat Flux的缩写)，其是用单位MW/m2表示的量值。然而，该特征量特别适于确定除鳞设备的尺寸，因为它与每平方米带材的冷却水流量(单位面积水流量)相关，该流量本身是一个能很容易从确定除鳞运行中得到的参数：概括说来，一冷却水面积流量对应于一HF值。
因此，如可看到的，参照的“高压”除鳞(曲线A)的HF在整个洒水作业中(从1100℃到600℃的表面温度)保持恒定于10MW/m2周围。而在同样的温度范围上，按照本发明的“低压”除鳞的HF在代表曲线B的试验情况下保持在10‑18MW/m2之间，而相应地对于曲线C的情况则保持在6‑10MW/m2之间。
要指出的是，事实上，HF值利用每个除鳞设备的固有数据进行计算，这里只列举其中最重要的：冷却水的温度(这里对于所有试验其温度均为20℃)、喷嘴类型、这些喷嘴的水的输出压力、喷嘴头与要除鳞的带材表面之间的距离、以及在喷嘴出口的射流开度角。
可以观察到，曲线B和曲线C的总体走势相同：共同上升直到约450℃的带材表面温度；继之两者都具有最大值在550‑600℃间的隆起，但是这次其强度有差异。然后，这两条曲线之间几乎平行下降直到1100℃，这是试验带材进入氧化皮冲除箱的共同温度。
可以发现，确切地，正是在所述温度范围的该处(更广泛地1100℃‑900℃)，按本发明的方法的工业优势应该尤其明显，因为几乎所有钢带热轧机组都以带材进入精轧机架时带材温度介于900‑1100℃之间运行。
然而，确切地，正是在该温度范围内，可观察到高压参照曲线A与低压曲线B之间除鳞质量几乎相等同，当然这种等同关联于图中的HF值(10‑11MW/m2)的等同。相反，与此相比，显示明显较小的HF(略小于7MW/m2)的低压曲线C反映相对较差的除鳞质量。
实际上，如在工业试验工厂进行并记录在图2上的试验所表明的，无论是使用6巴的BP(低压)配置还是100巴的HP(高压)配置，正是在该温度范围内可观察到获得一厚度几乎不超过23μm的很薄的残余氧化皮层，因此反映出这两种选择的除鳞质量几乎相同。
需要明确指出的是，已经在ISF类型的低碳钢带上进行过这些试验，并且在每种情况下“喷嘴‑钢带”的距离都同样为160mm，每个喷嘴喷射的水流量都相同即110l/min，以及还有钢带行进速度都同样为60m/min，和喷射水的温度(20℃)也都相同。已经从通过观察已除鳞产品的显微截面测量带材表面的残余氧化皮厚度来评价了除鳞效果(纵坐标)。
更广泛的说，已经评价出，符合本发明的除鳞可以对介于6.5‑20MW/m2之间的从产品提取的热流密度进行，而参照单位面积水流量时，就是对于大于2500l/min/m2的流量进行该符合本发明的除鳞。
如上表达的热流密度在除鳞射流冲击区中在坡道下面测量。
这里又以数字支持前面已经强调过的事实，即当从“高压”除鳞转变到符合本发明的“低压”除鳞时，以相对于传统上实施方法加以保持的热效率(HF)工作的重要性。
实际上，与保持HF相比，需维持的低压水平的选择显得重要性较次，但这当然是只要不使压力降得太低，即最低3‑5巴左右。否则不再能达到需要的单位面积水流量，因此就不再能达到需要的HF水平(约为10MW/m2)，除非增加喷洒装置，但却会存在这样的危险性：不能再保证氧化物壳从支撑金属表面脱落所必需的热收缩作用。
相反，利用一可能大于30巴的“低压”进行工业化作业的经济优势 在该压力水平突然变得模糊，因为其必需的设备是今天已经用于“高压”的设备或类似于这样的高压使用的设备。
可以理解的是，本发明可以很容易地通过利用在低压下被供给的泵运行而予以实现，因此节约能源并降低维护成本，只要根据需要适配喷嘴构形以保证单位面积水流量等于在高压构型下所用的单位面积水流量。
实施本发明方法所使用的喷嘴布置成距带材的距离与已知的高压除鳞方法时所应用的距离相同。
将注意到与代替高压喷洒装置而使用低压喷洒装置来实施二次除鳞相关的其它附加优点，如：
‑可以低成本将低压力喷洒装置分段。喷洒装置的分段允许更合理地进行喷水，即只喷洒要除鳞的带材而不喷洒轧制机组的整个宽度，这样可以节约水，降低呈环状循环的水量，因此相应降低另外的能源成本；
‑可以使用“低压力”喷洒装置作为带材进入精轧机时的带材热调节启动器；
‑喷射水用的喷嘴的磨损较小；
‑整体降低设备(泵、阀、管线等)的维护成本。
当然本发明并不局限于上面描述的例子，而是应用于多种变型和等同方案。特别是，需提醒的是，本发明涉及任何形式的二次除鳞，即去除与环境空气接触的金属表面发生热氧化作用而预先形成的氧化皮。