專利名稱：熱軋高壓流體除銹方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種除銹方法及裝置，特別是一種熱軋高壓流體除銹方法及裝置，其可應用于鋼帶、鋼板、型鋼、條鋼、線材等的熱軋工藝。
背景技術：
一般已公知的熱軋鋼坯的表面銹皮必須于軋延之前予以清除，以避免銹皮被軋入，造成產品(如鋼帶、鋼板等)表面瑕疵，因此高壓流體除銹裝置通常裝設于軋機之前。圖Ia顯示已公知的高壓流體除銹裝置噴嘴噴幕于鋼坯表面所形成的沖擊區域模擬示意圖；圖Ib顯示已公知的高壓流體除銹裝置的除銹噴嘴排列示意圖；圖Ic顯示已公知的高壓流體除銹裝置的側視圖。其中，圖Ia中的B為噴嘴11的噴寬，E為相鄰噴嘴11的 噴嘴間距，O為相鄰沖擊區域的重迭區域寬度，Y為轉位角，圖Ib中的α為噴嘴11的噴射角度，圖Ic中的β為噴嘴11的中心線111與鋼坯10表面法線N的夾角(前傾角)。結合參考圖Ia至圖lc，在已公知的高壓流體除銹裝置中，前傾角β主要目的在于使得高壓流體及剝離后的銹皮往上游方向(相反于鋼坯傳輸方向)傳送，避免銹皮被帶往下游的軋延區域，造成軋入銹皮而產生產品(如鋼帶、鋼板等)表面瑕疵，也就是說，一般已公知的除銹為逆向除銹(高壓流體噴射方向與鋼坯傳輸方向相反)，而前傾角β —般約為15度。圖2顯示已公知的相鄰噴嘴噴幕于重迭區域的剖面(圖Ib的A-A剖面)示意圖；圖3顯示已公知的噴嘴噴幕反彈流體方向的示意圖，其中，X為反彈流體的輻射角度；圖4顯示以鋁板作為試噴板的沖蝕實驗二相鄰沖擊區域的示意圖，其中，G為沖蝕的空白區寬度，W為沖蝕的弱化區寬度。結合參考圖Ia至圖3，在已公知的高壓流體除銹裝置噴嘴11的排列設計旨在將相鄰噴嘴11所噴出的噴幕12、13通過轉位角Y予以錯開，以避免噴幕12、13互相干涉，而影響除銹的均一性。在設計上所欲達到的目標，是希望相鄰噴嘴11所噴出的噴幕12、13于鋼坯10表面所形成的沖擊區域14及15產生前后部分重迭，以期能在鋼坯除銹過程中完整及均勻掃除鋼坯10表面的銹皮；但經多次以鋁板作為試噴板的沖蝕測試，其測試結果與設計的預設目標的沖擊區域14及15排列差異極大，其中在實際沖蝕測試中(如圖4所示)，相鄰噴嘴11的沖擊區域14及15并無重迭，相鄰沖擊區域14及15之間存在空白區(G)，在該空白區(G)內并無沖蝕現象。造成此空白區(G)的主要原因在于，重迭區域后方的噴幕13的反彈流體16沖擊到前方噴幕12而產生干涉(參考圖2)，使得噴幕12于重迭區域的部分噴幕無法沖擊于試噴鋁板表面，因而噴幕12于重迭區域附近沖擊于試噴鋁板表面的沖擊力因而大為降低；另一主要原因為，由于噴幕12、13有一定的厚度，因此后層的反彈流體16則往壓力較弱的兩側延展，因而反彈流體16為向外輻射(參考圖3)。在空白區(G)中，試噴鋁板表面僅有些微亮痕，并無沖蝕的粗糙表面；在弱化區(W)中，試噴鋁板表面有沖蝕現象的粗糙表面，但其沖蝕痕的寬度與深度，已變窄且變淺，也就是說表示相應空白區(G)與弱化區(W)的沖擊強度或除銹能力已因干涉而弱化。該空白區(G)及弱化區(W)的存在，顯示出已公知的高壓流體除銹噴嘴11幾何位置的設計存在除銹能力不均勻的問題，其為造成軋入銹皮的主要原因，然而，在已公知的技術中，此種問題常易被認為系因噴嘴11的排列設計或/及除銹裝置制造安裝不當，使得沖擊區域14及15未重迭或重迭不足所造成。因此，有必要提供一種創新且具進步性的熱軋高壓流體除銹方法及裝置，以改善或減少相鄰噴嘴噴幕于重迭區域由反彈水所引起的干涉影響。
發明內容
本發明提供一種熱軋高壓流體除銹方法及裝置，該裝置包括至少一個除銹單元，該至少一個除銹單元包括主噴管及多個噴嘴，該主噴管的長度方向相交于鋼坯的鋼坯傳輸方向，用以提供流體。所述噴嘴布設于該主噴管，每一噴嘴朝向該鋼還傳輸方向的相反方向，每一噴嘴噴射該流體至該鋼坯的表面以清潔該鋼坯表面的銹皮。由所述噴嘴噴射出的 流體于該鋼坯的表面形成多個沖擊區域，相鄰沖擊區域實質上相互平行且前后交錯位于該鋼坯的表面，且相鄰沖擊區域的長度方向中心線間隔沖擊區域間距，其中該長度方向中心線實質上垂直于該鋼還傳輸方向。由此，本發明的熱軋高壓流體除銹方法及裝置可減少相鄰噴嘴噴幕因反彈流體所產生的干涉影響，故可提升除銹質量、減少產品表面銹皮缺陷而提升產品表面質量。在應用上，本發明的熱軋高壓流體除銹方法及裝置可應用于鋼帶、鋼板、型鋼、條鋼、線材等的熱軋工藝。
圖Ia顯示已公知的高壓流體除銹裝置噴嘴噴幕于鋼坯表面所形成的沖擊區域模擬不意 圖Ib顯示已公知的高壓流體除銹裝置的除銹噴嘴排列示意 圖Ic顯示已公知的高壓流體除銹裝置的側視 圖2顯示已公知的相鄰噴嘴噴幕于重迭區域剖面(圖Ib的A-A剖面)的示意 圖3顯示已公知的噴嘴噴幕反彈流體方向的示意 圖4顯示以鋁板作為試噴板的沖蝕實驗中已公知的二相鄰沖擊區域的示意 圖5a顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置噴嘴噴幕于鋼坯表面所形成的沖擊區域模擬示意 圖5b顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置的除銹噴嘴排列示意 圖5c顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置的側視 圖6至8顯示本發明第一實施例的三種不同噴嘴設置方式的示意 圖9及10顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置具有延伸部的示意 圖11顯示本發明熱軋高壓流體除銹裝置的第二實施例的示意 圖12顯示已公知的噴嘴排列設計以鋁板作為試噴板的實驗中，其相鄰噴嘴噴幕于鋁板表面所形成的沖蝕痕模擬示意圖；及
圖13至14顯示本發明相鄰噴嘴噴幕于鋁板表面所形成的沖蝕痕模擬示意圖。
主要組件符號說明
2本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置
3鋼還
5延伸部
6本發明第二實施例的熱軋高壓流體除銹裝置
10鋼還
11噴嘴12,13 噴幕 14、15沖擊區域
16反彈流體
20除銹單元
21主噴管
111已公知的噴嘴的中心線
211主噴管的長度方向中心線
212主噴管的徑向中心線
22噴嘴
221第一噴嘴
222第二噴嘴
223第一噴嘴中心線
224第二噴嘴中心線
23第一噴嘴噴幕
24第二噴嘴噴幕
31第一沖擊區域
32第二沖擊區域B噴嘴的噴寬
D相鄰沖擊區域間距
D’相鄰噴嘴中心線前后錯開的間距
E相鄰噴嘴于主噴管長度方向上的噴嘴間距
G空白區寬度
H相鄰噴嘴的中心線相交處距該鋼坯的距離
N垂直于鋼坯表面的法線
0相鄰沖擊區域的重迭區域寬度
t沖擊區域的厚度
W弱化區寬度
X反彈流體的輻射角度
a噴嘴的噴射角度
^前傾角(噴嘴中心線與鋼坯表面法線的夾角)
^!第一前傾角
^2第二前傾角Y轉位角。
具體實施例方式圖5a顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置噴嘴噴幕于鋼坯表面所形成的沖擊區域模擬示意圖；圖5b顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置的除銹噴嘴排列示意圖；圖5c顯示本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置的側視圖。結合參考圖5a至5c，本發明第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置2包括至少一個除銹單元20，該至少一個除銹單元20包括主噴管21及多個噴嘴22。該主噴管21的長度方向相交于鋼坯3的鋼坯傳輸方向，用以提供流體。在本實施例中，該主噴管21的長度方向垂直于該鋼還傳輸方向。該鋼還3包括扁塊還(slab)、型鋼還(beam blank)、方塊還(bloom)等。
所述噴嘴22布設于該主噴管21,每一噴嘴22朝向該鋼還傳輸方向的相反方向(也就是說，高壓流體的除銹噴射方向與該鋼坯傳輸方向相反)。在本實施例中，所述噴嘴22包括多個第一噴嘴221及多個第二噴嘴222。為清楚表示相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222的設置關系，在圖5c中未示出相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222重迭的部分。所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222噴射該流體至該鋼坯3的表面形成多個第一沖擊區域31及多個第二沖擊區域32，所述第一沖擊區域31與所述第二沖擊區域32實質上相互平行且前后交錯位于該鋼坯3的表面。相對于該鋼坯傳輸方向相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32部分重迭，相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32的長度方向中心線間隔沖擊區域間距D，該長度方向中心線實質上垂直于該鋼坯傳輸方向。在本實施例中，所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222沿該主噴管21的長度方向間隔且前后交錯設置，也就是說，所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222噴射該流體形成前后交錯的第一噴嘴噴幕23及第二噴嘴噴幕24，所述第一噴嘴噴幕23及所述第二噴嘴噴幕24于該鋼坯3的表面分別形成所述第一沖擊區域31與所述第二沖擊區域32 (結合參考圖5a及圖5b)。所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222的設置方式可為，相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224相互平行，且對稱于該主噴管21的徑向中心線212(如圖5c所示)。或者，相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224相互平行，且不對稱于該主噴管21的徑向中心線212(如圖6所示，其中第二噴嘴222的中心線224與該主噴管21的長度方向中心線211相交)。在相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224相互平行的設置方式中，相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32間的沖擊區域間距D與相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222前后錯開的間距D’(相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224前后錯開的距離)及與第一噴嘴221及第二噴嘴222的前傾角P的關系為D’ =DcosP，該前傾角P為所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222的中心線與垂直于該鋼坯3的表面的法線N的夾角。或者，所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222的設置方式可為，相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224不相平行。其中，相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224可相交于該主噴管21的長度方向中心線211 (例如圖7所示)或不與該主噴管21的長度方向中心線211相交(例如圖8所示)。在相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224不相平行的設置方式中，相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32的沖擊區域間距D與相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222的第一前傾角P1和第二前傾角P2，及與相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224相交處距該鋼坯3的距離H的關系為D=H (SinP1-Sir^2X該第一前傾角0 !及該第二前傾角P 2分別為相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224與垂直于該鋼坯3的表面的法線N的夾角。另外，結合參考圖9及圖10，本發明的熱軋高壓流體除銹裝置2可另包括多個延伸部5,該延伸部5為柱狀(如方柱、圓柱),每一延伸部5設置于除銹單兀20的至少一個噴嘴22與該主噴管21之間，每一延伸部5連通該至少一個噴嘴22與該主噴管21 ;或者，本發明的熱軋高壓流體除銹裝置2可僅另包括延伸部5,該延伸部5為塊狀,該延伸部5設置于所述噴嘴22與該主噴管21之間，該延伸部5連通所有噴嘴22與該主噴管21。在具有延伸部5的熱軋高壓流體除銹裝置2中，相鄰第一噴嘴221的中心線223及第二噴嘴222的中心線224可相互平行(例如圖9所示)或不相平行(例如圖10所示)。其中，該至少一個噴嘴22相對于延伸部5的設置方式，較適用于相鄰噴嘴22之間具有較大的間隔距離時；所有噴嘴22相對于延伸部5的設置方式，較適用于相鄰噴嘴22之間具有較小的間隔距離時。參考圖11，其顯示本發明熱軋高壓流體除銹裝置的第二實施例的示意圖。在本實施例中，該第二實施例的熱軋高壓流體除銹裝置6包括如圖5c所示的二除銹單元20，其中二除銹單元20的噴嘴22中心線位置優選交錯1/2個噴嘴22的間距E。其中，與第一實施例的熱軋高壓流體除銹裝置2相同的元件以相同元件符號表示，且在此不再加以敘述。可理解的是，二除銹單元20也可以是如圖6至10所示的任一種除銹單元20。
圖12顯示已公知的噴嘴排列設計以鋁板作為試噴板的實驗中，其相鄰噴嘴噴幕于鋁板表面所形成的沖蝕痕模擬示意圖。所述相鄰沖擊區域14及15的幾何關系可表示如下
D = E Siiiy(I)
G = ^^sm(X+r)(2)
cosX
G =..........^...........sin(X + y)(3)
cosX
X為反彈流體的輻射角度；D為相鄰沖擊區域14及15間的沖擊區域間距；E為形成所述相鄰沖擊區域14及15的相鄰噴嘴于主噴管長度方向上的噴嘴間距；G為鋁板表面上的相鄰沖擊區域14及15間的空白區寬度(無沖蝕現象的區域)；Y為轉位角，其為沖擊區域14及15的長度方向與垂直于模擬的鋼還傳輸方向的設定方向的夾角；0為相對于模擬的鋼坯傳輸方向相鄰沖擊區域14及15的重迭區域寬度。由式(2)可知噴嘴間距E愈大則空白區(G)也愈較寬，因此縮減噴嘴間距E，可縮減空白區寬度G。由式(2)也可知轉位角Y愈大，空白區(G)亦較寬，因此減小轉位角Y，也可縮減空白區寬度G。
圖13至14顯示本發明相鄰噴嘴噴幕于鋁板表面所形成的沖蝕痕模擬示意圖。結合參考圖5a至5c及圖13至14，本發明的除銹裝置2所述噴嘴22的排列設計，使得所述第一噴嘴221及所述第二噴嘴222于鋼坯3表面形成前后交錯的第一沖擊區域31及第二沖擊區域32，相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32相互平行，也就是說，轉位角Y趨近于零，而一般已公知的設計中，噴嘴的轉位角U)為15°，本發明相較于已公知的設計，在相同沖擊區域間距D下，本發明的熱軋高壓流體除銹裝置均可有效降低空白區寬度以提升除銹質量。當轉位角Y趨近于零(Y 0)，由式(3)可得 G- D tanX(4)
此時，空白區寬度G取決于相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32的沖擊區域間距D及反彈流體的輻射角度X。參考式(4)，當D t (如圖10所示)，
G = t tanX(5)
此時，理論上空白區寬度G為最小，但由于噴嘴22的制作誤差及除銹單元20整體的焊接、制作、組裝的累計誤差，使沖擊區域間距D有可能小于t，而使得相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222的第一噴嘴噴幕23及第二噴嘴噴幕24相互干涉，反而擴大空白區寬度G，由此本發明中，相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32間的沖擊區域間距D與第一沖擊區域31及第二沖擊區域32的厚度t，以及與相鄰第一噴嘴221及第二噴嘴222于該主噴管21的長度方向上的噴嘴間距E的關系，優選為t < D蘭E sinl5°。表一為本發明與已公知的除銹裝置的沖蝕實驗比較，已公知的高壓流體除銹裝置以鋁板作為試噴板的沖蝕實驗中，在轉位角Y為15°及形成的相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距D約為9t的條件下，其所產生的空白區寬度G約為15 mm;在轉位角、為10°及形成的相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距D約為6t的條件下，其所產生的空白區寬度G約為12 mm。而本發明除銹裝置2以鋁板作為試噴板的沖蝕實驗中，在轉位角Y趨近于零(Y 0°)及形成的相鄰第一沖擊區域31及第二沖擊區域32間的沖擊區域間距D分別約為6t及2. 5t的條件下，其所產生的空白區寬度G分別約為5. 5 mm及3. 5 mm，本發明除銹裝置2相較于已公知的除銹裝置，可明顯縮減空白區寬度G (參考表一)。因此，本發明的除銹裝置2所述噴嘴22的排列設計可有效改善相鄰噴嘴噴幕相互干涉的問題。表一本發明與已公知的除銹裝置的沖蝕實驗比較
權利要求
1.一種熱軋高壓流體除銹裝置，包括至少一個除銹單元，該至少一個除銹單元包括 主噴管，其長度方向相交于鋼還的鋼還傳輸方向，用以提供流體； 多個噴嘴，布設于該主噴管，每一噴嘴朝向該鋼還傳輸方向的相反方向，每一噴嘴噴射該流體至該鋼坯的表面形成沖擊區域，相鄰沖擊區域實質上相互平行且前后交錯位于該鋼坯的表面，相鄰沖擊區域的長度方向中心線間隔沖擊區域間距，該長度方向中心線實質上垂直于該鋼還傳輸方向。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中所述噴嘴沿該主噴管的長度方向間隔且前后交錯設置。
3.根據權利要求I所述的裝置，其中相鄰噴嘴的中心線相互平行。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中相鄰噴嘴的中心線對稱或不對稱于該主噴管的徑向中心線。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距(D)與相鄰噴嘴中心線前后錯開的間距(D’)及噴嘴的前傾角(β)的關系為D’=D cosi3，該前傾角β為噴嘴的中心線與垂直于該鋼坯的表面的法線的夾角。
6.根據權利要求I所述的裝置，其中相鄰噴嘴的中心線不相平行。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距(D)，與相鄰噴嘴的前傾角(β P和(β 2)以及相鄰噴嘴的中心線相交處距該鋼坯的距離(H)的關系為D=H(sin β「sin β 2)，所述前傾角(β J及(β 2)分別為相鄰噴嘴的中心線與垂直于該鋼坯的表面的法線的夾角。
8.根據權利要求5或7所述的裝置，其中相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距(D)與沖擊區域的厚度(t)及相鄰噴嘴于該主噴管的長度方向上的噴嘴間距(E)的關系為t < D = Esinl5°。
9.根據權利要求I所述的裝置，還包括延伸部，該延伸部設置于所述噴嘴與該主噴管之間。
10.根據權利要求I所述的裝置，還包括多個延伸部，每一延伸部設置于至少一個噴嘴與該主噴管之間。
11.根據權利要求I所述的裝置，所述裝置包括二除銹單元，其中二除銹單元的噴嘴中心線位置交錯1/2個噴嘴間距，該噴嘴間距為每一除銹單元中相鄰噴嘴于該主噴管的長度方向上的間距。
12.—種熱軋高壓流體除銹方法，利用來自至少一個除銹單元的主噴管中的流體經多個噴嘴，朝向鋼坯傳輸方向的相反方向噴射至鋼坯的表面，以清潔該鋼坯表面的銹皮，由所述噴嘴噴射出的流體于該鋼坯的表面形成多個沖擊區域，其中相鄰沖擊區域實質上相互平行且前后交錯位于該鋼坯的表面，相鄰沖擊區域的長度方向中心線間隔沖擊區域間距，該長度方向中心線實質上垂直于該鋼還傳輸方向。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該流體經所述噴嘴以5° 45°的前傾角噴射至該鋼還的表面。
14.根據權利要求12所述的方法，其中相鄰沖擊區域間的沖擊區域間距(D)與沖擊區域的厚度(t)及相鄰噴嘴于該主噴管的長度方向上的噴嘴間距(E)的關系為t < D = Esinl5°。
15.根據權利要求12所述的方法，其中來自二除銹單元的主噴管中的流體經各除銹單元的多個噴嘴噴射至該鋼坯的表面，其中二除銹單元的噴嘴中心線位置交錯1/2個噴嘴間距，該噴嘴間距系為每一除銹單元中相鄰噴嘴于該主噴管的長度方向上的間距。
全文摘要
本發明涉及一種熱軋高壓流體除銹方法及裝置，該裝置包括至少一個除銹單元，該除銹單元的主噴管的長度方向相交于鋼坯的鋼坯傳輸方向，用以提供流體，該除銹單元的多個噴嘴布設于該主噴管，每一噴嘴朝向該鋼坯傳輸方向的相反方向且噴射該流體至該鋼坯的表面形成沖擊區域，相鄰沖擊區域實質上相互平行且前后交錯位于該鋼坯的表面，相鄰沖擊區域的長度方向中心線間隔沖擊區域間距，該長度方向中心線實質上垂直于該鋼坯傳輸方向。由此，可減少相鄰噴嘴噴幕因反彈流體所產生的干涉影響，故可提升除銹質量、減少產品表面銹皮缺陷而提升產品表面質量。
文檔編號B21B45/08GK102728634SQ20111008639
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者石俊超, 茹仲屏, 董坤成, 鄭碧昆, 黃朝琪 申請人:中國鋼鐵股份有限公司