在熱軋帶鋼過程中，除鱗系統相鄰噴嘴重疊區的存在很可能導致帶鋼表面某些區域的氧化鐵皮不能被清除，因此，在帶鋼酸洗后，其上表面會出現沿著軋制方向的帶狀條紋形缺陷，日本JFE認(ren)為殘鱗的(de)主要(yao)原因30%是由于除鱗不(bu)充分造(zao)成(cheng)的(de)。對帶(dai)鋼表面質量要(yao)求高的(de)客戶來說，這(zhe)些(xie)缺陷(xian)是可以(yi)檢測(ce)到的(de)。
在本(ben)文(wen)研(yan)究中，為了(le)檢(jian)查(cha)噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)角(jiao)(jiao)度對(dui)帶(dai)鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)的影響,嘗試(shi)用(yong)兩個(ge)相鄰(lin)除鱗(lin)噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)在鋁板上進行(xing)腐蝕試(shi)驗，結果證(zheng)明與(yu)帶(dai)鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)所成的噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)角(jiao)(jiao)度越接(jie)近(jin)垂(chui)直(zhi)，帶(dai)鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)質量則(ze)越好；另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)，如果噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)的噴(pen)(pen)(pen)(pen)射(she)角(jiao)(jiao)度與(yu)帶(dai)鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)接(jie)近(jin)垂(chui)直(zhi)時，除鱗(lin)水有可能反射(she)并且損壞(huai)噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)或噴(pen)(pen)(pen)(pen)頭。因此為了(le)找到(dao)最優(you)角(jiao)(jiao)度，繪(hui)制了(le)除鱗(lin)噴(pen)(pen)(pen)(pen)霧及周圍(wei)結構的三維模型，所開發的最優(you)噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)角(jiao)(jiao)度不僅增加了(le)30%的沖擊力，也不會損壞(huai)噴(pen)(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)或噴(pen)(pen)(pen)(pen)頭。
1、帶狀缺陷
由于(yu)除鱗不充(chong)分(fen)，部(bu)分(fen)殘鱗將沿軋制方(fang)向出現(xian)在帶鋼(gang)表面。對(dui)酸洗之前的帶鋼(gang)表面缺陷(xian)進行(xing)觀察和元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)(xi)，如圖(tu)1所示，條紋間(jian)隔在寬度方(fang)向上非(fei)常均勻(yun)，幾乎等于(yu)噴嘴距離(li)。而且元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)(xi)結(jie)果認為(wei)板帶表面上的鐵素(su)體為(wei)紅色，間(jian)隔部(bu)分(fen)呈黑(hei)色，中間(jian)部(bu)分(fen)是(shi)殘留(liu)的氧(yang)化(hua)鐵皮，厚度為(wei)10μm。
2、除鱗系統的結構
如圖2所(suo)示為除(chu)鱗系統的(de)(de)結(jie)構。影響(xiang)除(chu)鱗效率的(de)(de)設計參數(shu)有水流、噴(pen)嘴高度(du)(du)(du)(du)、噴(pen)嘴間距(ju)、噴(pen)射(she)角(jiao)度(du)(du)(du)(du)、帶(dai)鋼表面(mian)(mian)噴(pen)涂(tu)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)和(he)厚度(du)(du)(du)(du)、對(dui)帶(dai)鋼表面(mian)(mian)的(de)(de)噴(pen)嘴角(jiao)度(du)(du)(du)(du)、噴(pen)射(she)重(zhong)疊(die)區等。經過研(yan)究這些參數(shu)對(dui)除(chu)鱗效率的(de)(de)影響(xiang)并不是獨立(li)的(de)(de)，比(bi)如帶(dai)鋼表面(mian)(mian)噴(pen)射(she)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)和(he)厚度(du)(du)(du)(du)越(yue)小，除(chu)鱗效率越(yue)高，原因(yin)是當(dang)噴(pen)霧噴(pen)向不同厚度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)板(ban)(ban)帶(dai)時，噴(pen)嘴距(ju)離板(ban)(ban)帶(dai)表面(mian)(mian)的(de)(de)高度(du)(du)(du)(du)將(jiang)會(hui)(hui)(hui)改變，進(jin)而(er)(er)噴(pen)射(she)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)也會(hui)(hui)(hui)隨(sui)之變化(hua)。因(yin)此對(dui)于(yu)厚板(ban)(ban)帶(dai)，當(dang)噴(pen)射(she)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)越(yue)小時，從板(ban)(ban)帶(dai)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)方(fang)向分析，噴(pen)霧不能(neng)完(wan)全覆(fu)蓋板(ban)(ban)帶(dai)表面(mian)(mian)。為了解決這個(ge)問題，一(yi)般(ban)是將(jiang)噴(pen)霧向軸頭方(fang)向扭轉一(yi)個(ge)角(jiao)度(du)(du)(du)(du)，這樣在寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)方(fang)向上就會(hui)(hui)(hui)形成一(yi)個(ge)重(zhong)疊(die)區。因(yin)此，即使(shi)噴(pen)射(she)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)會(hui)(hui)(hui)隨(sui)著板(ban)(ban)帶(dai)厚度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)不同而(er)(er)變化(hua)，噴(pen)霧也能(neng)完(wan)全覆(fu)蓋板(ban)(ban)帶(dai)寬(kuan)面(mian)(mian)。
3、重疊區沖擊壓力減小的機理
相(xiang)鄰噴霧(wu)的相(xiang)互干擾導(dao)致重疊(die)區的除(chu)鱗效率降低，沖擊壓力減(jian)小導(dao)致帶狀缺陷形成(cheng)。為了(le)驗(yan)證這個假設(she)，進(jin)行了(le)兩相(xiang)鄰噴嘴(zui)噴鋁板腐(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)，如圖3所示，噴霧(wu)A的邊緣(yuan)部分未被腐(fu)(fu)蝕(shi)，即對應重疊(die)區域；在未腐(fu)(fu)蝕(shi)區域，噴霧(wu)B也不能完全(quan)覆蓋(gai)板寬(kuan)。這是因為由于除(chu)鱗的不充分，這部分的鱗未被清(qing)除(chu)進(jin)而導(dao)致軋后成(cheng)為帶狀缺陷。
研究了重疊區沖(chong)(chong)擊壓(ya)力減小的(de)機(ji)理，沿研究橫截面，由于反(fan)沖(chong)(chong)噴(pen)(pen)(pen)霧的(de)干擾，表面除銹后(hou)的(de)水流向上反(fan)沖(chong)(chong)引(yin)起沖(chong)(chong)擊壓(ya)力的(de)減小。換句話(hua)說，由于除鱗(lin)(lin)后(hou)的(de)噴(pen)(pen)(pen)霧B有一(yi)部分反(fan)沖(chong)(chong)到(dao)除鱗(lin)(lin)前(qian)的(de)噴(pen)(pen)(pen)霧A中，使這部分位(wei)于重疊區上的(de)噴(pen)(pen)(pen)霧的(de)動能減小。
4、優化噴嘴角度
基于以(yi)上機理，通過減小除鱗后(hou)水流(liu)的(de)反向(xiang)(xiang)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)，進而保證(zheng)重疊(die)區的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)壓力是非常重要的(de)，因此(ci)進行了(le)與帶鋼表(biao)(biao)面(mian)形(xing)成的(de)噴(pen)(pen)嘴(zui)角(jiao)度（噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)）研究(jiu)。結果(guo)表(biao)(biao)明當噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)垂直時(shi)(shi)，除鱗后(hou)將(jiang)有50%的(de)水流(liu)反向(xiang)(xiang)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)，其余(yu)50%的(de)水流(liu)向(xiang)(xiang)下(xia)沖(chong)(chong)走；當噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)越大時(shi)(shi)，向(xiang)(xiang)下(xia)的(de)水流(liu)增(zeng)(zeng)大，同(tong)時(shi)(shi)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)壓力可(ke)能下(xia)降。反之(zhi)如(ru)果(guo)噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)越小至(zhi)接近垂直，則向(xiang)(xiang)上的(de)水流(liu)增(zeng)(zeng)大，沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)壓力升高，而且反彈到噴(pen)(pen)嘴(zui)或軸頭(tou)的(de)噴(pen)(pen)霧(wu)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)將(jiang)會增(zeng)(zeng)多，也就是說，在(zai)保證(zheng)重疊(die)區的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)壓力與保護周(zhou)圍(wei)設備兩者之(zhi)間存在(zai)一種平衡關系。在(zai)本文研究(jiu)中，進行了(le)噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)和重疊(die)區除鱗效率的(de)試驗(yan)，而且用三維模(mo)型(xing)模(mo)擬預測噴(pen)(pen)霧(wu)反彈的(de)方向(xiang)(xiang)趨勢，可(ke)根據(ju)模(mo)擬結果(guo)嘗試優化噴(pen)(pen)嘴(zui)導(dao)程(cheng)角(jiao)來保證(zheng)重疊(die)區的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)壓力。
用兩(liang)組噴(pen)霧進(jin)行(xing)了鋁板腐蝕試(shi)(shi)驗(yan)，進(jin)而可以調查噴(pen)嘴導程角對重疊區(qu)沖擊壓(ya)力減小的影響。試(shi)(shi)驗(yan)裝(zhuang)備如圖4所示，測試(shi)(shi)板安裝(zhuang)在卡盤上(shang)，軸(zhou)頭(tou)上(shang)安裝(zhuang)兩(liang)個(ge)噴(pen)嘴，且保證噴(pen)嘴位于平板正上(shang)方。表1是試(shi)(shi)驗(yan)條件，噴(pen)嘴導程角的變(bian)化范圍是0°-15°，高壓(ya)水從(cong)軸(zhou)頭(tou)邊部(bu)開始流(liu)入(ru)，然后(hou)侵(qin)蝕測試(shi)(shi)板。
當(dang)噴嘴導程角為(wei)15°時，用(yong)表面測量儀掃描測試(shi)板寬(kuan)度方向上的(de)表面輪(lun)廓，且在軋(ya)制方向上每隔1mm進(jin)行重復測量。標出在軋(ya)制方向上表面輪(lun)廓最深(shen)的(de)點。發現(xian)普(pu)通區域即未(wei)重疊(die)區的(de)腐(fu)蝕(shi)深(shen)度大(da)約(yue)為(wei)0.45mm，而重疊(die)區的(de)腐(fu)蝕(shi)深(shen)度大(da)約(yue)為(wei)0.1mm，因此(ci)重疊(die)區的(de)腐(fu)蝕(shi)速率，也就是除鱗效率約(yue)為(wei)重疊(die)區的(de)22%。
研(yan)究了噴(pen)嘴導程角(jiao)對(dui)腐蝕速率(lv)的(de)影響。如圖5所示(shi)，隨(sui)著(zhu)噴(pen)嘴導程角(jiao)的(de)增大(da)(da)，未重(zhong)疊(die)區的(de)腐蝕速率(lv)變化不大(da)(da)，但是重(zhong)疊(die)區的(de)腐蝕速率(lv)則逐漸(jian)減小(xiao)，即(ji)噴(pen)嘴導程角(jiao)越小(xiao)，重(zhong)疊(die)區的(de)除鱗效率(lv)越接近(jin)于未重(zhong)疊(die)區的(de)除鱗效率(lv)。還(huan)發現(xian)隨(sui)噴(pen)嘴導程角(jiao)的(de)增大(da)(da)，腐蝕速率(lv)的(de)對(dui)數呈線性規(gui)律減小(xiao)，因(yin)此這(zhe)個結果也證實了上(shang)述重(zhong)疊(die)區沖擊壓力(li)減小(xiao)的(de)假設。
5、反彈噴霧的仿真模擬
繪出噴霧(wu)和(he)其周圍(wei)(wei)設(she)備的(de)三維模(mo)型(xing)，然后模(mo)擬除(chu)鱗噴霧(wu)及反彈噴霧(wu)從周圍(wei)(wei)設(she)備噴出的(de)情況。當處于(yu)以下條(tiao)件時，本(ben)文分析了噴霧(wu)與周圍(wei)(wei)設(she)備的(de)幾何關(guan)系：
◆噴霧的入(ru)射角(jiao)等于反射角(jiao)時(shi)，且噴霧會沖擊周(zhou)圍設備(bei)；
◆除鱗噴(pen)霧(wu)只能反彈(dan)兩次；
◆如果一(yi)束噴霧與另一(yi)束噴霧相遇(yu)時，它們一(yi)起消失。
模(mo)擬結果（未采用實例(li)）表明，從上(shang)軸頭(tou)噴(pen)(pen)嘴(zui)噴(pen)(pen)出(chu)的(de)噴(pen)(pen)霧(wu)與下噴(pen)(pen)嘴(zui)噴(pen)(pen)出(chu)的(de)噴(pen)(pen)霧(wu)相遇時，90%的(de)上(shang)噴(pen)(pen)嘴(zui)噴(pen)(pen)出(chu)的(de)噴(pen)(pen)霧(wu)會消失(shi)。對于(yu)其他10%的(de)噴(pen)(pen)霧(wu)，3%將會從下邊(bian)設備反(fan)(fan)彈到(dao)上(shang)面的(de)噴(pen)(pen)嘴(zui)上(shang)，1%從下邊(bian)設備上(shang)反(fan)(fan)彈到(dao)下面軸頭(tou)，剩余的(de)6%沖擊到(dao)周圍設備上(shang)，損壞時這(zhe)些設備也(ye)可替(ti)換為另一組。在這(zhe)種情(qing)況(kuang)下，由(you)于(yu)噴(pen)(pen)霧(wu)會沖擊重要(yao)的(de)設備如噴(pen)(pen)嘴(zui)和(he)軸頭(tou)，因此這(zhe)種噴(pen)(pen)嘴(zui)導程角(jiao)不(bu)能被采用。
基于(yu)觀察周圍(wei)設(she)備的(de)損(sun)壞(huai)情況考(kao)慮是否可以(yi)接受傳統的(de)設(she)計，需要(yao)優化噴嘴布局設(she)計，進而實現低于(yu)傳統的(de)損(sun)傷程度的(de)目標(biao)，而且(qie)考(kao)慮到要(yao)保護重要(yao)的(de)設(she)備，研(yan)究人(ren)員開發了最優的(de)噴嘴導程角。
6、優化噴嘴導程角的效果
圖6示出了優(you)化噴嘴(zui)導程角的(de)效果，與傳統噴嘴(zui)導程角的(de)設(she)計相(xiang)比，優(you)化后在重(zhong)疊(die)區的(de)沖擊壓力增加了30%。
7、結論
本研(yan)究用(yong)兩相鄰除鱗噴嘴(zui)進行了鋁板腐(fu)蝕試驗，得出結論如(ru)下：
由于(yu)除鱗后(hou)噴霧反(fan)彈形(xing)成(cheng)的水(shui)流(liu)會(hui)影(ying)響其(qi)相鄰噴霧，因(yin)此重(zhong)疊區(qu)的除鱗效率降低。
隨著噴嘴導程角的(de)增大，腐蝕速率的(de)對數呈線性下降規律(lv)。
本研究(jiu)用三維模型模擬了噴霧反彈方向的(de)趨勢，得出結論如下：與(yu)傳統(tong)噴嘴(zui)導程(cheng)角(jiao)的(de)設計相(xiang)比，優化后在重疊區的(de)沖(chong)擊壓力增加了30%。