2.5　不銹帶鋼的磨料水射流除鱗工藝［11］

2.5.1　磨料水射流除鱗機理

傳統的酸洗方法去除帶鋼表面的氧化皮，對環境、人員和設備具有巨大的危害。磨料水射流除鱗系統是近年來發展起來的一種新的除鱗方法。

（1）在純高壓水射流除鱗時，水在高壓的作用下以噴嘴高速噴射至帶鋼表面，由于高速噴射的水流具有一定的質量和動能，當其撞擊到不銹鋼帶表面上，從而方向發生改變時，將對不銹鋼帶產生一定的壓力，即打擊力，其大小直接影響到系統的除鱗效果。

（2）磨料水射流是磨料與高速流動的水互相混合而形成的液-固兩相介質射流。它的除鱗機理與純水射流的除鱗機理有很大的不同。磨料水射流是利用高流動的水的動能傳遞給磨料，從而使磨料對鋼帶靶物起碰撞、沖蝕和磨削作用。高速粒子流還對靶物產生高頻沖蝕，從而大大提高射流的品質和工作效率。要保證除鱗效果，需控制好系統壓力、流量、帶鋼移動速度、靶距及磨料濃度等影響除鱗效果的因素。

2.5.2　磨料水射流除鱗工藝

（1）實驗條件。

①磨料選擇。石榴石耐磨度強，熔點高，密度大，性能穩定，價格適中，粒度為80目。石榴石化學成分為Fe3Al2（SiO3）6，平均尺寸200μm，密度3.9～4.1g/cm3，硬度1300HV，抗壓強度180MPa。

②噴嘴。孔徑0.8mm的四孔紅寶石噴嘴。

③高壓泵。315kW臥式高壓柱塞泵。

④混合方式。磨料和水混合方式分為前、后兩種混合式。本實驗選擇后混合式，具有方便實現連續供砂，噴嘴和管路磨損小，設備使用壽命長等特點。

（2）實驗裝置及原理。

①實驗裝置。不銹鋼帶磨料水射流除鱗實驗系統包括：低壓供水部分、增壓裝置、高壓管路、供砂裝置、混合噴射裝置，以及不銹鋼帶輸送裝置等部分。

②實驗原理。見圖2-10不銹帶鋼磨料水射流實驗原理圖。除鱗時，水經過低壓管路進入高壓柱塞泵進行增壓，高壓水通過高壓管路與渣漿泵輸入的磨料在混合噴射裝置中混合，磨料在水射流能量加速的作用下通過噴嘴噴向移動的不銹帶鋼，通過磨料與不銹帶鋼表面的高速碰撞、沖蝕與磨削作用，去除帶鋼表面的鱗皮。

（3）實驗方法。

①在攪拌桶中加入水和石榴石，開啟攪拌電機，攪拌均勻，用濃度計測量攪拌桶中磨料的濃度（％）。

②測量并調整噴嘴到不銹帶鋼之間的距離［靶距（mm）］。

③啟動輥道電機，通過調節變頻器控制輥道速度，從而調節不銹帶鋼的移動速度（m/min）。

④啟動潤滑泵和高壓泵，調節變頻器，控制高壓泵的壓力（MPa）。

⑤開啟渣漿泵進行除鱗。

⑥不斷改變參數，重復以上實驗，以便找出最佳除鱗參數組合。

2.5.3　除鱗結果與分析

（1）除凈率C。為不銹帶鋼經過除鱗后除干凈區的面積與總除鱗面積的比值。

（2）系統壓力p。其他條件不變的條件下調節系統壓力，作出系統壓力p與除凈率之間的關系圖，見圖2-11。

由圖2-11可知，在其他參數一定時，不銹帶鋼除凈率隨壓力p的增大而大致呈線性增大，即壓力越大，除鱗效果越好。考慮到工作成本，在保證除鱗效果時，選擇壓力p=30MPa為宜。

（3）系統流量Q。在系統壓力足以克服鱗皮的破壞強度30MPa的前提下，系統流量與除凈率之間的關系曲線見圖2-12。由圖2-12可見，增加系統流量Q達到35m3/h時，可以提高除凈率，再增加流量Q，對提高除凈率的作用不是很大。

（4）不銹帶鋼移動速度v。不銹帶鋼移動速度與除凈率之間的關系曲線見圖2-13。

由圖2-13可見，不銹帶鋼的移動速度越小，射流對帶鋼的作用時間越長，除鱗效果越好。隨著速度的增加，除凈率逐漸降低；但不銹帶鋼的移動速度小時，除鱗效率低。在保證除鱗效果的基礎上，盡量提高除鱗效率，可取v=10m/min作為最佳移動速度。

（5）靶距S（mm）。噴嘴出口至不銹帶鋼之間的距離不是越小越好，雖然在小面積范圍內的除鱗效果很好，但除鱗寬度偏小，即除凈率偏低。靶距與除凈率之間的關系曲線見圖2-14。由圖2-14可見，最佳除凈率的靶距S=100mm。

（6）磨料體積分數L（％）。磨料體積分數與除凈率之間的關系曲線見圖2-15。

由圖2-15可見，磨料濃度越大，打擊力就越大，除鱗效果越好。當磨料濃度較小時，由于射流中磨料對不銹帶鋼表面的打擊不力，鱗片無法除凈；但磨料濃度太大，磨料的輸送速度會減慢，固液兩相流由層流變成紊流，在砂管中易引起堵塞，導致除鱗效果下降，故磨料濃度的最佳值應為磨料體積分數L=35％。

2.5.4　磨料水射流的最佳工藝參數

根據上述除鱗實驗，對實驗數據進行曲線擬合，定量分析系統參數與除凈率之間的關系，可以得出最佳工藝參數為：

系統壓力p=30MPa；

系統流量Q=35m3/h；

靶距S=100mm；

不銹鋼帶移動速度v=10m/min；

磨料體積分數L=35％。

基于最優參數條件下設計的系統，既可提高除鱗效果，也可節約成本。