2.5　不锈带钢的磨料水射流除鳞工艺［11］

2.5.1　磨料水射流除鳞机理

传统的酸洗方法去除带钢表面的氧化皮，对环境、人员和设备具有巨大的危害。磨料水射流除鳞系统是近年来发展起来的一种新的除鳞方法。

（1）在纯高压水射流除鳞时，水在高压的作用下以喷嘴高速喷射至带钢表面，由于高速喷射的水流具有一定的质量和动能，当其撞击到不锈钢带表面上，从而方向发生改变时，将对不锈钢带产生一定的压力，即打击力，其大小直接影响到系统的除鳞效果。

（2）磨料水射流是磨料与高速流动的水互相混合而形成的液-固两相介质射流。它的除鳞机理与纯水射流的除鳞机理有很大的不同。磨料水射流是利用高流动的水的动能传递给磨料，从而使磨料对钢带靶物起碰撞、冲蚀和磨削作用。高速粒子流还对靶物产生高频冲蚀，从而大大提高射流的品质和工作效率。要保证除鳞效果，需控制好系统压力、流量、带钢移动速度、靶距及磨料浓度等影响除鳞效果的因素。

2.5.2　磨料水射流除鳞工艺

（1）实验条件。

①磨料选择。石榴石耐磨度强，熔点高，密度大，性能稳定，价格适中，粒度为80目。石榴石化学成分为Fe3Al2（SiO3）6，平均尺寸200μm，密度3.9～4.1g/cm3，硬度1300HV，抗压强度180MPa。

②喷嘴。孔径0.8mm的四孔红宝石喷嘴。

③高压泵。315kW卧式高压柱塞泵。

④混合方式。磨料和水混合方式分为前、后两种混合式。本实验选择后混合式，具有方便实现连续供砂，喷嘴和管路磨损小，设备使用寿命长等特点。

（2）实验装置及原理。

①实验装置。不锈钢带磨料水射流除鳞实验系统包括：低压供水部分、增压装置、高压管路、供砂装置、混合喷射装置，以及不锈钢带输送装置等部分。

②实验原理。见图2-10不锈带钢磨料水射流实验原理图。除鳞时，水经过低压管路进入高压柱塞泵进行增压，高压水通过高压管路与渣浆泵输入的磨料在混合喷射装置中混合，磨料在水射流能量加速的作用下通过喷嘴喷向移动的不锈带钢，通过磨料与不锈带钢表面的高速碰撞、冲蚀与磨削作用，去除带钢表面的鳞皮。

（3）实验方法。

①在搅拌桶中加入水和石榴石，开启搅拌电机，搅拌均匀，用浓度计测量搅拌桶中磨料的浓度（％）。

②测量并调整喷嘴到不锈带钢之间的距离［靶距（mm）］。

③启动辊道电机，通过调节变频器控制辊道速度，从而调节不锈带钢的移动速度（m/min）。

④启动润滑泵和高压泵，调节变频器，控制高压泵的压力（MPa）。

⑤开启渣浆泵进行除鳞。

⑥不断改变参数，重复以上实验，以便找出最佳除鳞参数组合。

2.5.3　除鳞结果与分析

（1）除净率C。为不锈带钢经过除鳞后除干净区的面积与总除鳞面积的比值。

（2）系统压力p。其他条件不变的条件下调节系统压力，作出系统压力p与除净率之间的关系图，见图2-11。

由图2-11可知，在其他参数一定时，不锈带钢除净率随压力p的增大而大致呈线性增大，即压力越大，除鳞效果越好。考虑到工作成本，在保证除鳞效果时，选择压力p=30MPa为宜。

（3）系统流量Q。在系统压力足以克服鳞皮的破坏强度30MPa的前提下，系统流量与除净率之间的关系曲线见图2-12。由图2-12可见，增加系统流量Q达到35m3/h时，可以提高除净率，再增加流量Q，对提高除净率的作用不是很大。

（4）不锈带钢移动速度v。不锈带钢移动速度与除净率之间的关系曲线见图2-13。

由图2-13可见，不锈带钢的移动速度越小，射流对带钢的作用时间越长，除鳞效果越好。随着速度的增加，除净率逐渐降低；但不锈带钢的移动速度小时，除鳞效率低。在保证除鳞效果的基础上，尽量提高除鳞效率，可取v=10m/min作为最佳移动速度。

（5）靶距S（mm）。喷嘴出口至不锈带钢之间的距离不是越小越好，虽然在小面积范围内的除鳞效果很好，但除鳞宽度偏小，即除净率偏低。靶距与除净率之间的关系曲线见图2-14。由图2-14可见，最佳除净率的靶距S=100mm。

（6）磨料体积分数L（％）。磨料体积分数与除净率之间的关系曲线见图2-15。

由图2-15可见，磨料浓度越大，打击力就越大，除鳞效果越好。当磨料浓度较小时，由于射流中磨料对不锈带钢表面的打击不力，鳞片无法除净；但磨料浓度太大，磨料的输送速度会减慢，固液两相流由层流变成紊流，在砂管中易引起堵塞，导致除鳞效果下降，故磨料浓度的最佳值应为磨料体积分数L=35％。

2.5.4　磨料水射流的最佳工艺参数

根据上述除鳞实验，对实验数据进行曲线拟合，定量分析系统参数与除净率之间的关系，可以得出最佳工艺参数为：

系统压力p=30MPa；

系统流量Q=35m3/h；

靶距S=100mm；

不锈钢带移动速度v=10m/min；

磨料体积分数L=35％。

基于最优参数条件下设计的系统，既可提高除鳞效果，也可节约成本。