轧制过程中产生的氧化铁皮粉尘对很多轧钢厂来说都是一个头疼的问题，特别是轧制高硅钢或高碳钢产品的时候更甚。这种粉尘将造成一些麻烦事情，已有很多方案来试图控制它，本文介绍的是通过研制并安装了一套能有效控制轧制过程中氧化粉尘的系统，可以显著减少带钢与氧化粉尘相关的缺陷。该系统采用空气/水的雾化粒子，采用独特的气水比例设计，雾化水粒子捕捉和控制粉尘颗粒，而不影响带钢温度或轧制产品的质量。本文将探讨抑制轧制过程产生的氧化粉尘这一课题，并讨论系统必须识别和控制的关键因素。

图1 试图控制氧化粉尘方案

热轧板、带材和棒材过程中将产生氧化铁皮粉尘，其数量和特性部分取决于钢种成分、轧制温度和轧制速度。通常，产生粉尘最严重的地方是连续精轧机的最后三到四个精轧机机架，或者是Steckel轧机或中厚板轧机的高速轧制道次上，高速轧制导致了一种自然的“风扇”现象，把细微粉尘吹遍了整个车间，覆盖了所有可以到达的设备。由于其粉尘的导电性和造成设备磨损特性，导致设备维护麻烦和设备故障不断。

随着大量的氧化粉尘排放到整个轧钢车间，有几个关注的问题，需要解决:

有几个不同解决粉尘的方案，其中最普遍的一种是试图通过水喷雾来进行粉尘捕捉，水喷雾是从轧机出口方向喷射，采用各种不同水压，有时参与试用压缩空气或蒸汽，用以制造一个水雾屏障，阻止粉尘穿透。在尝试这种解决方案时，大多数轧机为获得更好的防止粉尘扩散，经常调整喷嘴的位置和数量。当然，所有的喷嘴都必须放置在水雾粒子能够接触到粉尘的地方，同时还要保证不受轧制过程的影响，不影响换辊作业和设备维护。总的来说，这种方法取得的效果有限。另一种方法是在轧机上方和周围安装喷嘴，以此来捕捉灰尘不让其上扬。这可能对某些钢种和轧制速度有一定的效果，但是经常随着运行参数的变化，灰尘控制系统变得无效。

一些工厂试图通过使用吸气罩来捕捉逸出的粉尘，这种方法也取得了有限的成功，因为除尘系统必须产生很大的风量，而且在接近热轧机机架的范围内，这种除尘大罩结构容易因为工艺事故发生损坏。特别是设备设计制造过程没有考虑这种除尘结构，用户在事后才在设备上安装这种除尘罩，往往效果不佳。

另一种尝试包括将喷嘴直接埋入轧机出口导卫板内，虽然这个想法有其优点，但如果在设计和安装系统的过程中没有适当地考虑到所有的因素，就会出现严重的问题。问题包括带钢通过时候辐射传热的变化、除尘不足、不断的喷嘴和系统堵塞以及维修困难等。维修问题特别严重，因为轧机出口所有安装所有部件在发生轧件堵塞工艺事故期间都会有严重损坏的问题。图2所示为由于喷嘴系统设计不当造成带钢温度不均匀。

图2 喷嘴设计布置不当，水雾粒子重叠带来的温度不均匀

本文所讨论的抑制氧化物粉尘的技术是建立在多年研发的基础上，也有最近的进展，将提供有益轧机的操作和控制的技术。

系统设计的关键概念是:

1.适当的轧机出口去除粉尘喷嘴和相应的配置。

2.利用喷嘴设计用于防尘控制。

3.提供可调整操作条件。

4.区域完全覆盖—即产生氧化粉尘区域能够封闭起来。

5.适用于热轧带钢恶劣环境下工作的机械设计。

6.不对带钢产生温度影响。

7.方便维护。

8.水气过滤设计。

抑制氧化粉尘的一般方法包括选择合适的喷嘴、喷嘴合适的位置和根据现场条件来调整喷嘴的雾化的综合控制系统。下面将分别讨论这个成功运用系统的这些方面。参考图3显示了采用适当的水雾喷射技术且没有引起带钢表面温度变化，这个例子可以根据下面的讨论加以考虑。

图3 改变喷嘴雾化效果后的带钢温度无变化

粉尘控制最重要的方面是了解粉尘颗粒特性和试图捕捉它们的水滴之间的关系，喷雾喷嘴产生的水粒子滴必须与尘埃颗粒大小相当，以便与之碰撞并完全捕获它们。

因为粉尘形状很不规则，这里采用平均直径，如图4所示。如果喷嘴喷出的水珠太大，粉尘就会顺着水珠周围的气流逸出。如果水珠液滴太小，粉尘粒子会反弹或通过喷雾液滴。这种现象由图5所示意。在正确的压力、速度、喷嘴和喷嘴内部孔板设计条件下，通过空气和水的适当混合雾化，就可以有效地控制粉尘环境。当控制正确和组合完好时，其控制粉尘的结果可重复，即水雾密度和水滴粒子分布能够捕捉粉尘。这种水雾理想的状态是与氧化物粉尘颗粒相撞，并提供有效的粉尘捕捉。气水雾化喷嘴管等组件按照不同的钢种或不同的现场操作条件进行调节改变。独特的双腔集管作为压缩空气和水雾化喷嘴设计，确保喷雾压力均匀，形成一致的水雾液滴。因为这个系统不需要考虑对钢材的冷却，所以使用的水量是非常小的。

图4 氧化物粉尘颗粒的不规则边界

图5 通过适当的雾化水滴捕获粉尘的动力学

轧件在轧机工作辊出口处产生粉尘，除尘喷嘴和设备形成局部区域内粉尘限制区，在这个区域内，喷嘴喷出正确尺寸的水滴，在较低的压力条件下提供最小的水粒子运动速度。通常情况下，使用压力喷雾时，较高的流体压力可以产生较小的水滴尺寸，但这样做会产生意想不到的效果，即周围空气与喷雾一起被吸入，这样降低粉尘捕捉效率。通过压缩空气将水分解成适当大小的雾滴和速度，可以控制整个雾滴的最大粉尘捕获率。[2]正确的操作压力将根据不同的操作条件而有所不同，但是应该尽可能的低—通常在60 psig以下（相当于4bar），如果可以的话接近40psig（相当于2.8bar）最好。

在大多数情况下，使用较大角度喷嘴来完全覆盖粉尘区域，典型的喷射角度在100到120度之间，这个设计在带钢的底部喷射水雾是非常有必要的，在那个地方，出口导卫和带钢之间的垂直间隙是最小的。

喷嘴选型的重要性怎么强调都不过分，但是喷嘴的正确位置也同样重要。喷嘴必须位于产生粉尘的地方—靠近工作辊带钢轧件的出口处，被确定为“临界区”是指产生粉尘和排放粉尘的区域，即顶底部和两侧，从而实现最佳的全面抑制粉尘，如图6所示。

图6 从轧机出口看喷嘴雾化粒子示意图

由于热轧机内部和附近的恶劣环境，所有的设计方面都必须考虑到这一点。特别是，设计和施工过程中必须考虑这个区域淤积粉尘的可能性(也是喷嘴堵塞的原因)，并提供必要的冲洗或清洁手段。

通常，紧凑的设计将限制维护人员作业，因此必须从项目的设计和安装就要考虑到这个问题，比如在现场提供一个允许安装的空间，即将去除粉尘喷嘴系统的安装板能够方便安装螺栓和拆换喷嘴系统部件。在轧机底部的喷嘴系统是分段组装式的，是一组一组平行安装的组件，而不是一个固定整体组件，这样喷嘴系统根据需要可以进行合理的配置。对喷嘴提供机械保护是非常重要的，但不能对带钢的运行和操作带来任何潜在的障碍。

喷嘴系统所需的压缩空气管路和水路布置具有挑战性，一定要有措施防止这些管线受到潜在的威胁而损坏，而且要允许这些装置在操作和换辊过程中能够进行移动让开空间。将喷雾系统作为整个系统设计的一部分时，几个创造性的解决思路用来达到目标于要求。

通过精心的机械设计，喷嘴的位置选择，以最大限度地覆盖喷雾抑制粉尘，并且可以能够变化喷雾系统，保护去除粉尘喷嘴，避免喷嘴的损伤。当然，安装这种喷嘴系统应尽量减少对现有设备的改变。

毫无疑问，热轧环境中的水和压缩空气质量通常很差。即使对设计进行了仔细的考虑，也必须使用过滤器对压缩空气和水进行过滤操作，正确有效的控制是需要监视这些值，以获得正确的数据范围，并根据超标数值及时发出报警信号。

有时，设计者对过滤精度要求过高，需要更多的维护。应该根据系统的预期喷雾容量计算适当的过滤网精度，延长使用时间，减少维护工作量，当然必须要解决喷嘴堵塞问题。

在分析该系统在现场的运行情况时，明显看到达到了设计要求，氧化皮粉尘在系统密闭的罩内被雾化粒子捕捉，而且带钢表面温度仍然保持均匀一致。此外，尽管现场的可视程度难以量化，但是操作者认为他们的工作环境有了很大的改善，即使在最恶劣极端的场合，也能够看清楚带钢的生产情况和设备，在生产高碳钢或硅钢的情况下也是一样。

车间内的行车轨道上的灰尘积累明显减少，在撰写本文时已经观察这种粉尘减少现象持续了4年时间，有关行车轨道和轧机设备的粉尘清理成本已降至原来的20%左右。当然这些数值取决于轧机生产钢种产品大纲。

该系统最重要的优点之一是减少了带钢表面麻点，这在安装氧化粉尘雾化抑制系统之前令人烦恼，沉降在带钢表面粉尘造成的麻点有些情况下已经减少了75%。当工厂采用可视系统观察带钢表面质量，相关麻点坑降低了30%，从而生产出更高表面质量的产品。

钢厂报告指出，该系统安装后，只要操作和维护正常，积累的氧化粉尘污泥大大减少或根除了。

成功抑制热轧轧机和Steckel轧机氧化粉尘的过程可能会面临一系列挑战，没有系统被证明可以消除100%产生的氧化粉尘。虽然良好的设计可以捕获绝大多数的粉尘，但从轧辊轴线周围和直接通过轧机顶部的粉尘通常不能被捕获。已经讨论了几个尝试的解决方案，特别是其独特的雾化水粒子捕捉和抑制粉尘方法得到良好的运用。系统设计应强调设计和使用效果综合方法，从而使喷雾抑制粉尘系统易于维护，保持长期稳定运行。

所提供的信息已根据多年的系统安装和实际用户反馈得到证实。适当的氧化粉尘抑制将显著改善轧机的工作环境，可以产生高质量的产品。

1. N.J. Department of Health, HazardousSubstance Fact Sheet, 2007, CAS Number 1309-37-1.

2. D. Pollock and J. Organiscak, AirborneDust Capture and Induced Airflow of Various Spray Nozzle Designs, 2007.

1. Bob Schaming：systemsengineer, Spraying Systems Co., Glendale Hts., Ill., USA bob. Schaming @ spray.com

2. Nathan Lora：chiefmechanical engineer — services, SES LLC, Alliance, Ohio, USA nlora @ seseng. Com

唐杰民2019年11月初翻译自美国《钢铁技术》2019年11月期刊上面的文章，水平有限，翻译不准确和不妥之处请大家给予指正。

这篇文章阐述的轧机氧化铁皮粉尘抑制问题，轧钢厂的轧机轧制速度较高情况下容易出现红色粉尘，轧制某些钢种也是如此，只要轧制速度达到一定数值后，轧机出口处粉尘非常明显，不管是轧制带钢、型钢、无缝钢管和棒线材都会出现这种情况。随着祖国的工业化进程的推进，环保意识的加强，抑制和消除这种轧机出口氧化铁皮粉尘就提到议程上来了，特别是热轧带钢生产中，这种氧化铁皮粉尘沉降在带钢表面被带入下一道次轧制，往往会带来成品带钢麻面缺陷，给带钢生产和冷轧带钢造成麻烦，所以从提高质量观点也是要解决这个问题。

我从事轧钢多年，上个世纪1982年大学毕业分配到线材厂工作，那个年代祖国的线材轧机主力军是复二重轧机，上班几个小时候，我们的职工下班除了牙齿是白的，脸部漆黑，复二重轧机的精轧机组轧制速度较高，加上活套甩尾造成氧化铁皮粉尘弥漫整个车间，现在我们是看不到这个场景了，线材生产完全是现代化高速线材轧机，与那个年代相比环境相差极大，我下班回家如果不洗澡，骑车回家路上都不好意思。

那个时代没有多少宽带钢，祖国的窄带钢多，精轧机组始终是黄烟滚滚，特别是轧制低温钢时候。

现在条件好多了，现场厂房和设备都很气派，无论是国企还是民企都环境都比较好，生产棒线材为主的民企其装备水平不亚于国企的，而且生产环境较好。生活在这个时代的职工和工程技术人员是幸福的。

当然环保问题是随着现代化进程不断提出更高要求，这篇文章就是阐述环保课题，解决氧化铁皮粉尘控制问题，不仅仅对车间内外的环境有利，而且对设备的维护和产品质量的提高都好，是双赢的好事情。

文章主要的亮点是使用气水雾化喷嘴来捕捉和抑制氧化铁皮粉尘，从分析氧化铁皮的尺寸和形状入手，提出使用基本相同大小的水雾粒子来捕捉粉尘，气水雾化的形成粒子不能过大。炼钢连铸工序使用的气水雾化喷嘴粒子尺寸范围50~150μm，显然过大，所以需要很小的水量来进行雾化，是的雾化后的水粒子尺寸控制在50μm左右，这样对带钢也不会产生明显冷却作用，其肉眼观察结果是带钢表面温度均匀一致，没有明显的黑印条带。

这种抑制粉尘的方法不仅仅在带钢生产过程中提高了温度的均匀性，而且带钢的表面质量能够得到提高改善，值得从事带钢生产工程技术人员参考。对于线棒材和型钢生产也是有参考价值的。

图7 国内使用水喷嘴抑制氧化铁皮粉尘实例

上图是国内某轧钢厂使用水喷嘴来抑制氧化铁皮粉尘，水喷嘴雾化的水粒子尺寸较大，估计在100~250μm的粒度范围，虽然有明显的控制粉尘效果，如果有条件可以使用气水雾化喷嘴，做到最大化抑制粉尘，从而给职工创造一个良好的工作场所。

设想今后的轧钢现场也是宽敞明亮的工作地，这样的环境工作心情舒畅，为高效生产高质量的产品创造了人文关怀的条件，也是我们追求的目标之一吧。

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