专利名称：一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统及方法
技术领域：
本发明涉及金属表面清洗技术领域，具体地，本发明涉及一种冷态大直径金属棒材表面射流除鳞系统及方法，所述大直径金属棒材表面射流除鳞系统及方法主要用于实现对大直径的冷态大直径金属棒材的外表面鳞皮进行连续性射流式清除，在大直径的冷态大直径金属棒材保持某一种运动的前提下，利用多组不同布置方式的混合射流喷嘴对大直径的冷态大直径金属棒材表面进行混合射流喷射，利用高速射流进行表面磨削、清理，实现棒材外表面的鳞皮全部清除。
背景技术：
金属材料在热态轧制或热处理过程中会在表面形成一层由金属氧化物组成的致密覆盖物，俗称“鳞皮”，该鳞皮的存在对进一步加工处理会造成影响一方面使材料的表面裂缝不易被提前发现，从而使加工出的成品存在质量问题；另一方面易将鳞皮压入金属 表面，造成表面质量问题；此外，坚硬的氧化物的存在，会加速轧辊或拉拔机的磨损，同时为该棒材在实际使用之前的防腐处理带来了困难；另外，针对特种金属板材，为暴露金属棒的表面质量缺陷，如裂纹、条纹等，均需要将表面鳞皮清除并暴露肌体，如此才能便于生产工人发现其缺陷所在，并制定相应的补救措施。基于此，大直径的大直径金属棒材在完成热轧成型之后且在进入后工艺处理之前，均需要对其表面鳞皮进行彻底清除。大直径大直径金属棒材的表面除鳞方式，鉴于成本与生产工艺的成熟性，目前国内外生产企业均采用化学湿法进行清洗的加工方式来清除表面鳞皮，对于棒材来说，其通常采用硫酸、盐酸及氢氟酸等强酸性溶液或利用压缩空气产生的高速喷丸、离心机产生的抛丸等方式，来实现对其表面鳞皮的清除。这些方法中的化学湿法酸洗工艺，其生产环境恶劣，且因为生产而产生的大量残酸必须进行循环再生处理，目前算再生工艺也必然产生对应的废气排放，其排放的废气中含有大量的酸性、腐蚀性成分，如HCL、S02等，直接污染大气。而如果采用喷丸或抛丸方式进行除鳞，不仅存在表面无法完全清理干净的同时，还带来了大量的粉尘污染，造成工艺生产车间的工作环境同样十分恶劣，且效果不佳，无法达到后续工艺所要求的表面质量。基于此，为解决棒材的表面除鳞问题，科研工作者进行了大量的研究，研制了多种技术和设备，以替代这种化学方法去除金属表面的鳞皮，如电解除鳞、电解研削除鳞、放电除鳞、电子束除鳞、激光除鳞、研磨除鳞、反复弯曲除鳞以及上述不同方法组合的除鳞方法。这些方法在这些年的发展过程中，其中高压水射流除鳞技术发展最快，其工业化进程也越发明显。通过查阅相关专利，也发现国外尤其是日本、德国等冶金技术发达国家，其虽然提出了众多的连续射流、磨刷除鳞技术如日本JP06108277A公开了在连续冷轧线上采用喷酸与刷辊组合使用的除鳞工艺、日本JP55034688A公开了一种联合PV轧制破鳞一混合磨料高压射流除鳞方式、日本JP57142710A、JP57068217A、日本JP59097711A、以及加拿大的TMW公司自2001年以后公开了一系列的针对钢板表面鳞皮的清除技术US20080108281(A1)、US20080182486(A1)以及 US20090227184(Al)等，另外西欧 US5388602、日本专利JP05092231A、JP09085329A以及JP2002102915等均没有提出一种有效处理棒材的表面鳞
皮清除的技术。
发明内容
基于以上，本专利公开一种针对大直径大直径金属棒材表面进行连续除鳞的工艺方案，通过特殊布置的混合射流喷嘴与大直径金属棒材的特殊运动方式，实现对大直径金属棒材的外表面鳞皮快速清除的金属。通过专利检索，目前还没有发现同类似公开的专利或文献。本发明的目的是设计一种能实现对大直径的冷态大直径金属棒材的外表面进行连续、高效、稳定的绿色除鳞技术。本发明依托混合射流喷嘴的特殊布置方式与大直径冷态 大直径金属棒材的特殊运动方式，实现大直径的冷态大直径金属棒材表面鳞皮的连续化高效清除，满足后工艺的处理需求。本发明的大直径金属棒材表面射流除鳞系统(装置)的技术方案如下一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统(装置)，其特征在于所述大直径金属棒材表面射流除鳞系统包括至少一用于喷射混合射流的喷嘴单元5 ；—套用于实现大直径金属棒材I的螺旋运动的执行机构，所述大直径金属棒材I的螺旋运动为，大直径金属棒材I在轴向移动3的同时实现围绕自身轴线的旋转运动2。由此，结合喷嘴单元5的特殊布置方式与棒材I的运动，达到实现棒材I表面除鳞的目的。其主体装置参见图I 图5所示。即，根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，冷态大直径金属棒材I(温度不高于200°C的大直径金属棒材)通过辊道实现其特殊的运动前进方式由水平移动的运动方式3与围绕轴线旋转运动方式2，通过这两种运动方式的组合，形成一个大直径金属棒材I的螺旋式的前进方式4,实现棒材I 一边旋转一边平移。如此，当在棒材I的按照两种运动方式3、2的组合方式4进行稳定螺旋前进，并进入喷嘴单元5的喷射影响区之后，喷嘴单元5通过喷射而出的混合射流6，实现对棒材I表面形成一个螺旋形的清洗表面7，根据该螺旋清洗面7的螺距与喷嘴5的一次性喷射清洗宽度X进行调整，实现螺旋前进方式4的移动速度值V与喷嘴单元5的除鳞速度Vtl、除鳞宽度X达到协调一致，达到最终对棒材I外表面鳞皮的完全清除。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述螺旋清洗面7的旋转角速度w与喷嘴5的一次性喷射清洗宽度X的调整关系如下
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■yn X +TT U根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述螺旋前进方式4的移动速度值V与喷嘴单元5的除鳞速度Vtl、除鳞宽度X的关系如下
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根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，所述除鳞工艺在进行喷射除鳞时，大直径金属棒材I的截面为圆形截面的平直棒状，喷嘴单元5、8、9、10、11、12等为静止状态，大直径金属棒材I为运动状态。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述喷嘴单元通常由2-8个子单元组成，每个子单元各自包含的喷嘴数量不少于一个。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，各子单元的布置方式选自下述布置方式之一所有子单元均布置于棒材I圆形断面上的不同圆周角度方向上(参照图4);或所有子单元的部分子单元布置于棒材I圆形断面上的同一圆周角度上，但在棒材的轴向上呈错位布置。S卩，根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述子单 元在棒材I圆周断面的不同角度上布置方式可特别说明如下所有子单元以棒材I的轴线为圆形，围绕棒材I圆形断面的轴向上均匀布置，每个子单元距离棒材I表面的喷射距离与角度值保持一致。根据上述，每个子单元所包含的喷嘴数量可以完全相同，也可以不同。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述子单元的喷嘴均排布在一条直线上，且该直线为棒材I圆周断面的某一个角度上的直线。该方式可特别说明为所有子单元，例如，5、8、9、10、11、12的喷嘴均呈一条直线排布，所有喷嘴距离棒材I的外圆表面距离及喷射倾斜角度均完全一致(参照图3与图4)。S卩，所述喷嘴中的各子单元，例如，5、8、9、10、11、12的排布形式可以是上述两种排布形式相结合的复合形式，即一部分子单元5、8、9、10、11、12为圆周上不同角度的排布，另一部分为同一条直线上的错位排布。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，从所述喷嘴单元5中喷出的射流6中通常包括有至少一种水(H20)介质，或同时还可以含有另一种固体颗粒介质，该固体颗粒介质为细小的砂状硬质颗粒物，选自下述天然的刚玉类磨料(如棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉等)、碳化物磨料(如黑碳化硅、绿碳化硅、碳化硼等)、钢丸、钢丝切丸等的金属加工丸类的一种或一种以上。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统,所述大直径金属棒材I为直径不小于10_的圆形及其它截面的长条状金属制品。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，所述喷嘴单元5喷射的水介质的喷射压力在5Mpa 80Mpa之间，另一种硬物颗粒的粒度范围在5目 120目之间。本发明又提供一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其技术方案如下；—种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于所述大直径金属棒材表面射流除鳞方法包括至少一个用于喷射混合射流的喷嘴单元5 ；—套用于实现大直径金属棒材I的螺旋运动的执行机构，所述大直径金属棒材I的螺旋运动为，大直径金属棒材I在轴向移动3的同时实现围绕自身轴线的旋转运动2。由此，结合喷嘴单元5的特殊布置方式与棒材I的运动，达到实现棒材I表面除鳞的目的。其主体装置参见图I 图5所示。即，根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，冷态大直径金属棒材I(温度不高于200°C的大直径金属棒材)通过辊道实现其特殊的运动前进方式由水平移动的运动方式3与围绕轴线旋转运动方式2，通过这两种运动方式的组合，形成一个大直径金属棒材I的螺旋式的前进方式4,实现棒材I 一边旋转一边平移。如此，当在棒材I的按照两种运动方式3、2的组合方式4进行稳定螺旋前进，并进入喷嘴单元5的喷射影响区之后，喷嘴单元5通过喷射而出的混合射流6，实现对棒材I表面形成一个螺旋形的清洗表面7，根据该螺旋清洗面7的螺距与喷嘴5的一次性喷射清洗宽度进行调整，实现螺旋前进方式4的移动参数与喷嘴单元5的除鳞速度、除鳞宽度达到协调一致，达到最终对棒材I外表面鳞皮的完全清除。根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于，所述螺旋清洗面7的旋转角速度w与喷嘴5的一次性喷射清洗宽度X的调整关系如下
权利要求
1.一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统装置，其特征在于 所述大直径金属棒材表面射流除鳞系统包括至少一用于喷射混合射流的喷嘴单元(5)； 一套用于实现大直径金属棒材(I)的螺旋运动的执行机构，所述大直径金属棒材(I)的螺旋运动为，大直径金属棒材在轴向移动(3)的同时实现围绕自身轴线的旋转运动(2)。
如权利要求I所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述螺旋清洗面(7)的转动角速度(w)与喷嘴(5)的一次性喷射清洗宽度(X)的调整关系如下) 设除鳞喷嘴(5)在额定喷射参数下对所述大直径金属棒材(I)表面的最大相对除鳞线速度值为％，这个速度下单个喷嘴(5)的除鳞有效宽度值为X，且同时布置的除鳞喷嘴数量为n ;大直径金属棒材I的外径值为D,则可明确界定该大直径金属大直径金属棒材的转动角速度值w必须为
2.如权利要求I所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述喷嘴单元通常由2-8个子单元组成，每个子单元各自包含的喷嘴数量不少于一个。
3.如权利要求I所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，各子单兀的布置方式选自下述布置方式之一 所有子单元均布置于金属大直径金属棒材圆形断面上的不同圆周角度方向上；或 所有子单元的部分子单元布置于大直径金属棒材圆形断面上的同一圆周角度上，但在金属大直径金属棒材的轴向上呈错位布置。
4.如权利要求1所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统，其特征在于，所述子单元的喷嘴均排布在一条直线上，且该直线为大直径金属棒材1圆周断面的某一个角度上的直线，所述大直径金属棒材1为直径不小于10_的圆形及其它截面的长条状金属制品。
5.一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于所述大直径金属棒材表面射流除鳞方法包括至少一个用于喷射混合射流的喷嘴单元(5)； 一套用于实现大直径金属棒材(1)的螺旋运动的执行机构，所述大直径金属棒材(1)的螺旋运动为，大直径金属棒材在轴向移动的同时实现围绕自身轴线的旋转运动。
如权利要求7所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于，所述螺旋清洗面(7)的旋转角速度w与喷嘴(5)的一次性喷射清洗宽度X的调整关系如下
6.如权利要求5所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于，所述螺旋前进方式的移动速度值V与喷嘴单元(5)的除鳞速度Vtl、除鳞宽度X的关系如下
7.如权利要求5所述根据本发明的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，所述除鳞工艺在进行喷射除鳞时，大直径金属棒材(I)的截面为圆形截面的平直棒状，喷嘴单元为静止状态，大直径金属棒材为运动状态。
8.如权利要求5所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于， 所述喷嘴单元通常由2-8个子单元组成，每个子单元各自包含的喷嘴数量不少于一个。
9.如权利要求5所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于，各子单兀的布置方式选自下述布置方式之一 所有子单元均布置于大直径金属圆形断面上的不同圆周角度方向上；或所有子单元的部分子单元布置于大直径金属圆形断面上的同一圆周角度上，但在大直径金属的轴向上呈错位布置。
10.如权利要求5所述的一种大直径金属棒材表面射流除鳞方法，其特征在于，所述大直径金属棒材I为直径不小于10_的圆形及其它截面的长条状金属制品。
全文摘要
一种大直径金属棒材表面射流除鳞系统及方法，所述大直径金属棒材表面射流除鳞系统包括至少一用于喷射混合射流的喷嘴单元；一套用于实现大直径金属棒材的螺旋运动的执行机构，所述大直径金属棒材在轴向移动的同时实现围绕自身轴线的旋转运动。本发明的优点如下通过混合射流的方式实现大直径金属棒材的冷态表面除鳞，相对传统的除鳞工艺，具备更加环保、绿色的除鳞工艺，且生产成本具备更强的竞争优势；采用特殊的喷嘴布置方式与棒材特殊的复合运动规律，能实现在少喷嘴的状态下能实现高效的棒材除鳞。
文档编号B21B45/08GK102716922SQ201210219619
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者段明南, 沈建国 申请人:宝山钢铁股份有限公司