熱軋板卷表面處理技術(shù)發(fā)展綜述

徐言東 李軍 韓爽 王利偉

（1：北京科技大學(xué) 北京100083；2：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029；3：鞍山靈山工業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)管理委員會(huì) 遼寧鞍山114021）

1 前言

長(zhǎng)期以來(lái)熱軋板卷表面處理的方法一直采用酸洗技術(shù)，酸對(duì)人員、設(shè)備和環(huán)境造成了損害，生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)成本比較高，各鋼廠均受到上述問(wèn)題的困擾，同時(shí)，鋼材處理方式符合環(huán)保規(guī)定成為迫切需要，為此，國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行研究和探討，尋找有效的新技術(shù)和工藝，先后提出了利用感應(yīng)加熱裝置的清除氧化皮、利用壓力刷輥清除氧化皮、利用高壓水裝置清除氧化皮、還有給在酸洗槽中的板卷通以電流清除氧化皮、利用高壓噴射裝置清除氧化皮等方法。

2 熱軋板卷的表面處理方法

2.1 利用感應(yīng)加熱裝置氧化皮在表面處理生產(chǎn)線上設(shè)置感應(yīng)加熱裝置，其感應(yīng)加熱線圈內(nèi)側(cè)設(shè)有耐熱型擋熱板阻擋來(lái)自穿過(guò)該感應(yīng)加熱線圈內(nèi)側(cè)的輻射熱，感應(yīng)加熱線圈對(duì)熱軋板卷施加交變磁場(chǎng)，進(jìn)行加熱，使板卷產(chǎn)生熱變形，氧化皮可以從基體脫落在擋熱板上，在感應(yīng)加熱線圈的入口側(cè)和出口側(cè)，設(shè)置兩個(gè)以上風(fēng)口對(duì)擋熱板吹氣，掉落在擋熱板上的氧化皮吹落，達(dá)到清除氧化皮的目的。

其特點(diǎn)是實(shí)施中耗電量大，不適合推廣應(yīng)用。

2.2 利用壓力刷輥清除氧化皮

當(dāng)熱軋鋼帶在大的軋制壓下量下由冷軋機(jī)軋制時(shí)，那些不能跟上基體伸展的氧化皮中，會(huì)產(chǎn)生裂紋和夾層剝離，從而削弱了軋制氧化皮對(duì)基本鋼材的粘附力。然后，刷擦鋼帶的刷子的細(xì)絲滲入在氧化皮層上形成的裂紋中，從而除去鋼帶表面上的軋制氧化皮。軋制壓下量R（%）與軋制氧化皮厚度t（μm）的關(guān)系需滿足t×R≥150（μm）。滿足該條件才可將氧從狀皮清除。在軋制過(guò)程中，若將水或摩擦系數(shù)大的水溶性軋制油加到冷軋機(jī)工作輥和鋼帶間的輥縫處，就更有利于氧化鐵皮的清除。

該方法在寶鋼冷軋廠有應(yīng)用實(shí)例，不足之處是對(duì)細(xì)小氧化皮沒(méi)有效果，應(yīng)用范圍較窄。

2.3 利用高壓水裝置清除氧化皮

在熱軋生產(chǎn)線前部的鋼坯除氧化皮裝置中，高壓水除氧化皮得到了較廣泛的應(yīng)用，在后部的鋼板清理中高壓水應(yīng)用的較少。為了最佳地調(diào)節(jié)除氧化皮裝置中的水沖擊壓力，至少設(shè)置兩個(gè)加壓水活塞泵，活塞泵平行連接并且每個(gè)泵可獨(dú)立地啟動(dòng)或停止。可以與ACC 裝置配合使用，該裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同寬度板卷各類氧化皮的物理清理，剝殼、除磷連續(xù)完成，同時(shí)智能控制保證了系統(tǒng)的高效與節(jié)能。清理過(guò)程中的水可以循環(huán)使用，清除的氧化皮可直接回收并用于煉鐵，因此不產(chǎn)生任何污染和排放。

此方法需要考慮工藝要求，防止改變鋼板的組織性能，國(guó)內(nèi)某公司今年有應(yīng)用實(shí)例，效果尚可，但設(shè)備外形龐大、投資較大。［2］

2.4 在酸洗槽中板卷通以電流清除氧化皮

在酸洗設(shè)備中，安裝了一種供給電流的裝置，對(duì)多個(gè)的酸洗槽的一個(gè)或多槽中連續(xù)輸送板卷通以電流，進(jìn)行加熱，使板卷產(chǎn)生熱變形，氧化皮可以從基體脫落。這是一種在熱軋板卷上去除氧化皮，從而得到清潔表面的處理方法。

此方法應(yīng)用的效果較好，但耗電量大，沒(méi)有解決酸性物質(zhì)污染環(huán)境問(wèn)題。

2.5 利用高壓噴射裝置清除氧化皮的無(wú)酸處理技術(shù)

該方法主要是在表面處理生產(chǎn)線上設(shè)置高壓噴射裝置，通過(guò)向熱軋板卷的上下表面噴射去氧化鐵皮介質(zhì)，即液體和顆粒的混合漿體，從而使被處理的板卷表面去氧化鐵皮。采用此機(jī)械方式去除板卷表面的氧化皮，無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中的酸洗處理所需的空間，也無(wú)需使用酸性的有害化學(xué)物質(zhì)。此方法替代酸洗，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約生產(chǎn)成本，應(yīng)用范圍廣，是本文介紹的重點(diǎn)。

3 高壓噴射裝置清除氧化皮無(wú)酸處理技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將改變國(guó)內(nèi)熱軋板卷表面處理技術(shù)的觀念，對(duì)促進(jìn)熱軋板卷市場(chǎng)的發(fā)展具有重要意義。

3.1 板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)原理

該技術(shù)就是去除板卷的氧化鐵皮，生成氧化保護(hù)膜。板卷表面氧化鐵皮一般由三層結(jié)構(gòu)組成，最上層為紅色三氧化二鐵Fe2O3，即鐵銹層，約占2%，中間層為磁性四氧化三鐵Fe3O4，約占18%和最下層的維氏體（主要是氧化亞鐵FeO）約占80%。熱軋板卷氧化鐵皮厚度一般為7.5～15μm，氧化鐵皮以下為鋼材基體層。

通過(guò)拉矯除掉板卷上面的氧化皮，再經(jīng)表面無(wú)酸處理新技術(shù)，去除剩余的維氏體，并在板卷表面形成約200埃厚的保護(hù)層，這層非常薄的保護(hù)層即是一種非常穩(wěn)定的"膜"，能抑制進(jìn)一步的生銹和腐蝕。

板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)是在一個(gè)或多個(gè)密閉的空間內(nèi)，向板卷上下表面噴射介質(zhì)，清除板卷表面的維氏體，從而達(dá)到清潔板卷表面的目的。噴射的介質(zhì)是特殊的鋼砂和水，鋼砂具有很高的硬度，并且與水混和，由專門的裝置通過(guò)管道供給旋轉(zhuǎn)葉輪，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的作用下分別對(duì)板卷上下表面同時(shí)進(jìn)行噴射，形成的介質(zhì)噴射幕能均勻噴射到鋼材表面上，介質(zhì)產(chǎn)生噴射力使表面氧化鐵皮、維氏體完全清除，并形成綠色環(huán)保的無(wú)酸清潔表面。更主要的是板卷在表面經(jīng)無(wú)酸新技術(shù)清潔后，還可以連續(xù)進(jìn)行冷軋、連續(xù)熱鍍鋅等工藝，從而使其應(yīng)用范圍更加廣泛，生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高。

圖1 鋼材表面無(wú)酸處理噴射裝置

鋼材表面無(wú)酸處理技術(shù)噴射的介質(zhì)是特殊的很硬的鋼砂和水。鋼砂具有很高的硬度，并且與水混和，由專門的無(wú)酸處理裝置通過(guò)管道供給旋轉(zhuǎn)葉輪，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的作用下分別對(duì)鋼材上下表面同時(shí)進(jìn)行噴射，由于噴射介質(zhì)是由水和細(xì)小的鋼砂組成，形成的無(wú)酸處理介質(zhì)噴射幕能均勻噴射到鋼材表面上，介質(zhì)產(chǎn)生噴射力使表面氧化鐵皮完全清除，并形成綠色環(huán)保的無(wú)酸清潔表面。

3.2 表面無(wú)酸處理裝置

每套無(wú)酸處理裝置配置有上下各一個(gè)或兩個(gè)噴射系統(tǒng)，即由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和介質(zhì)分配葉輪等組成，一組噴上表面，一組噴下表面，共用介質(zhì)噴射循環(huán)系統(tǒng)（見圖3）。

3.3 板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)生產(chǎn)線組成

1）卷材鋼板表面無(wú)酸處理生產(chǎn)線一般由開卷機(jī)、拉伸矯直機(jī)、切頭（切尾）剪、張力機(jī)、表面無(wú)酸處理裝置、卷取機(jī)和鋼卷小車等組成。

2）板材鋼板表面無(wú)酸處理生產(chǎn)線一般由上料裝置、夾送輥、破磷裝置、表面無(wú)酸處理裝置、堆垛等組成。

表面無(wú)酸處理裝置是整條生產(chǎn)線的核心設(shè)備，每套生產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)能力的要求，可安裝數(shù)套表面無(wú)酸處理裝置。

3.4 板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)的適用范圍

1）卷材生產(chǎn)線：熱軋卷，卷材厚度：1.2～12.7mm，卷材寬度：～2250mm；鋼卷內(nèi)徑：?610／￠762mm；鋼卷外徑：￠1200～￠2080mm；機(jī)組速度：～45m／min。

2）板材生產(chǎn)線：材料種類：熱軋板，板材厚度：1.2～100mm；板材寬度：800～2250mm；最大堆垛重量：9t；機(jī)組速度：～30m／min

3.5 板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)的特點(diǎn)

可以使產(chǎn)品表面更清潔、光滑，具有更優(yōu)越的抗腐性能，代酸洗，消除酸洗過(guò)程中有危害的酸性物質(zhì)，減少了對(duì)環(huán)境的污染，系統(tǒng)能達(dá)到完全環(huán)保。設(shè)備及生產(chǎn)運(yùn)行總成本低于酸洗和涂油生產(chǎn)線。生產(chǎn)線占地面積也比酸洗和涂油生產(chǎn)線少。板卷表面不需要做任何涂油處理，板卷在一般情況下保存180天不會(huì)生銹。部分熱軋板經(jīng)無(wú)酸表面處理后可直接替代冷軋板使用，可以實(shí)現(xiàn)以熱代冷的效果。無(wú)酸表面處理后的產(chǎn)品可經(jīng)冷軋加工，也可與冷軋組成生產(chǎn)線，甚至可在大型酸洗冷軋生產(chǎn)線上增加表面無(wú)酸處理裝置，使生產(chǎn)效率更高，更加靈活、方便。

產(chǎn)品能夠抑制生銹，它能替代熱軋板、酸洗、涂油和酸洗鋼板；能進(jìn)行冷軋，是冷軋很好的基板；能進(jìn)行連續(xù)熱鍍鋅，實(shí)現(xiàn)以熱代冷效果。同酸洗相比，該技術(shù)可以根據(jù)客戶的要求生產(chǎn)出不同表面粗糙度的產(chǎn)品，提高了后續(xù)加工中的噴涂和耐腐蝕效果。還可以擴(kuò)展應(yīng)用于不銹鋼卷板的后續(xù)處理。無(wú)酸處理生產(chǎn)線中配備的矯直機(jī)和卷取機(jī)之間產(chǎn)生的巨大拉力具有消除卷材的內(nèi)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)，極大方便了切割，沖壓，剪裁等后續(xù)加工。由于減少了焊接過(guò)程中油煙，能提高焊接性能和焊接強(qiáng)度。產(chǎn)品清潔、干燥、無(wú)油漬，可減少噴涂前的準(zhǔn)備工作，而且涂層附著效果更好，在沖壓時(shí)不會(huì)粘在工具或輸送設(shè)備上，使沖壓效果更好，不會(huì)使操作者皮膚產(chǎn)生剌激。

3.6 新技術(shù)與傳統(tǒng)物理清除氧化鐵皮方法比較

傳統(tǒng)的物理清除氧化皮方法：拋丸、噴砂、高壓水和高壓水加砂

。新技術(shù)是將液體和磨料混合在一起（也稱漿料），利用專用裝置拋射到運(yùn)動(dòng)的板卷表面，實(shí)現(xiàn)機(jī)械清除氧化鐵皮。具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以一次性覆蓋全板面寬度，生產(chǎn)效率高，速度快。磨粒射流均勻覆蓋鋼材板面，所以產(chǎn)品質(zhì)量均勻性優(yōu)良。射流速度46m／s＜干式拋丸機(jī)（80～100m／s），由于漿料拋射，磨料消耗降低一半，運(yùn)行成本低廉。鋼板表面加工硬化層小，板卷板型好，表面質(zhì)量均勻。能耗低于高壓水噴砂。由于采用濕漿料，克服了粉塵污染問(wèn)題。

3.7 板卷表面無(wú)酸處理新技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

經(jīng)無(wú)酸處理新技術(shù)加工能得到更清潔、光滑的表面，且具有更好的焊接、噴涂性能。鋼板在一般情況下保存180天不會(huì)生銹。部分熱軋板經(jīng)無(wú)酸處理后可直接替代冷軋板使用，可以實(shí)現(xiàn)以熱代冷的效果。無(wú)酸處理設(shè)備及生產(chǎn)運(yùn)行總成本低于酸洗和涂油生產(chǎn)線且質(zhì)量?jī)?yōu)于熱軋酸洗板。生產(chǎn)線占地面積也小于酸洗和涂油生產(chǎn)線。項(xiàng)目建設(shè)投資有以下特點(diǎn)：設(shè)備投資與同等配置水平相比，只有酸洗線設(shè)備投資的75%；廠房公輔投資只有酸洗線的40%；酸洗成本230～300元／t，本技術(shù)120～130元／t；無(wú)環(huán)保成本；產(chǎn)品利潤(rùn)較普通熱軋產(chǎn)品至少高100 元／t，按年產(chǎn)量50萬(wàn)t計(jì)算，項(xiàng)目年收益在5000萬(wàn)元左右，年投資利潤(rùn)率將超過(guò)20%。

4 結(jié)論

表面無(wú)酸處理新技術(shù)采用國(guó)際先進(jìn)設(shè)備，可直接代替酸洗線，也可對(duì)已有酸洗工藝進(jìn)行改造，取代酸洗槽及相應(yīng)的酸循環(huán)和酸再生系統(tǒng)，降低運(yùn)行成本，此項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用將改變國(guó)內(nèi)熱軋板卷表面處理的傳統(tǒng)觀念，將得到更清潔、光滑、不會(huì)生銹的板卷，對(duì)促進(jìn)熱軋板卷市場(chǎng)的發(fā)展具有重要意義，可以對(duì)我國(guó)軋鋼車間的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和環(huán)保工作有較大的促進(jìn)作用。

［1］劉新等.鋼材表面處理檢查.現(xiàn)代涂料與涂裝，2008（5）.第11卷5期，P49～52.

［2］余偉等.熱軋帶鋼超快速層流冷卻裝置的開發(fā)與應(yīng)用.軋鋼，2011（2）.

［3］李敏風(fēng)等.國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼材表面處理標(biāo)準(zhǔn)介紹.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2007（12），第9卷6期，P53～54.

［4］徐淑紅等.料漿液除銹機(jī)理的研究.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，1995（10）第5卷

［5］徐淑紅等.磨料漿液除銹系統(tǒng)的研究.冶金設(shè)備，1996（4）