鈦帶脫脂修磨線效率提升技術(shù)研究

趙小軍

摘 要：鈦帶材表面脫脂的生產(chǎn)工序因脫脂質(zhì)量不高，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，影響后續(xù)工序的正常生產(chǎn)及最終產(chǎn)品的及時(shí)交付，使企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)陷入了困境，嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展。通過(guò)脫脂工藝設(shè)備的改造和生產(chǎn)方式的改變，突破了生產(chǎn)瓶頸，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也起到了節(jié)能降耗的社會(huì)效益，在鈦行業(yè)屬于首創(chuàng)，具有較強(qiáng)的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：脫脂修磨線；鈦帶；生產(chǎn)效率；脫脂劑；高壓泵；加熱體

中圖分類號(hào)：TM305.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0064-02

1 設(shè)備概述

寶鈦股份鈦帶生產(chǎn)線是國(guó)際、國(guó)內(nèi)第一條鈦帶材加工專業(yè)生產(chǎn)線，可向國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供Gr1-Gr4、TA10鈦帶、純鎳帶以及部分低強(qiáng)鈦合金帶材，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、核工業(yè)、國(guó)防軍工、石油、化工、電力、制藥、海洋工程、體育、醫(yī)療等領(lǐng)域。

鈦帶生產(chǎn)線中的脫脂修磨線是鈦帶材在進(jìn)入真空爐進(jìn)行熱處理之前清洗帶材表面殘留軋制油的生產(chǎn)線，其具備的基本功能為開(kāi)卷、加熱脫脂、清洗烘干和收卷功能。脫脂工序?qū)ΡＷC鈦帶材退火質(zhì)量有著非同一般的重要意義，因?yàn)榧幢愫苌倭康能堉朴蜌埩粢材茉斐赦亷Р谋砻娴难趸廴咀兩?，輕則必須增加酸洗工藝，重則會(huì)因?yàn)椴牧衔锢硇阅懿贿_(dá)標(biāo)而報(bào)廢，會(huì)給企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

鈦帶材脫脂清洗段采用不銹鋼箱式結(jié)構(gòu)，按工藝流程配置有毛刷噴淋脫脂槽、毛刷噴淋清洗槽、烘干冷卻槽。脫脂水箱布置在線外，清洗水箱布置清洗槽下，通過(guò)不銹鋼葉片泵實(shí)現(xiàn)噴淋循環(huán)，并各自配置3支20kW的加熱體。脫脂槽和清洗槽均布置有上下毛刷輪組，采用螺旋頂升器同時(shí)調(diào)整兩側(cè)升降，皮帶傳動(dòng)，電機(jī)底座采用彈簧進(jìn)行張力預(yù)緊并可防止電機(jī)過(guò)載。烘干冷卻槽采用30kW烘干熱風(fēng)發(fā)生器，3HP循環(huán)風(fēng)機(jī)烘干；并用2臺(tái)2HP的高壓鼓風(fēng)機(jī)連接到高壓風(fēng)刀進(jìn)行冷卻。

2 原系統(tǒng)問(wèn)題

鈦卷軋制完表面殘留的軋制油不超過(guò)350mg/m2，技術(shù)工藝要求帶材脫脂后表面含油量小于20mg/m2。脫脂修磨線設(shè)計(jì)使用電解堿性離子水（PH：8.5～11）為脫脂介質(zhì)，通過(guò)加熱后以噴淋刷洗的方式將帶材表面的殘留軋制油進(jìn)行破乳去除，再以加熱后的脫鹽水進(jìn)行清洗，最后烘干冷卻。生產(chǎn)線在生產(chǎn)實(shí)際中存在以下問(wèn)題：

（1）生產(chǎn)線配套的ES-EIW-06電解離子水生成機(jī)堿性離子水最大產(chǎn)水量為6L/分，平均產(chǎn)水量為3.5L/分，每班最多產(chǎn)出堿性離子水1.5立方米。生產(chǎn)線配套的脫脂水槽體積為2.3立方米。根據(jù)實(shí)際脫脂效果確定的工藝要求脫脂用堿性離子水需每班更換，所以電解離子水生產(chǎn)機(jī)的造水能力不能滿足生產(chǎn)工藝要求。同時(shí)每班更換脫脂液的加水時(shí)間和加熱時(shí)間總計(jì)需要3小時(shí)以上，產(chǎn)生了嚴(yán)重的等待浪費(fèi)，每班的實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間不足4小時(shí)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率必然低下。

（2）生產(chǎn)線設(shè)計(jì)速度為30m/min，但是由于脫脂清洗質(zhì)量不高，為保證質(zhì)量生產(chǎn)線的工藝速度只能達(dá)到8m/min，生產(chǎn)線的能力沒(méi)有得到有效發(fā)揮，大大降低了鈦帶產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。尤其是生產(chǎn)任務(wù)緊急時(shí)，為了保證后續(xù)工序的正常生產(chǎn)，確保合同的按時(shí)交付，脫脂修磨線每日需要兩班生產(chǎn)，但由于班組人員只是按一班制配置，所以給車間在生產(chǎn)管理和人員調(diào)度方面帶來(lái)了諸多不便，同時(shí)也造成了能源的浪費(fèi)。

3 改造方案

通過(guò)科學(xué)、系統(tǒng)的分析脫脂修磨線在原材料、生產(chǎn)設(shè)備、能源、生產(chǎn)方式和人五方面的因素中存在的不合理、不經(jīng)濟(jì)、混亂的因素，確定從生產(chǎn)方式和生產(chǎn)設(shè)備兩個(gè)因素著手進(jìn)行改造，避免或消除包括時(shí)間、人力、物料等多種形式的浪費(fèi)，以提高生產(chǎn)效率。

脫脂修磨線的脫脂介質(zhì)原材料為堿性離子水，因其制備產(chǎn)量和脫脂能力嚴(yán)重不足，制約了生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的提高。目前有色金屬板帶材常用的脫脂清洗方法有溶劑脫脂、電解脫脂、超聲脫脂、堿液脫脂和熱水脫脂。比較成熟的脫脂方法是采用堿液脫脂，對(duì)于有機(jī)潤(rùn)滑劑，堿液具有良好的皂化作用，可與飽和脂肪酸形成脂肪酸鈉（肥皂）和甘油，同時(shí)飽和脂肪酸鈉又是良好的表面清洗活性劑，具有良好的去除有機(jī)潤(rùn)滑劑的作用。但對(duì)于大部分礦物潤(rùn)滑油，其皂化反應(yīng)不明顯，單靠堿液去除效果有效，必須添加一系列表面活性劑才能達(dá)到良好的去油效果。通過(guò)對(duì)不同公司的產(chǎn)品進(jìn)行工藝試驗(yàn)，綜合比較脫脂效果、使用周期、生產(chǎn)成本，最終選擇了麥達(dá)可爾科技有限公司CARE-39型號(hào)的脫脂劑。

近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的高壓熱水脫脂技術(shù)，采用20～60MPa的熱水高壓噴射，配合兩級(jí)熱水噴淋，可達(dá)到優(yōu)良的脫脂去污效果。該技術(shù)清潔環(huán)保，但是要引入脫脂修磨線就必須對(duì)原有噴淋系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)制造，設(shè)備改造投入較大，同時(shí)高壓系統(tǒng)的危險(xiǎn)性較大，對(duì)人員和設(shè)備存在安全隱患。

綜合經(jīng)濟(jì)投入和時(shí)間周期等因素，最終確定采用高壓熱水噴淋加脫脂劑的生產(chǎn)方式。這里的高壓只是將壓力由原先的0.4MPa提高至1MPa左右，通過(guò)將原來(lái)的2.25kW揚(yáng)程20米的同軸式抽水泵更換為DFWR80-250/2的高壓離心泵，其功率為22kW，揚(yáng)程80米。脫脂劑的皂化反應(yīng)隨溫度的升高而劇烈，CARE-39脫脂劑的理想使用溫度為80℃，系統(tǒng)原加熱功率為60kW，水箱容量為2.3m3，根據(jù)熱功學(xué)公式：

加熱脫脂劑溶液需要的熱量：

公式一：Q=Cm（t2-t1）

Q為潤(rùn)滑油由t1升至t2所吸收的熱量；

C=4.2KJ/（Kg*℃）脫脂劑溶液的比熱容；

m為脫脂劑溶液的質(zhì)量（該系統(tǒng)溶液使用量2m3，密度ρ=1×103Kg/m3）；

t1=20℃為地區(qū)常溫；

t2=80℃為脫脂劑溶液的理想溫度。

加熱體產(chǎn)生的熱量：

公式二：Q=PT

P為加熱體的功率

T是時(shí)間。

根據(jù)功和熱量的關(guān)系（1kWh=1000w×3600s=3.6×106J），將以上各數(shù)值帶入公式一和公式二分別計(jì)算可得原系統(tǒng)所需加熱時(shí)間為2.33小時(shí)，產(chǎn)生了很長(zhǎng)時(shí)間的等待浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)效率。endprint

以上結(jié)果是在不考慮系統(tǒng)熱損失的理想狀況下計(jì)算所得，但由于系統(tǒng)最終溫度與環(huán)境溫度相差較大，且沒(méi)有保溫措施，所以實(shí)際中系統(tǒng)溫度只能加熱到60℃，與脫脂劑發(fā)揮作用的最佳溫度相差較大，為了縮短加熱時(shí)間和補(bǔ)償熱損失，系統(tǒng)在脫脂槽和循環(huán)管路上分別加裝了3支6kW的加熱體。同時(shí)為了減緩脫脂劑溶液的熱量損失，對(duì)水槽外壁和循環(huán)管路做了保溫處理。脫脂槽加裝的3支加熱體用于對(duì)槽內(nèi)脫脂劑進(jìn)行加熱。循環(huán)管路上自制了一件圓筒式換熱器，3支加熱體用于對(duì)高壓泵輸送的高壓熱脫脂劑進(jìn)行二次加熱，補(bǔ)償脫脂劑的熱量損失，使高壓脫脂劑噴淋溶液達(dá)到最佳工作溫度。為防止溫度過(guò)高造成的脫脂劑高溫失效和能源浪費(fèi)，系統(tǒng)設(shè)有溫度反饋控制。

4 改造效果

脫脂修磨線經(jīng)技術(shù)改造后，加熱時(shí)間縮短至1.79小時(shí)，溫度可穩(wěn)定在78℃，可保證脫脂劑發(fā)揮最佳作用，加熱效率提高23%。同時(shí)使用的CARE-39脫脂劑去污能力強(qiáng)，可以連續(xù)使用三天，減少了中間因?yàn)楦鼡Q脫脂液而造成的時(shí)間等待浪費(fèi)。在使用脫脂劑，提高脫脂劑使用溫度和提高噴淋壓力的共同作用下，保證帶材脫脂后表面含油量小于20mg/m2的情況下生產(chǎn)線的脫脂速度可達(dá)到15～18m/min，生產(chǎn)效率提高一倍以上，這大大釋放了生產(chǎn)線的產(chǎn)能，降低了工人的作業(yè)時(shí)間，節(jié)約了人力資源，解決了車間人員管理上的問(wèn)題，同時(shí)也節(jié)約了電能消耗。技術(shù)改造前后脫脂修磨線生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)如表1所示。對(duì)比表中數(shù)據(jù)可知，通過(guò)技術(shù)改造，生產(chǎn)線通過(guò)每千克產(chǎn)品的耗電量即產(chǎn)品單耗由原先的0.1169kWh/kg降低到0.0778kWh/kg，節(jié)能幅度達(dá)到33.4%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)鈦帶產(chǎn)品在脫脂過(guò)程中出現(xiàn)的效率低下的問(wèn)題，應(yīng)用工作研究的方法剖析問(wèn)題，從生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方式兩方面入手，結(jié)合目前普遍使用的脫脂技術(shù)，采用高壓噴淋熱脫脂劑溶液的脫脂方法，增強(qiáng)了脫脂能力，大幅度提高了生產(chǎn)速度，減少了不必要的時(shí)間浪費(fèi)，從而提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)產(chǎn)生了節(jié)能降耗的作用，產(chǎn)生了一定的社會(huì)效益。

本次技術(shù)改造在鈦材行業(yè)屬于首創(chuàng)，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)鈦行業(yè)以及其他有色金屬行業(yè)具有普遍的借鑒意義。

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