無(wú)酸除鱗技術(shù)在冷軋寬帶應(yīng)用的探索與實(shí)踐

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司，四川 成都 610100）

近年來(lái)，由于各級(jí)政府、各個(gè)行業(yè)對(duì)環(huán)保的日益重視，在華北、華東等地的冷軋窄帶行業(yè)興起了無(wú)酸清洗技術(shù)（也稱(chēng)水洗技術(shù)）的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)的酸洗改為無(wú)酸清洗的技術(shù)創(chuàng)新。

1 無(wú)酸清洗工藝簡(jiǎn)介

1.1 無(wú)酸清洗原理

無(wú)酸清洗最主要的方式為高壓射流噴丸工藝，是結(jié)合傳統(tǒng)的高壓除鱗和拋丸除銹技術(shù)形成的一種新工藝。磨料（不銹鋼鋼丸、鋼砂）和高壓水混合起來(lái)，連續(xù)不斷地噴向工件表面，通過(guò)磨料的打擊和磨刷作業(yè)從而達(dá)到工件除鱗、除銹和清洗目的。在冷軋冶金行業(yè)中，熱軋鋼卷表面的氧化鐵致密而粘連，鋼帶往往經(jīng)過(guò)拉伸、彎曲等方式進(jìn)行剝殼預(yù)處理，然后進(jìn)行高壓噴砂加工。高壓射流除鱗的關(guān)鍵作業(yè)部件為噴嘴（噴頭），在進(jìn)行高壓除鱗作業(yè)時(shí)噴嘴（噴頭）由于巨大的反作用力影響，須要將噴嘴固定，固定后的噴嘴形成固定的角度、固定的壓力和穩(wěn)定的流量進(jìn)行噴射，鋼帶沿縱向水平布置、沿橫向傾斜0°~45°、通過(guò)張力牽引方法進(jìn)行輸送，使鋼帶上下兩面同時(shí)或先后通過(guò)固定噴射區(qū)，實(shí)現(xiàn)氧化皮的除鱗清理；通過(guò)卷取機(jī)收卷速度調(diào)節(jié)進(jìn)行除鱗強(qiáng)度控制，實(shí)現(xiàn)鋼帶經(jīng)過(guò)固定噴射區(qū)的單位面積打擊（磨刷）力度調(diào)節(jié)，最終保證熱軋帶鋼氧化皮清理質(zhì)量得到有效控制。

由于不同鋼廠(chǎng)、不同材質(zhì)的熱軋卷存在清理難度的差異，為了保證無(wú)酸清洗力度有可控性，整個(gè)除鱗清洗過(guò)程中張力、速遞、壓力、流量等相關(guān)參數(shù)由PLC進(jìn)行程序控制；對(duì)供水、磨料、斷帶等進(jìn)行自動(dòng)診斷和報(bào)警，保證生產(chǎn)設(shè)備具有智能化控制水平。

圖1 高壓射流設(shè)備示意圖

1.2 高壓射流的環(huán)保優(yōu)勢(shì)

高壓射流噴丸除鱗清洗技術(shù)的能源為電、載體為水、材料為鋼砂：生產(chǎn)線(xiàn)唯一能源為電力，避免了傳統(tǒng)酸洗對(duì)蒸汽的熱力需求；生產(chǎn)用水經(jīng)沉淀處理后壓入水箱循環(huán)使用；鋼砂經(jīng)回收分選打入儲(chǔ)砂罐后循環(huán)使用；循環(huán)水中沉淀的廢渣均為鋼砂、氧化鐵等高品位含鐵原料，直接回收后供鋼廠(chǎng)生產(chǎn)的原料使用。

高壓射流噴丸除鱗清洗生產(chǎn)過(guò)程無(wú)酸霧，無(wú)粉塵污染，無(wú)廢水、廢氣排放。真正實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)“三廢”零排放，實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保、高效除鱗。與傳統(tǒng)酸洗除鱗工藝相比，避免了重金屬離子、酸根離子及粉塵的產(chǎn)生與污染。通過(guò)自動(dòng)化、流水線(xiàn)的工藝技術(shù)與成套設(shè)備充分保證了冷軋帶鋼表面處理的高質(zhì)高效和清潔化，滿(mǎn)足后續(xù)冷軋等工藝要求，在系統(tǒng)集成性、先進(jìn)實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)合理性、穩(wěn)定可靠性等方面基本滿(mǎn)足冷軋冶金的生產(chǎn)要求。

2 無(wú)酸除鱗技術(shù)在冷軋寬板中應(yīng)用探討

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)十條高壓射流噴丸在冷軋窄帶、建筑鋼構(gòu)的清洗應(yīng)用案例考察，研究冷軋寬帶鋼通過(guò)高壓射流噴丸技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)酸化應(yīng)用的可能，提出對(duì)原有窄帶用高壓射流技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和完善方案，實(shí)現(xiàn)冷軋寬帶無(wú)酸化應(yīng)用的實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)水洗工藝由窄帶擴(kuò)展到寬帶（寬度從190mm到1050mm）、由黑帶（或灰?guī)В┫蚋咂焚|(zhì)光亮面板、由普通的Q195到st12、st13（spcc、spcd）等領(lǐng)域拓展。

無(wú)酸除鱗技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)酸洗工藝簡(jiǎn)單，在東南沿海有大大小小不同規(guī)模的設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家，盡管無(wú)酸除鱗技術(shù)在礦山設(shè)備清洗、建筑鋼構(gòu)除銹等領(lǐng)域應(yīng)用成熟，在冷軋窄帶的應(yīng)用也趨于發(fā)散，但冷軋寬帶面臨產(chǎn)品表面質(zhì)量要求高、產(chǎn)品再加工技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)的問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)酸除鱗技術(shù)的應(yīng)用面臨制約和阻力，需要強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)技術(shù)整合，攻克和解決上述問(wèn)題。長(zhǎng)沙礦冶研究院針對(duì)窄帶鋼酸洗除磷清理存在污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀而開(kāi)發(fā)的模塊化、連續(xù)化的工藝技術(shù)在窄帶鋼應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了流水化、自動(dòng)化，也有諸多成功應(yīng)用案例，但在寬帶冷軋的應(yīng)用還是空白。四川省龍威公司作為專(zhuān)業(yè)的冷軋生產(chǎn)企業(yè)，主要生產(chǎn)家電面板、汽摩沖壓用冷軋寬板卷，有近二十年的冷軋酸洗工藝和技術(shù)積累，龍威公司和長(zhǎng)礦院合作并探討了無(wú)酸清洗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用。

2.1 冷軋寬帶無(wú)酸除鱗的工藝

圖2 冷軋寬帶無(wú)酸除鱗示意圖

冷軋寬帶無(wú)酸除鱗生產(chǎn)流程圖：

熱軋鋼卷→上料→開(kāi)卷→剪切→換向→張緊→上表面清洗

→下表面清洗→沖洗→吹掃→擠干→風(fēng)干→夾送→活套→張力→剪切→卷取→卸卷→進(jìn)入下工序。

2.2 無(wú)酸除鱗技術(shù)的主要設(shè)備

2.2.1 前后輸送輔助設(shè)備

前后輔助設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)鋼帶開(kāi)卷、收卷和提供張力，以保證鋼帶在生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)定輸送。

設(shè)備包括：入料臺(tái)車(chē)、液壓放卷機(jī)、液壓開(kāi)卷輔助支撐、接料板、直頭裝置、九輥整平（帶夾送）、液壓剪床、焊接平臺(tái)、風(fēng)干設(shè)備、S輥機(jī)、活套、三輥張力臺(tái)、剪切機(jī)、液壓收卷機(jī)、液壓收卷輔助支撐、出料臺(tái)車(chē)、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)、沉淀池。

2.2.2 水洗工藝段設(shè)備

工藝段設(shè)備的主要功能是清除鋼帶表面上的氧化皮，實(shí)現(xiàn)磨料（鋼砂、鋼丸）循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)污水經(jīng)沉淀及過(guò)濾處理后，壓入水箱循環(huán)使用。

（1）高壓水泵：

高壓水泵是高壓射流動(dòng)力和能量來(lái)源的保證，是生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)順行和質(zhì)量的保障。高壓水泵額定工作壓力：55Mpa。高壓水泵額定流量：7m3/h。高壓水泵配噴嘴：6~8個(gè)/臺(tái)。

（2）磨料（鋼丸）：鋼丸規(guī)格范圍：0.2mm~0.3mm。

（3）噴頭（噴嘴）：工作壓力：50MPa~55MPa。

（4）配套設(shè)備：配套輔助設(shè)備包括：水箱、清理系統(tǒng)、沖丸系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)、磨料分選系統(tǒng)、污水沉淀池、污水過(guò)濾系統(tǒng)、擠干設(shè)備等。

3 冷軋寬板無(wú)酸除鱗的生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 生產(chǎn)產(chǎn)品參數(shù)

材質(zhì)：熱軋普碳鋼。料寬：1050mm~1250mm。厚度：2.0mm~4.0mm。原料卷外徑：￠1000mm~￠2000mm。原料卷內(nèi)徑：￠762mm。材料屈服強(qiáng)度：235MPa。原料卷重量：≤25T。

3.2 輔助段（前后工序）操作要點(diǎn)

（1）帶頭帶尾：鋼卷穿帶前保證帶頭、帶尾進(jìn)行平直剪切，避免鋼帶頭尾對(duì)接處缺陷造成輸送過(guò)程的卡?。讳摼韼ь^、帶尾進(jìn)行均勻有效焊接，避免過(guò)程焊接部位劃傷工藝通道或鋼帶被拉斷。

（2）充分校直：鋼卷在矯正環(huán)節(jié)保證充分矯正，便于鋼卷展開(kāi)后其表面均勻接受?chē)娮炷チ系拇驌艉湍ニ?，如果存在局部蜷曲，將?yán)重影響單位面積的打擊強(qiáng)度；根據(jù)電流及阻力情況可以適當(dāng)增加延伸率或者加大矯直機(jī)的壓下量以幫助鋼帶氧化層的脫落。

（3）換向平穩(wěn)：鋼卷縱向水平和橫向傾斜要保證換向高度和鋼帶扭轉(zhuǎn)角度調(diào)整一致，減少鋼帶的輸送阻力；通過(guò)調(diào)整鋼卷邊部對(duì)齊或鋼卷板心一致，保證鋼帶在噴射區(qū)的穩(wěn)定通過(guò)。

（4）恒速恒張：保證鋼帶清洗過(guò)程中卷取機(jī)穩(wěn)定的張力和穩(wěn)定速度，在噴射區(qū)參數(shù)固定環(huán)境下保證鋼帶拉緊、繃直并均勻通過(guò)，以實(shí)現(xiàn)噴射的均勻性和提高噴射的效率；通過(guò)觀(guān)察鋼帶表面色差，實(shí)時(shí)調(diào)整卷取速度以保證板面除鱗強(qiáng)度。

（5）板面沖洗：觀(guān)察鋼帶表面松散附著的鐵銹密度，調(diào)整清洗區(qū)內(nèi)的沖洗壓力和毛刷力度保證沖洗質(zhì)量，并減少對(duì)后工序軋制力和乳化液的影響。

（6）吹掃風(fēng)干：適當(dāng)調(diào)節(jié)擠干輥輥縫和壓力，減少帶鋼板面帶水量；調(diào)整風(fēng)嘴角度，利用空壓機(jī)吹去鋼帶表面多余水分的同時(shí)調(diào)整風(fēng)干的均勻性。

3.3 工藝段生產(chǎn)操作要點(diǎn)

（1）保證聯(lián)動(dòng)運(yùn)營(yíng)：循環(huán)水經(jīng)高壓泵送至噴嘴，同時(shí)磨料分選器中磨料也送至噴嘴，此時(shí)磨料在高壓水作用下混合打擊磨刷鋼帶，打擊后含有氧化鐵、鋼磨料、水經(jīng)抽砂泵經(jīng)混合管道抽送至磨料分選器，磨料分選器輸出端分兩路，一路為分選后的磨料經(jīng)磨料管道送至噴嘴循環(huán)使用，一路為分選后含氧化鐵的濁水經(jīng)濁水管送至沉淀池，經(jīng)十四級(jí)沉淀后的清水經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入凈水箱循環(huán)使用。

（2）保證噴射負(fù)壓：水洗技術(shù)中噴嘴噴水時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，使吸砂管入口處形成較大的抽吸力，抽吸力的大小直接影響高壓水流中磨料的比例，噴嘴吸入磨料并隨高壓水噴射到鋼卷板面實(shí)現(xiàn)打擊和磨刷作用，形成除鱗效果，所以噴射負(fù)壓直接影響除鱗力度，水中穩(wěn)定的磨料比例是除鱗質(zhì)量的重要保證。噴嘴出口處的噴射流速變化影響負(fù)壓變化，而噴射流速的保障來(lái)源是高壓水泵系統(tǒng)，高壓水泵系統(tǒng)不僅是噴射負(fù)壓更是噴射力度的保障。

（3）保證虹吸穩(wěn)定：噴嘴負(fù)壓給了磨料管抽吸力，磨料管須保證噴嘴連續(xù)均勻吸砂要求，從而達(dá)到滿(mǎn)足冷軋帶鋼連續(xù)均衡生產(chǎn)需要。磨料管出口和噴嘴的出口集成設(shè)計(jì)雖然獲得最好的抽吸效果，但磨料管的長(zhǎng)度、磨料的輸送阻力，特別是磨料的來(lái)源直接影響送砂的質(zhì)量。磨料的來(lái)源是位于高位的儲(chǔ)砂罐，因?yàn)槟チ狭鲃?dòng)性較差需要高壓水沖擊磨砂，故儲(chǔ)砂罐也可稱(chēng)為沖砂罐。磨料經(jīng)回收后儲(chǔ)存在沖砂罐中，沖砂罐呈圓錐狀的封閉式結(jié)構(gòu),沖砂器內(nèi)設(shè)有多道沖砂噴射孔,目的是保證磨料有充足的流動(dòng)性。生產(chǎn)運(yùn)行前和生產(chǎn)運(yùn)行后要維持沖砂器中噴射孔的噴射時(shí)間，避免沖砂噴射孔的堵塞。

（4）保證抽水泵的供水壓力和流量：離心式高壓水泵將清水加壓，通過(guò)工作水管送給噴嘴和沖砂器。噴嘴通過(guò)高能量的水流量和流速保證磨料的打擊力度和磨刷能力；沖砂器中多道、多角度的噴射孔通過(guò)高能量的水流量和流速保證磨砂順利進(jìn)入磨料軟管。所以，生產(chǎn)過(guò)程中要通過(guò)抽水泵的高壓水流保證：磨料儲(chǔ)存罐中的鋼砂在噴射水流的作用下被攪動(dòng)成流態(tài)狀；在噴嘴高速射流的作用下,噴嘴出口處產(chǎn)生負(fù)壓，在吸砂管入口處形成了較大的抽吸力，被攪動(dòng)流態(tài)化的磨料從吸砂管入口處吸入,并進(jìn)入磨砂管,在磨砂管內(nèi)被吸入噴嘴后打擊到工件表面。

（5）保證循環(huán)水的清潔度：充分沉淀和多級(jí)過(guò)濾后的凈水是無(wú)酸生產(chǎn)效率的保障，含有磨砂、氧化鐵的循環(huán)水不僅造成管道、噴嘴的堵塞，而且造成高壓水泵的頻繁維修、造成過(guò)濾器沖洗頻繁。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高壓射流噴丸技術(shù)的研究，探討無(wú)酸除鱗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用，對(duì)其應(yīng)用實(shí)踐分析結(jié)論如下：

（1）無(wú)酸化除鱗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用中產(chǎn)品質(zhì)量保證能力：無(wú)酸除鱗后帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量和傳統(tǒng)酸洗產(chǎn)品質(zhì)量一致；通過(guò)無(wú)酸除鱗后的產(chǎn)品其表面的粗糙度比傳統(tǒng)鹽酸酸洗產(chǎn)品粗糙度略大，需要通過(guò)改變磨料粒徑，噴射角度和噴射距離調(diào)節(jié)除鱗效果，需要后工序調(diào)整相應(yīng)工藝參數(shù)予以適應(yīng)。

（2）無(wú)酸化除鱗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用中環(huán)保影響：與傳統(tǒng)鹽酸酸洗工藝相比，無(wú)酸除鱗中水、磨料循環(huán)使用，沉淀后的磨料、氧化鐵等廢渣以鐵精礦形式回收供鋼廠(chǎng)作原料使用；生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢酸、廢水、廢氣排放。

（3）無(wú)酸化除鱗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用中產(chǎn)能影響：無(wú)酸除鱗中單組噴嘴的帶鋼生產(chǎn)速度可達(dá)20～40m/min，可根據(jù)實(shí)際要求，串聯(lián)多個(gè)清理單元，實(shí)現(xiàn)速度提升。

（4）無(wú)酸化除鱗技術(shù)在冷軋寬帶的應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性：無(wú)酸除鱗與傳統(tǒng)鹽酸除鱗相比，就工序成本而言綜合加工費(fèi)降低20%；但本次探索和實(shí)驗(yàn)沒(méi)有完成全套技術(shù)改造、沒(méi)有形成連續(xù)批量的生產(chǎn)規(guī)模，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足，暫不形成兩個(gè)技術(shù)體系的經(jīng)濟(jì)分析。