水洗生產(chǎn)線技術(shù)要點(diǎn)及工藝實(shí)踐

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司，四川 成都 610100）

在國(guó)家環(huán)保政策的高壓環(huán)境下，企業(yè)為徹底解決由傳統(tǒng)酸洗中出現(xiàn)的酸霧、廢酸、廢水和氯化亞鐵等污染物帶來的環(huán)境污染問題，進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，應(yīng)用于窄帶行業(yè)的水洗技術(shù)得到了關(guān)注和推廣，水洗技術(shù)是結(jié)合離心拋丸和高壓噴射而形成的新興技術(shù)，之前主要應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的表面除銹和機(jī)械設(shè)備的除泥清洗。隨著水洗技術(shù)在冷軋冶金工業(yè)的推廣和應(yīng)用后，出現(xiàn)了除鱗不干凈、生產(chǎn)不均衡等技術(shù)問題，以及介質(zhì)消耗過大、用水不平衡等工藝問題，這些設(shè)備技術(shù)問題、生產(chǎn)工藝問題嚴(yán)重影響了生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量，因此需要進(jìn)行生產(chǎn)線二次技改和優(yōu)化。在分級(jí)脫鱗、降低水耗和質(zhì)量提升等方面進(jìn)行系列改進(jìn)和優(yōu)化，該條生產(chǎn)線滿足了正常的冷軋工藝對(duì)鋼卷預(yù)處理的生產(chǎn)質(zhì)量要求，使水洗技術(shù)在冶金工業(yè)中可以正常應(yīng)用。

該文通過對(duì)該條生產(chǎn)線近4 a 的運(yùn)行分析，總結(jié)了水洗生產(chǎn)線前工序機(jī)械式粗脫鱗、前后儲(chǔ)料裝置和鋼帶旋轉(zhuǎn)傾斜等技術(shù)要點(diǎn)，分析了標(biāo)高落差實(shí)現(xiàn)介質(zhì)自動(dòng)循環(huán)、生產(chǎn)主線“凹型”運(yùn)行等工藝實(shí)踐。

1 水洗生產(chǎn)線技術(shù)要點(diǎn)

1.1 前工序機(jī)械式粗脫鱗

水洗生產(chǎn)線的主要目的是去除鋼帶表面的氧化層，由于上游熱軋?jiān)仙a(chǎn)企業(yè)的裝備水平和生產(chǎn)方式不同，鋼帶表面氧化鐵的厚度波動(dòng)較大，有的鋼帶氧化層厚度達(dá)到0.1mm～0.3mm，氧化鐵的重量比例達(dá)到5 ‰～15‰，因此，大量的氧化鐵通過水洗進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，加速了對(duì)水的污染，增加了對(duì)氧化鐵的處理難度以及對(duì)沉積氧化鐵的清理頻率。由于熱軋母材產(chǎn)品材質(zhì)和鋼號(hào)的差異，鋼帶表面氧化鐵皮的致密度、附著性、柔韌性差異較大，因此，水洗對(duì)脫鱗產(chǎn)生的效果也不一樣。在水洗前進(jìn)行氧化鐵的預(yù)處理，不僅可以降低水洗的壓力，提升水洗的效率，更降低了循環(huán)水的維護(hù)成本。

水洗技術(shù)的原理類似于傳統(tǒng)的拋丸除銹技術(shù)，由于水洗的鋼丸——鋼砂（也叫磨砂）直徑太小，不能通過離心力或壓縮空氣實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的打擊，因此，通過高壓水作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的作用力，同時(shí)水又起到了抑制粉塵、收集粉塵并清潔工件的作用。雖然水砂混合后的高壓射流可以完全打掉、磨掉工件表皮甚至擊穿工件，但是如果利用工件本體和表皮的延伸率不同、密度不同、強(qiáng)度不同等特性，在水洗前通過工件的彎曲變形、延伸變形實(shí)現(xiàn)表皮脫落，大大起到了水洗的壓力，其前工序的預(yù)除鱗起到事半功倍的作用。

在鋼帶進(jìn)入水洗工藝段之前，利用氧化鐵與鋼帶自身相應(yīng)的密度以及延伸率來實(shí)施反復(fù)彎曲變形從而導(dǎo)致氧化鐵自然脫落。因?yàn)樵谒翠搸岸家蟪C直鋼帶，所以通常都是使用多輥轎直機(jī)來進(jìn)行脫鱗。多輥矯直機(jī)大壓下作業(yè)可以理解為軋制變形，其變形機(jī)理符合金屬軋制變形原理，鋼帶在多輥——軋制變形區(qū)域的變形是不均勻的，不僅鋼帶外部的幾何形狀不均勻，更主要的是鋼帶內(nèi)部變形分布也不均勻，由于鋼帶摩擦力、鋼帶板厚、內(nèi)部質(zhì)量以及表面狀態(tài)等影響[1]，因此加劇了鋼帶基本和表面氧化鐵皮的剝落，實(shí)現(xiàn)了預(yù)脫落的效果。常見設(shè)備有九輥轎直、七輥轎直。通過對(duì)轎直輥刻痕、轎直震動(dòng)可以進(jìn)一步提升除鱗效果，為了進(jìn)一步增加除鱗效果，也可采用拉矯機(jī)（大彎曲變形加大拉伸變形）實(shí)現(xiàn)高效機(jī)械除鱗，如果機(jī)械除鱗設(shè)備的能力參數(shù)選取得當(dāng)、工藝控制合理，在前面的機(jī)械除鱗工序可以脫落10%～90%的氧化鐵，大大緩解了水洗的清洗壓力，釋放設(shè)備產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本。

前工序粗除鱗是提升水洗競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵工序，是解決水洗相對(duì)酸洗存在若干不足的必要輔助措施：同等長(zhǎng)度的生產(chǎn)線水洗比酸洗產(chǎn)能減半，如果前工序機(jī)械除鱗與之配套，水洗的產(chǎn)能就會(huì)提升50%～200%；水洗后的氧化鐵100%沉積或懸浮于循環(huán)水中，增加了循環(huán)水的沉積過濾時(shí)間以及水洗儲(chǔ)水池的容量，所清洗的工件表面附著氧化鐵，影響了后工序的冷軋深加工，造成高壓凈水處理壓力和過濾器的反復(fù)沖洗，導(dǎo)致高壓泵耗材增加及作業(yè)率不高。同時(shí)，前工序機(jī)械除鱗后的氧化鐵處于干燥狀態(tài)，易于收集和利用。前工序機(jī)械除鱗是水洗規(guī)?；a(chǎn)中必要的、事半功倍的環(huán)節(jié)。

1.2 前后儲(chǔ)料裝置

水洗生產(chǎn)線最好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)就是連續(xù)均衡地運(yùn)轉(zhuǎn)，但鋼帶原料和成品均以“卷”為單位，鋼卷上線和下線需要按卷打捆、包裝和運(yùn)輸，生產(chǎn)的連續(xù)作業(yè)和原料成品的分卷上線下線存在矛盾。

為了提高水洗生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、降低水洗的生產(chǎn)成本、提高水洗產(chǎn)品的質(zhì)量，可以在水洗工藝段前后各設(shè)置儲(chǔ)料裝置，儲(chǔ)料裝置的目的是沖抵上料下料的時(shí)間差。儲(chǔ)料裝置一般包括活套坑、儲(chǔ)料機(jī)2 種方式。雖然活套坑運(yùn)營(yíng)成本低，但是由于其深度，達(dá)到了5 m～15 m，活套坑需要在建設(shè)廠房時(shí)一道施工；儲(chǔ)料機(jī)較為簡(jiǎn)單，可以根據(jù)水洗生產(chǎn)線參數(shù)進(jìn)行地面配套設(shè)置。

1.3 鋼帶旋轉(zhuǎn)傾斜

在水洗作業(yè)時(shí)，高壓噴嘴以150 mp 的力度連續(xù)、均衡地向鋼帶表面噴射水砂混合物，完成打擊作業(yè)的水砂混合物順著板面沉積，沉積在板面的鋼砂需要快速離開板面，以避免阻礙和隔離后續(xù)噴射的鋼砂打擊作業(yè)，如果水砂混合物滯留在鋼帶表面，后續(xù)高壓射流就打擊在前面的水砂混合物上，高壓噴射作業(yè)強(qiáng)度和效果大大降低。同時(shí)，大面積延伸的鋼砂又不能很快地回收和利用，造成鋼砂使用量增大。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)踐，解決該問題有2 種途徑：1）調(diào)整高壓噴嘴的角度（由40 ℃調(diào)整為60 ℃），增大噴砂作業(yè)角度后的水砂混合物一方面由于反作用力的原因快速脫落板面，另一方面順著鋼帶前進(jìn)方向分流。2）直接讓鋼帶傾斜，通過鋼帶在進(jìn)入清洗箱前旋轉(zhuǎn)45°傾角（圖1），高壓噴嘴出來的水砂混合物打擊到鋼帶表面后隨自重又落到箱底。調(diào)整高壓噴射角度的方法會(huì)大大影響生產(chǎn)線長(zhǎng)度，通過旋轉(zhuǎn)鋼帶角度的方法是經(jīng)過試驗(yàn)和應(yīng)用后最為可取的方法，是水洗生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的重大突破。

圖1 鋼帶旋轉(zhuǎn)傾斜示意圖

2 水洗生產(chǎn)線工藝實(shí)踐

2.1 標(biāo)高落差實(shí)現(xiàn)介質(zhì)自動(dòng)循環(huán)

水洗中鋼砂打擊工件的能量來源于高壓水，鋼砂的回收、過濾和儲(chǔ)存也是靠水實(shí)現(xiàn)的，打擊和研磨物（氧化鐵及鐵粉）的收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、沉淀均是依托水，所有的水要實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用就需要做到高壓出去并等量收集回來。收集回水主要靠水泵，為了節(jié)約水泵及電力，可以利用“水往低處流”的特性達(dá)到自動(dòng)回水的效果。

水洗生產(chǎn)線需要800 m3～2000 m3的循環(huán)水量，較大的水量經(jīng)過不同等級(jí)的水泵從儲(chǔ)水池打到不同的設(shè)備，機(jī)組進(jìn)行打擊作業(yè)、沖洗作業(yè)、吸附作業(yè)，作業(yè)完成后所有的水又要全部回到儲(chǔ)水池，如何使抽出去的水不再用水泵抽回來，不僅節(jié)約投資而且降低運(yùn)營(yíng)成本，就需要合理地設(shè)置儲(chǔ)水池標(biāo)高、用水點(diǎn)的回水標(biāo)高，通過高位落差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回水?；厮饕腥缦? 組:第一組是水量最大的是抽砂水，抽砂水從水洗工藝區(qū)底部將箱底砂抽到位于設(shè)備頂部的儲(chǔ)砂罐，由于儲(chǔ)砂罐處于所有設(shè)備的最高點(diǎn)，達(dá)到+5m～10m，有較高的落差，回水能正常回流到儲(chǔ)水池。第二組是水量較大的高壓回水，高壓噴嘴噴射出來的水和磨料一道從清洗工藝區(qū)清洗箱底側(cè)流出，清洗箱底側(cè)的標(biāo)高要大于儲(chǔ)水池水面標(biāo)高2m～3m。第三組是水量較小的余水（整個(gè)生產(chǎn)線各處殘余水和飛濺滴水），余水收集裝置的標(biāo)高是儲(chǔ)水池標(biāo)高的重要參考數(shù)據(jù)，是整個(gè)回水系統(tǒng)的自然落差回流的關(guān)鍵。儲(chǔ)水池不能隨意降低標(biāo)高，儲(chǔ)水池一方面要利用低標(biāo)高收集各類回水，另一方面要利用高標(biāo)高給高壓凈水過濾系統(tǒng)自然供水。如果儲(chǔ)水池標(biāo)高太低，就需要有水泵給高壓凈水過濾器供水，如果儲(chǔ)水池標(biāo)高略高，回水回水系統(tǒng)就會(huì)回流受阻。

水洗生產(chǎn)線主要是以水為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)磨料（各類砂料）輸送、打擊、沉淀以保證清洗功能，從儲(chǔ)水到回水，從設(shè)備內(nèi)到設(shè)備外，包括高壓噴射在空氣中產(chǎn)生的水霧，為了高效實(shí)用和檢修方便，水洗車間對(duì)水的使用是封閉、半封閉和開放、半開放狀態(tài)，水存在于生產(chǎn)車間的每個(gè)環(huán)節(jié)。水的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理得好，水洗生產(chǎn)車間是正常的干作業(yè)，否則生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)處處積水、回水橫流以及場(chǎng)地潮濕等現(xiàn)象，不僅影響車間定置文明，更加重設(shè)備設(shè)施的銹蝕。根據(jù)抽砂回水標(biāo)高、高壓回水標(biāo)高、工藝余水標(biāo)高結(jié)合高壓凈水過濾取水標(biāo)高確定儲(chǔ)水池標(biāo)高后，可以解決99%的自動(dòng)回水，再適當(dāng)做好封閉和半封閉，水洗車間完全能夠?qū)崿F(xiàn)“只聞水聲、不見其水”的效果，如圖2 所示。

圖2 標(biāo)高落差示意圖

2.2 生產(chǎn)主線“凹型”設(shè)計(jì)

水洗投產(chǎn)后，因?yàn)闆]有很好地對(duì)水進(jìn)行管理，生產(chǎn)車間一度出現(xiàn)了處處水簾洞、遍地是小溪的景象，整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)貌視“雨天”作業(yè)。通過“凹型”改造后實(shí)現(xiàn)了“晴天”作業(yè)，通過鋼帶旋轉(zhuǎn)傾斜大大縮短了工藝線的長(zhǎng)度并提升了鋼砂的回收率，通過增加頭尾儲(chǔ)料裝置實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高效生產(chǎn)。

生產(chǎn)主線“凹型”（圖3）設(shè)計(jì):水洗生產(chǎn)線兩頭為開卷和收款功能，均為干作業(yè)，中間段水洗箱為封閉的濕業(yè)，在正常生產(chǎn)情況下，鋼帶從清洗箱出來由于板溫影響（工件溫度達(dá)到40 ℃～50 ℃），鋼帶從清洗箱出來運(yùn)行3 m～5 m 后鋼帶會(huì)自然蒸發(fā)、風(fēng)干。在生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)事故、設(shè)備檢修等原因，鋼帶從濕作業(yè)區(qū)出來難免不帶水，因此對(duì)鋼帶進(jìn)入水洗箱前的第一組輥道、出清洗箱后的第一組輥道進(jìn)行標(biāo)高提升：20 mm～100 mm，以便于在生產(chǎn)過程中鋼卷在生產(chǎn)線上出現(xiàn)后退、前進(jìn)時(shí)也不會(huì)將清洗箱及濕作業(yè)區(qū)的水帶到生產(chǎn)線的兩端。

圖3 水洗全線示意圖

3 其他技術(shù)要點(diǎn)和工藝應(yīng)用

3.1 用水平衡控制技術(shù)

水是水洗生產(chǎn)線的主要介質(zhì)，生產(chǎn)線運(yùn)營(yíng)初期多次出現(xiàn)水位過低導(dǎo)致生產(chǎn)中斷、補(bǔ)水過多造成循環(huán)水外溢，以及頻繁無規(guī)律補(bǔ)水造成管理不受控，需要一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)用水的自動(dòng)平衡。

生產(chǎn)線中水以密封、半開口、敞口3 種方式作業(yè)、流動(dòng)和儲(chǔ)存，在不同的位置通過高溫蒸發(fā)、自然蒸發(fā)、水霧流失、風(fēng)干等方式實(shí)現(xiàn)水的消耗，所以生產(chǎn)線是一個(gè)持續(xù)補(bǔ)水的過程。儲(chǔ)水池、回水管路、清洗箱以及凈水池等都可以補(bǔ)水，最佳補(bǔ)水位置是用水量最小的清洗段。清洗箱處于水洗工藝段最后的位置，清洗箱主要是對(duì)鋼帶表面進(jìn)行最后清洗，清洗水泵的取水點(diǎn)為高壓凈水水池，高壓凈水池的水雖然經(jīng)過管道過濾，但是仍然存在懸浮雜質(zhì)，如果補(bǔ)水用于清潔新水，不僅大大提升了產(chǎn)品清潔度，而且最大限度地節(jié)約了用水量。由于水洗生產(chǎn)線耗水量和補(bǔ)水量較小，因此靠補(bǔ)水進(jìn)行清洗會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)水大于蒸發(fā)耗水，出現(xiàn)工業(yè)排水，失去零排放的意義。

為了實(shí)現(xiàn)耗水和補(bǔ)水的平衡，通過生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，可以在清洗工序設(shè)置多級(jí)清洗技術(shù)，如設(shè)置三級(jí)清洗裝置，僅在第三組清洗環(huán)節(jié)中采用新水作為水源，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的補(bǔ)水；對(duì)第三組清洗管道或高壓水泵設(shè)置可調(diào)流量或壓力控制系統(tǒng)，通過在儲(chǔ)水池設(shè)置液位計(jì)采集信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)流量或壓力控制系統(tǒng)的反饋，最終實(shí)現(xiàn)水洗生產(chǎn)線的自動(dòng)補(bǔ)水控制，通過用水平衡管理達(dá)到提升技術(shù)水平和降低成本的目的。

3.2 運(yùn)營(yíng)模式的工藝應(yīng)用

水洗生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)局部高亮、局部麻點(diǎn)，以及出現(xiàn)板帶黑白色差、間斷黑帶等現(xiàn)象，這些產(chǎn)品質(zhì)量瑕疵的問題通過工藝優(yōu)化解決。

水洗生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行的工藝制度按3 種模式設(shè)置和聯(lián)動(dòng)包括生產(chǎn)線啟動(dòng)模式、生產(chǎn)線暫停模式以及生產(chǎn)線回退模式。生產(chǎn)線啟動(dòng)模式的工藝秩序按卷取機(jī)帶張力運(yùn)行啟動(dòng)→高壓水噴射啟動(dòng)→磨砂閥門打開的秩序要求進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，工藝參數(shù)為卷取速度10 m/min、高壓噴射啟動(dòng)延時(shí)小于3 s、磨砂閥門同步時(shí)間誤差小于1 s；生產(chǎn)線暫停模式的工藝秩序按磨砂閥門關(guān)閉→卷取機(jī)帶張力暫?！邏核畤娚潢P(guān)閉的秩序要求進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，工藝參數(shù)為磨砂閥門同步時(shí)間誤差小于1 s、卷取機(jī)張力10 kN～20 kN、高壓噴射關(guān)門延時(shí)小于3 s；生產(chǎn)線回退模式的工藝秩序按磨砂閥門關(guān)閉→高壓水噴射關(guān)閉→卷取機(jī)失張并機(jī)械制動(dòng)或電氣制動(dòng)控制。

通過水洗生產(chǎn)線3 種工藝運(yùn)行方式的工藝優(yōu)化和應(yīng)用實(shí)踐，可以解決由于設(shè)備啟動(dòng)不同步造成的間斷黑帶問題，解決生產(chǎn)線暫停造成鋼帶局部連續(xù)打擊帶來的局部高亮、局部麻點(diǎn)問題，以及生產(chǎn)線回退造成鋼帶噴射打擊不均勻帶來的板帶黑白色差的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

水洗工藝作為一種新興發(fā)展的綠色環(huán)保技術(shù)在許多領(lǐng)域中廣泛地應(yīng)用，但是在金屬脫鱗方面還處于優(yōu)化和改進(jìn)階段，特別是應(yīng)用于冷軋寬帶的生產(chǎn)過程中還存在一定的產(chǎn)品質(zhì)量瑕疵和生產(chǎn)成本較高的問題。該文通過在水洗生產(chǎn)線中加強(qiáng)前工序預(yù)除鱗、頭尾儲(chǔ)料、鋼帶旋轉(zhuǎn)傾斜的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)控制，利用標(biāo)高落差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回水、生產(chǎn)主線凹型設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)線控水等工藝優(yōu)化和完善，不僅解決和處理了質(zhì)量和成本的問題，也進(jìn)一步提升了水洗技術(shù)的適用性。

該文所述的水洗技術(shù)要點(diǎn)和工藝實(shí)踐是經(jīng)1050 型水洗生產(chǎn)線從技改、試生產(chǎn)、停機(jī)改進(jìn)和生產(chǎn)優(yōu)化等實(shí)踐中得出的寶貴經(jīng)驗(yàn)，部分技術(shù)、辦法、措施是工程技術(shù)人員通過大量的現(xiàn)場(chǎng)研究和反復(fù)試驗(yàn)的技術(shù)總結(jié)和應(yīng)用成果，是水洗技術(shù)發(fā)展的寶貴財(cái)富。