無紡布擠干輥及真空擠干機在金屬板、帶、箔生產(chǎn)中的應(yīng)用

張 峰

（咸陽大田機械有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000）

1 背景分析

目前，隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對鋼鐵、銅、鋁等合金的板、帶、箔產(chǎn)品的需求越來越大，表面質(zhì)量要求也越來越高，要求具備光亮、平整等優(yōu)良的表面質(zhì)量，以滿足后續(xù)的電鍍、焊接、沖壓等二次加工的嚴(yán)格技術(shù)要求[1]。長期以來，金屬板帶生產(chǎn)中的清洗、擠干等工序使用的輥子都是采用鋼輥包膠工藝制造而成的[2]，在實際使用中發(fā)現(xiàn)存在很多問題，主要有以下幾個方面。

1.1 膠輥擠干效果差

由于膠輥本身不具有吸附性能，僅是靠擠壓的作用來“推趕”液體[3]。在使用過程往往擠不干凈，對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大[1]。對于冷軋工序，會因軋制油除不干凈，軋硬板表面殘余油污鐵粉很多，給后續(xù)的堿洗脫脂造成困難[4]；對于堿洗工序，會因堿液擠不干而造成堿漬殘留，造成后續(xù)的鍍鋅漏鍍?nèi)毕莼蛲嘶鸢灞砻姘唿c缺陷[5]；對于酸洗工序，會因酸液擠不干，造成酸洗板的過酸洗缺陷。對于漂洗、平整工序，會因漂洗水、平整液擠不干凈，不得不增加邊部噴嘴吹掃水分，或延長烘干設(shè)備的長度，盡管如此還是不能完全去除邊部水分，給下道的退火、鈍化等工序帶來影響[6]。

1.2 膠輥耐腐蝕性差

研究和實踐均表明，現(xiàn)有常用的耐酸耐堿性橡膠，包括氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯（海伯倫），僅限于在鹽酸濃度低于10%的環(huán)境條件下使用，且壽命相對較短[6]。唯有三元乙丙膠可以在鹽酸濃度略高于10%的環(huán)境條件下使用，壽命略長[6]，但對于連續(xù)生產(chǎn)來說，換輥帶來的停機對生產(chǎn)線的正常運行還是有很大的影響。

1.3 膠輥壽命很短

由于橡膠在酸堿液體環(huán)境中固有的易老化的特性，橡膠輥的壽命極其短暫。而且，膠輥表面硬度非常難以控制，如果硬度低了，則膠輥的耐磨性能不好，使用壽命低；如果硬度高了，則膠輥在工作中變形量小，與板帶接觸不緊密，擠干效果更不好。據(jù)了解在酸洗線上部分企業(yè)的膠輥只能用十天，最多只能用兩周。這樣頻繁的換輥除了大幅增加成本之外，對現(xiàn)代化的大生產(chǎn)而言，更嚴(yán)重的耽誤的是寶貴的生產(chǎn)時間，影響了生產(chǎn)效率。

1.4 膠輥易造成帶鋼的劃傷

由于膠輥與板帶之間的摩擦系數(shù)較低，膠輥作為被動輥，在生產(chǎn)線的加速、減速等過程中，不能做到與板帶完全同步運行，而板帶表面殘留金屬粉末是不可避免的，因此在細(xì)微滑動時會將板帶表面的金屬粉末粘附在膠輥的表面，由于膠輥表面硬度較高，造成板帶的劃傷在所難免。

1.5 膠輥對生產(chǎn)線運行帶來影響

膠輥由于表面光滑摩擦系數(shù)低，容易造成板帶打滑跑偏，給生產(chǎn)線的正常運行帶來影響。

綜上所述，膠輥存在許多不足，膠輥進行更新?lián)Q代非常必要。經(jīng)我們考察發(fā)現(xiàn)，近年來，歐美等發(fā)達國家在金屬板帶酸洗、涂鍍、清洗生產(chǎn)過程中已經(jīng)全面采用無紡布輥代替了傳統(tǒng)的膠輥，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量及工作效率。但是由于國外技術(shù)的壟斷，國內(nèi)在此方面的推廣應(yīng)用受到很大的制約。為此，我們對無紡布輥的制造和應(yīng)用技術(shù)進行了深入的研究，研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無紡布擠干輥，一舉打破了國外技術(shù)壟斷的局面，在鋼板帶、銅板、鋁板帶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為企業(yè)和客戶創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。

2 無紡布擠干輥的結(jié)構(gòu)與特點

2.1 無紡布擠干輥的結(jié)構(gòu)

無紡布擠干輥的結(jié)構(gòu)類似于目前廣泛使用的疊片式刷洗輥，其內(nèi)部是鋼質(zhì)輥芯，材料的選擇也與一般的刷洗輥大體相同。所不同的是，在鋼質(zhì)輥芯外部套的是一片片無紡布碟片，而不是刷毛制造的碟片。無紡布碟片又是由一層層無紡布疊起來制造而成，無紡布擠干輥制造時，先將無紡布剪切成圓環(huán)形的布片，若干層布片組成一個碟片，然后將若干個碟片套在鋼質(zhì)輥芯上，擠壓緊密，邊部安裝壓緊金屬環(huán)，再對輥面進行粗加工、經(jīng)加工到規(guī)定的粗糙度，即可制成無紡布擠干輥。非織造布碟片如圖1所示，無紡布擠干輥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 無紡布碟片

圖2 無紡布擠干輥的結(jié)構(gòu)

2.2 輥用無紡布的結(jié)構(gòu)

無紡布是將紡織長纖或短纖經(jīng)過定向或隨機排列形成纖維網(wǎng)，然后采用機械、熱粘或化學(xué)等方法加固而成的一種布狀物，它不同于傳統(tǒng)的紡織物，沒有經(jīng)過紡紗和織造，材料內(nèi)部沒有紗線存在，而是以單纖維的形式存在。因此，無紡布孔隙率高、孔徑大小和分布可以進行調(diào)整，吸水、排水效果好。輥用無紡布是一種特殊的無紡布，它一般由干法成網(wǎng)針刺非織造布經(jīng)過化學(xué)粘合整理后形成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，從圖3中可以看出，內(nèi)部纖維是隨機均勻分布的，部分纖維之間存在孔隙哦，形成了多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖3 輥用無紡布內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.3 輥用無紡布的特點

相比傳統(tǒng)的膠輥，無紡布擠干輥具有一系列優(yōu)點：

（1）硬度可調(diào)，擠干效果非常好。由于無紡布本身非常柔軟，可以吸濕，根據(jù)不同的液體制成不同的硬度，制成的輥子在生產(chǎn)線使用時，只要輕輕施加壓力，自身就可以產(chǎn)生變形，而與板形不良的鋼帶緊密結(jié)合，包括在鋼帶端部，上下輥子可以緊密接觸，不留下任何空隙，從而將鋼帶表面的液體一擠而干，這是膠輥所無法比擬的。

（2）多孔的結(jié)構(gòu)，既能擠干、還能吸水。無紡布與橡膠有根本性不同還有，這種多空性的結(jié)構(gòu)使得輥子彈性非常好，在一定壓力下，使輥子在工作時，即使板形不良也始終與板面緊密結(jié)合，擠去板帶表面原有大量的液體；同時，在擠干大量的水分以后，無紡布內(nèi)部海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，能夠吸干殘余的很薄的液體薄膜，使得作用后板帶表面的液體非常之少，這對于下道工序非常重要，而膠輥很難做到這些的。

（3）不但能夠吸水，還能吸鋁粉，避免了板面的劃傷。因為膠輥表面積聚金屬粉等異物造成板帶表面劃傷，是常見而又很難解決的問題。無紡布輥的海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，使得金屬板帶表面的鋁粉能夠吸收進其內(nèi)部，再加上無紡布輥工作時壓力很低，就減輕了鐵粉對帶鋼的作用，避免了板帶表面的劃傷；另外，無紡布也可以將吸入的鐵粉在擠水時再擠出來，即使擠不干凈，當(dāng)吸附飽和時，也可以很方便地通過維修修磨去除，從而避免給帶鋼造成劃傷。這同樣是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不可缺少的基本保障條件。

（4）高的耐酸堿性，高的摩擦系數(shù)，磨損小。橡膠輥單邊橡膠厚度一般在20mm左右，而無紡布輥的單邊布的厚度則在50mm左右，顯然占有很大的優(yōu)勢；通過纖維的選擇和粘合劑的合理配置，可以制備出具有高的耐酸耐堿性能的輥用無紡布，在酸或堿性介質(zhì)環(huán)境中不易老化，性能失效甚微；無紡布輥與帶鋼有非常高的摩擦力，摩擦系數(shù)是膠輥的20多倍，不易發(fā)生打滑現(xiàn)象，磨損也非常??；此外，輥子使用過程中有可能會被帶鋼劃傷，但無紡布外層在一定溫度、濕度和壓力下，被割傷部位能夠自愈合，也可以經(jīng)過修磨后使用；即使在板帶邊部等處劃傷、磨損嚴(yán)重，由于無紡布擠干輥是一節(jié)一節(jié)組成的，可以僅僅將劃傷、磨損了的那幾節(jié)進行更換，而不要整體更換。國內(nèi)外實踐證明，無紡布輥的壽命根據(jù)使用環(huán)境的液體不同為橡膠輥的50-100倍。

3 無紡布擠干輥的工作原理及應(yīng)用

3.1 無紡布擠干輥的工作原理

采用無紡布制造的擠干輥在工作原理上與傳統(tǒng)的膠輥相比有了根本性的突破。工作時，通過內(nèi)部的鋼質(zhì)輥芯給擠干輥略施壓力，在壓力下輥體與帶鋼接觸的部分，由于無紡布的彈性作用體積縮小，故在下列三個方面有膠輥無法達到的效果：

（1）與帶材鋼表面接觸面積大，即使板帶材板形不良也能與之緊密接觸，所以能夠大幅度提高帶材表面液體的擠干效果，這說明無紡布擠干輥具有膠輥達不到的“擠干”作用；

（2）在帶材的邊部，即使有一定的厚度，由于無紡布的彈性變形，上下擠干輥超出帶材寬度的輥體仍然能夠相互接觸，基本沒有空隙，能夠有效防止液體從上下擠干輥的空隙中流出，邊部的擠干也非常好，這說明無紡布擠干輥具有膠輥達不到的“防漏”作用；

（3）無紡布擠干輥工作原理如圖4所示。當(dāng)輥體轉(zhuǎn)動時，接觸帶材的部分輥體無紡布被壓縮，內(nèi)部原舒展的孔隙縮小，擠出內(nèi)部的液體和金屬粉末；通過最低點以后，這部分無紡布開始回彈，內(nèi)部縮小的空隙重新恢復(fù)舒展?fàn)顟B(tài)，形成真空，板帶表面殘余的少量的液體迅速被吸入輥體；繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這部分輥體再次進入與帶鋼接觸的區(qū)域，再次受到擠壓，擠出內(nèi)部吸進的液體和鐵粉，這樣的一邊吸、一邊擠，就能夠有效得將經(jīng)過擠干后帶鋼表面殘余的很少的水分也吸得干干凈凈，這說明無紡布擠干輥具有膠輥根本不具備的進一步“吸水”和“吸金屬粉末”作用。

圖4 無紡布擠干輥工作原理

3.2 無紡布擠干輥的性能

為了滿足各種生產(chǎn)線擠干工序的要求，在無紡布擠干輥生產(chǎn)過程中，對無紡布性能進行了改良，使其達到了理想的性能。

（1）摩擦系數(shù)，無紡布擠干輥與帶鋼的摩擦系數(shù)與膠輥的對比見表1。

表1 無紡布擠干輥與帶鋼的摩擦系數(shù)與膠輥的對比

高的摩擦系數(shù)，能夠提供足夠的摩擦力，可有效防止打滑造成卷材表面二次劃傷等缺陷。

（2）燃點和熔點，輥用無紡布的燃點和熔點大于250℃，在環(huán)境溫度160℃以下可長期使用，完全滿足鍍鋅、連退、酸洗等生產(chǎn)線的需要；

（3）耐酸堿性，經(jīng)過大量的試驗，普通型的無紡布擠干輥可以在氫離子濃度1.4mol/L介質(zhì)（5%的鹽酸）中使用，可完全滿足鍍鋅、連退等生產(chǎn)線的需要；通過纖維的選擇和粘合劑的合理配置，可以制備出具有高的耐酸耐堿性能的輥用無紡布，在酸或堿性介質(zhì)環(huán)境中不易老化，性能失效甚微，改進后的耐酸型無紡布擠干輥可以在氫離子濃度9mol/L酸性介質(zhì)（30%的鹽酸）中使用，完全滿足酸洗生產(chǎn)線的需要。也可以在一些濃度較高的堿液環(huán)境下使用。

3.3 無紡布輥的應(yīng)用

無紡布擠干輥以其卓越的擠干效果及其耐用性和耐酸堿性，一經(jīng)問世便受到了業(yè)界的歡迎。以金田銅業(yè)為例：過去用膠輥擠軋機油殘余油量在1000mg/㎡以上，用無紡布擠干輥后殘余油量則低于500mg/㎡。廣東乳源鋁箔、河南科源電子等單位過去使用脫脂生產(chǎn)線堿液擠不干凈，換成無紡布擠干輥后徹底解決了這一問題，而且輥子的壽命已經(jīng)用了四年以上，仍在使用。

3.4 虹吸式真空擠干機

為了進一步發(fā)揮無紡布輥的作用，我們研制出了發(fā)明專利（專利號ZL201310470808.1）產(chǎn)品真空虹吸式擠干機。該機采用無紡布真空輥組成的全新真空系統(tǒng)及排屑系統(tǒng)。該機利用真空系統(tǒng)抽走金屬板帶上的軋機油等液體的同時，排屑系統(tǒng)可快速的排掉嵌入真空輥內(nèi)部的金屬粉末，避免了帶材劃傷，更節(jié)能環(huán)保，并填補了國內(nèi)外這一領(lǐng)域的空白。

（1）板帶除油的應(yīng)用（如下圖所示）

圖5 真空虹吸式擠干機

金屬板帶除油機在寧波金田等多家板帶廠家使用，將原來的殘余油量降到了100mg/㎡之內(nèi)，而且根除了板面劃傷的問題。有些廠家為解決軋機除油問題，也采用熱風(fēng)吹掃的方式。不但耗能而且吹掃產(chǎn)生的油霧污染環(huán)境，除油效果還不理想。引入真空除油之后這一問答題得到了解決，其對比數(shù)據(jù)如下：

圖6 真空虹吸式出郵件與空壓機吹掃除油效果比對表

（2）鋰電鋁箔除油

鋰電鋁箔生產(chǎn)過程中軋機油用來潤滑、冷卻、清洗以保證鋰電鋁箔的質(zhì)量，是不可或缺的。為此我們將傳統(tǒng)的擠干用膠輥換成無紡布真空輥及配套的真空及排屑系統(tǒng)。如圖所示：

圖7 真空輥配套圖

鋰電鋁箔除油系統(tǒng)經(jīng)洛陽優(yōu)箔使用成功之后，受到了鋰電鋁箔行業(yè)廣泛關(guān)注，已先后為全球最大的鋰電鋁箔生產(chǎn)廠家——鼎勝新材料及華北鋁業(yè)裝機使用，情況良好。

（3）無紡布輥及真空擠干系統(tǒng)應(yīng)用案例，見下表。

表2 無紡布輥及真空擠干系統(tǒng)應(yīng)用案例表

4 結(jié)論

（1）目前在軋制、清洗等生產(chǎn)線廣泛使用的膠輥存在擠干效果不好、腐蝕性差、使用壽命短、易造成板帶的劃傷等問題，對膠輥進行換代性的改進非常迫切；

（2）新型無紡布擠干輥具有硬度低、擠干效果好，多孔結(jié)構(gòu)既能擠、還能吸；并具有高的耐酸堿性，使用壽命長，高的摩擦系數(shù)，可避免板面的劃傷，是理想的橡膠換代型替代品；

（3）無紡布擠干輥與板帶表面接觸面積大具有好的“擠干”作用，彈性變形量大具有好的“防漏”作用，特別是內(nèi)部存在大量空隙具有獨特的“吸水”和“吸金屬粉末”作用；

（4）到目前為止，全國已經(jīng)有多家國有和民營企業(yè)正在應(yīng)用無紡布擠干輥，事實證明無紡布擠干輥完全可以全面取代現(xiàn)有的膠輥，在使用效果方面比膠輥壽命更長、質(zhì)量更好、成本更低。