热轧板卷表面处理技术发展综述

徐言东 李军 韩爽 王利伟

（1：北京科技大学 北京100083；2：北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029；3：鞍山灵山工业经济区管理委员会 辽宁鞍山114021）

1 前言

长期以来热轧板卷表面处理的方法一直采用酸洗技术，酸对人员、设备和环境造成了损害，生产运行和维护成本比较高，各钢厂均受到上述问题的困扰，同时，钢材处理方式符合环保规定成为迫切需要，为此，国内外都在进行研究和探讨，寻找有效的新技术和工艺，先后提出了利用感应加热装置的清除氧化皮、利用压力刷辊清除氧化皮、利用高压水装置清除氧化皮、还有给在酸洗槽中的板卷通以电流清除氧化皮、利用高压喷射装置清除氧化皮等方法。

2 热轧板卷的表面处理方法

2.1 利用感应加热装置氧化皮在表面处理生产线上设置感应加热装置，其感应加热线圈内侧设有耐热型挡热板阻挡来自穿过该感应加热线圈内侧的辐射热，感应加热线圈对热轧板卷施加交变磁场，进行加热，使板卷产生热变形，氧化皮可以从基体脱落在挡热板上，在感应加热线圈的入口侧和出口侧，设置两个以上风口对挡热板吹气，掉落在挡热板上的氧化皮吹落，达到清除氧化皮的目的。

其特点是实施中耗电量大，不适合推广应用。

2.2 利用压力刷辊清除氧化皮

当热轧钢带在大的轧制压下量下由冷轧机轧制时，那些不能跟上基体伸展的氧化皮中，会产生裂纹和夹层剥离，从而削弱了轧制氧化皮对基本钢材的粘附力。然后，刷擦钢带的刷子的细丝渗入在氧化皮层上形成的裂纹中，从而除去钢带表面上的轧制氧化皮。轧制压下量R（%）与轧制氧化皮厚度t（μm）的关系需满足t×R≥150（μm）。满足该条件才可将氧从状皮清除。在轧制过程中，若将水或摩擦系数大的水溶性轧制油加到冷轧机工作辊和钢带间的辊缝处，就更有利于氧化铁皮的清除。

该方法在宝钢冷轧厂有应用实例，不足之处是对细小氧化皮没有效果，应用范围较窄。

2.3 利用高压水装置清除氧化皮

在热轧生产线前部的钢坯除氧化皮装置中，高压水除氧化皮得到了较广泛的应用，在后部的钢板清理中高压水应用的较少。为了最佳地调节除氧化皮装置中的水冲击压力，至少设置两个加压水活塞泵，活塞泵平行连接并且每个泵可独立地启动或停止。可以与ACC 装置配合使用，该装置可实现对不同宽度板卷各类氧化皮的物理清理，剥壳、除磷连续完成，同时智能控制保证了系统的高效与节能。清理过程中的水可以循环使用，清除的氧化皮可直接回收并用于炼铁，因此不产生任何污染和排放。

此方法需要考虑工艺要求，防止改变钢板的组织性能，国内某公司今年有应用实例，效果尚可，但设备外形庞大、投资较大。［2］

2.4 在酸洗槽中板卷通以电流清除氧化皮

在酸洗设备中，安装了一种供给电流的装置，对多个的酸洗槽的一个或多槽中连续输送板卷通以电流，进行加热，使板卷产生热变形，氧化皮可以从基体脱落。这是一种在热轧板卷上去除氧化皮，从而得到清洁表面的处理方法。

此方法应用的效果较好，但耗电量大，没有解决酸性物质污染环境问题。

2.5 利用高压喷射装置清除氧化皮的无酸处理技术

该方法主要是在表面处理生产线上设置高压喷射装置，通过向热轧板卷的上下表面喷射去氧化铁皮介质，即液体和颗粒的混合浆体，从而使被处理的板卷表面去氧化铁皮。采用此机械方式去除板卷表面的氧化皮，无需现有技术中的酸洗处理所需的空间，也无需使用酸性的有害化学物质。此方法替代酸洗，保护环境，节约生产成本，应用范围广，是本文介绍的重点。

3 高压喷射装置清除氧化皮无酸处理技术

此项技术的应用将改变国内热轧板卷表面处理技术的观念，对促进热轧板卷市场的发展具有重要意义。

3.1 板卷表面无酸处理新技术原理

该技术就是去除板卷的氧化铁皮，生成氧化保护膜。板卷表面氧化铁皮一般由三层结构组成，最上层为红色三氧化二铁Fe2O3，即铁锈层，约占2%，中间层为磁性四氧化三铁Fe3O4，约占18%和最下层的维氏体（主要是氧化亚铁FeO）约占80%。热轧板卷氧化铁皮厚度一般为7.5～15μm，氧化铁皮以下为钢材基体层。

通过拉矫除掉板卷上面的氧化皮，再经表面无酸处理新技术，去除剩余的维氏体，并在板卷表面形成约200埃厚的保护层，这层非常薄的保护层即是一种非常稳定的"膜"，能抑制进一步的生锈和腐蚀。

板卷表面无酸处理新技术是在一个或多个密闭的空间内，向板卷上下表面喷射介质，清除板卷表面的维氏体，从而达到清洁板卷表面的目的。喷射的介质是特殊的钢砂和水，钢砂具有很高的硬度，并且与水混和，由专门的装置通过管道供给旋转叶轮，在驱动马达的作用下分别对板卷上下表面同时进行喷射，形成的介质喷射幕能均匀喷射到钢材表面上，介质产生喷射力使表面氧化铁皮、维氏体完全清除，并形成绿色环保的无酸清洁表面。更主要的是板卷在表面经无酸新技术清洁后，还可以连续进行冷轧、连续热镀锌等工艺，从而使其应用范围更加广泛，生产能力进一步提高。

图1 钢材表面无酸处理喷射装置

钢材表面无酸处理技术喷射的介质是特殊的很硬的钢砂和水。钢砂具有很高的硬度，并且与水混和，由专门的无酸处理装置通过管道供给旋转叶轮，在驱动马达的作用下分别对钢材上下表面同时进行喷射，由于喷射介质是由水和细小的钢砂组成，形成的无酸处理介质喷射幕能均匀喷射到钢材表面上，介质产生喷射力使表面氧化铁皮完全清除，并形成绿色环保的无酸清洁表面。

3.2 表面无酸处理装置

每套无酸处理装置配置有上下各一个或两个喷射系统，即由驱动马达和介质分配叶轮等组成，一组喷上表面，一组喷下表面，共用介质喷射循环系统（见图3）。

3.3 板卷表面无酸处理新技术生产线组成

1）卷材钢板表面无酸处理生产线一般由开卷机、拉伸矫直机、切头（切尾）剪、张力机、表面无酸处理装置、卷取机和钢卷小车等组成。

2）板材钢板表面无酸处理生产线一般由上料装置、夹送辊、破磷装置、表面无酸处理装置、堆垛等组成。

表面无酸处理装置是整条生产线的核心设备，每套生产线根据生产能力的要求，可安装数套表面无酸处理装置。

3.4 板卷表面无酸处理新技术的适用范围

1）卷材生产线：热轧卷，卷材厚度：1.2～12.7mm，卷材宽度：～2250mm；钢卷内径：∅610／￠762mm；钢卷外径：￠1200～￠2080mm；机组速度：～45m／min。

2）板材生产线：材料种类：热轧板，板材厚度：1.2～100mm；板材宽度：800～2250mm；最大堆垛重量：9t；机组速度：～30m／min

3.5 板卷表面无酸处理新技术的特点

可以使产品表面更清洁、光滑，具有更优越的抗腐性能，代酸洗，消除酸洗过程中有危害的酸性物质，减少了对环境的污染，系统能达到完全环保。设备及生产运行总成本低于酸洗和涂油生产线。生产线占地面积也比酸洗和涂油生产线少。板卷表面不需要做任何涂油处理，板卷在一般情况下保存180天不会生锈。部分热轧板经无酸表面处理后可直接替代冷轧板使用，可以实现以热代冷的效果。无酸表面处理后的产品可经冷轧加工，也可与冷轧组成生产线，甚至可在大型酸洗冷轧生产线上增加表面无酸处理装置，使生产效率更高，更加灵活、方便。

产品能够抑制生锈，它能替代热轧板、酸洗、涂油和酸洗钢板；能进行冷轧，是冷轧很好的基板；能进行连续热镀锌，实现以热代冷效果。同酸洗相比，该技术可以根据客户的要求生产出不同表面粗糙度的产品，提高了后续加工中的喷涂和耐腐蚀效果。还可以扩展应用于不锈钢卷板的后续处理。无酸处理生产线中配备的矫直机和卷取机之间产生的巨大拉力具有消除卷材的内应力的优点，极大方便了切割，冲压，剪裁等后续加工。由于减少了焊接过程中油烟，能提高焊接性能和焊接强度。产品清洁、干燥、无油渍，可减少喷涂前的准备工作，而且涂层附着效果更好，在冲压时不会粘在工具或输送设备上，使冲压效果更好，不会使操作者皮肤产生剌激。

3.6 新技术与传统物理清除氧化铁皮方法比较

传统的物理清除氧化皮方法：抛丸、喷砂、高压水和高压水加砂

。新技术是将液体和磨料混合在一起（也称浆料），利用专用装置抛射到运动的板卷表面，实现机械清除氧化铁皮。具有以下优点：可以一次性覆盖全板面宽度，生产效率高，速度快。磨粒射流均匀覆盖钢材板面，所以产品质量均匀性优良。射流速度46m／s＜干式抛丸机（80～100m／s），由于浆料抛射，磨料消耗降低一半，运行成本低廉。钢板表面加工硬化层小，板卷板型好，表面质量均匀。能耗低于高压水喷砂。由于采用湿浆料，克服了粉尘污染问题。

3.7 板卷表面无酸处理新技术经济分析

经无酸处理新技术加工能得到更清洁、光滑的表面，且具有更好的焊接、喷涂性能。钢板在一般情况下保存180天不会生锈。部分热轧板经无酸处理后可直接替代冷轧板使用，可以实现以热代冷的效果。无酸处理设备及生产运行总成本低于酸洗和涂油生产线且质量优于热轧酸洗板。生产线占地面积也小于酸洗和涂油生产线。项目建设投资有以下特点：设备投资与同等配置水平相比，只有酸洗线设备投资的75%；厂房公辅投资只有酸洗线的40%；酸洗成本230～300元／t，本技术120～130元／t；无环保成本；产品利润较普通热轧产品至少高100 元／t，按年产量50万t计算，项目年收益在5000万元左右，年投资利润率将超过20%。

4 结论

表面无酸处理新技术采用国际先进设备，可直接代替酸洗线，也可对已有酸洗工艺进行改造，取代酸洗槽及相应的酸循环和酸再生系统，降低运行成本，此项新技术的应用将改变国内热轧板卷表面处理的传统观念，将得到更清洁、光滑、不会生锈的板卷，对促进热轧板卷市场的发展具有重要意义，可以对我国轧钢车间的设计生产和环保工作有较大的促进作用。

［1］刘新等.钢材表面处理检查.现代涂料与涂装，2008（5）.第11卷5期，P49～52.

［2］余伟等.热轧带钢超快速层流冷却装置的开发与应用.轧钢，2011（2）.

［3］李敏风等.国内外有关钢材表面处理标准介绍.建筑钢结构进展，2007（12），第9卷6期，P53～54.

［4］徐淑红等.料浆液除锈机理的研究.中国安全科学学报，1995（10）第5卷

［5］徐淑红等.磨料浆液除锈系统的研究.冶金设备，1996（4）