钛带脱脂修磨线效率提升技术研究

赵小军

摘 要：钛带材表面脱脂的生产工序因脱脂质量不高，导致生产效率低下，影响后续工序的正常生产及最终产品的及时交付，使企业的生产经营陷入了困境，严重制约了企业的发展。通过脱脂工艺设备的改造和生产方式的改变，突破了生产瓶颈，提高了生产效率，同时也起到了节能降耗的社会效益，在钛行业属于首创，具有较强的借鉴意义。

关键词：脱脂修磨线；钛带；生产效率；脱脂剂；高压泵；加热体

中图分类号：TM305.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0064-02

1 设备概述

宝钛股份钛带生产线是国际、国内第一条钛带材加工专业生产线，可向国际、国内市场提供Gr1-Gr4、TA10钛带、纯镍带以及部分低强钛合金带材，产品广泛应用于航空、航天、核工业、国防军工、石油、化工、电力、制药、海洋工程、体育、医疗等领域。

钛带生产线中的脱脂修磨线是钛带材在进入真空炉进行热处理之前清洗带材表面残留轧制油的生产线，其具备的基本功能为开卷、加热脱脂、清洗烘干和收卷功能。脱脂工序对保证钛带材退火质量有着非同一般的重要意义，因为即便很少量的轧制油残留也能造成钛带材表面的氧化污染变色，轻则必须增加酸洗工艺，重则会因为材料物理性能不达标而报废，会给企业造成重大的经济损失。

钛带材脱脂清洗段采用不锈钢箱式结构，按工艺流程配置有毛刷喷淋脱脂槽、毛刷喷淋清洗槽、烘干冷却槽。脱脂水箱布置在线外，清洗水箱布置清洗槽下，通过不锈钢叶片泵实现喷淋循环，并各自配置3支20kW的加热体。脱脂槽和清洗槽均布置有上下毛刷轮组，采用螺旋顶升器同时调整两侧升降，皮带传动，电机底座采用弹簧进行张力预紧并可防止电机过载。烘干冷却槽采用30kW烘干热风发生器，3HP循环风机烘干；并用2台2HP的高压鼓风机连接到高压风刀进行冷却。

2 原系统问题

钛卷轧制完表面残留的轧制油不超过350mg/m2，技术工艺要求带材脱脂后表面含油量小于20mg/m2。脱脂修磨线设计使用电解碱性离子水（PH：8.5～11）为脱脂介质，通过加热后以喷淋刷洗的方式将带材表面的残留轧制油进行破乳去除，再以加热后的脱盐水进行清洗，最后烘干冷却。生产线在生产实际中存在以下问题：

（1）生产线配套的ES-EIW-06电解离子水生成机碱性离子水最大产水量为6L/分，平均产水量为3.5L/分，每班最多产出碱性离子水1.5立方米。生产线配套的脱脂水槽体积为2.3立方米。根据实际脱脂效果确定的工艺要求脱脂用碱性离子水需每班更换，所以电解离子水生产机的造水能力不能满足生产工艺要求。同时每班更换脱脂液的加水时间和加热时间总计需要3小时以上，产生了严重的等待浪费，每班的实际生产时间不足4小时，导致生产效率必然低下。

（2）生产线设计速度为30m/min，但是由于脱脂清洗质量不高，为保证质量生产线的工艺速度只能达到8m/min，生产线的能力没有得到有效发挥，大大降低了钛带产品的生产效率。尤其是生产任务紧急时，为了保证后续工序的正常生产，确保合同的按时交付，脱脂修磨线每日需要两班生产，但由于班组人员只是按一班制配置，所以给车间在生产管理和人员调度方面带来了诸多不便，同时也造成了能源的浪费。

3 改造方案

通過科学、系统的分析脱脂修磨线在原材料、生产设备、能源、生产方式和人五方面的因素中存在的不合理、不经济、混乱的因素，确定从生产方式和生产设备两个因素着手进行改造，避免或消除包括时间、人力、物料等多种形式的浪费，以提高生产效率。

脱脂修磨线的脱脂介质原材料为碱性离子水，因其制备产量和脱脂能力严重不足，制约了生产线生产效率的提高。目前有色金属板带材常用的脱脂清洗方法有溶剂脱脂、电解脱脂、超声脱脂、碱液脱脂和热水脱脂。比较成熟的脱脂方法是采用碱液脱脂，对于有机润滑剂，碱液具有良好的皂化作用，可与饱和脂肪酸形成脂肪酸钠（肥皂）和甘油，同时饱和脂肪酸钠又是良好的表面清洗活性剂，具有良好的去除有机润滑剂的作用。但对于大部分矿物润滑油，其皂化反应不明显，单靠碱液去除效果有效，必须添加一系列表面活性剂才能达到良好的去油效果。通过对不同公司的产品进行工艺试验，综合比较脱脂效果、使用周期、生产成本，最终选择了麦达可尔科技有限公司CARE-39型号的脱脂剂。

近年来新开发的高压热水脱脂技术，采用20～60MPa的热水高压喷射，配合两级热水喷淋，可达到优良的脱脂去污效果。该技术清洁环保，但是要引入脱脂修磨线就必须对原有喷淋系统重新设计制造，设备改造投入较大，同时高压系统的危险性较大，对人员和设备存在安全隐患。

综合经济投入和时间周期等因素，最终确定采用高压热水喷淋加脱脂剂的生产方式。这里的高压只是将压力由原先的0.4MPa提高至1MPa左右，通过将原来的2.25kW扬程20米的同轴式抽水泵更换为DFWR80-250/2的高压离心泵，其功率为22kW，扬程80米。脱脂剂的皂化反应随温度的升高而剧烈，CARE-39脱脂剂的理想使用温度为80℃，系统原加热功率为60kW，水箱容量为2.3m3，根据热功学公式：

加热脱脂剂溶液需要的热量：

公式一：Q=Cm（t2-t1）

Q为润滑油由t1升至t2所吸收的热量；

C=4.2KJ/（Kg*℃）脱脂剂溶液的比热容；

m为脱脂剂溶液的质量（该系统溶液使用量2m3，密度ρ=1×103Kg/m3）；

t1=20℃为地区常温；

t2=80℃为脱脂剂溶液的理想温度。

加热体产生的热量：

公式二：Q=PT

P为加热体的功率

T是时间。

根据功和热量的关系（1kWh=1000w×3600s=3.6×106J），将以上各数值带入公式一和公式二分别计算可得原系统所需加热时间为2.33小时，产生了很长时间的等待浪费，降低了生产效率。endprint

以上结果是在不考虑系统热损失的理想状况下计算所得，但由于系统最终温度与环境温度相差较大，且没有保温措施，所以实际中系统温度只能加热到60℃，与脱脂剂发挥作用的最佳温度相差较大，为了缩短加热时间和补偿热损失，系统在脱脂槽和循环管路上分别加装了3支6kW的加热体。同时为了减缓脱脂剂溶液的热量损失，对水槽外壁和循环管路做了保温处理。脱脂槽加装的3支加热体用于对槽内脱脂剂进行加热。循环管路上自制了一件圆筒式换热器，3支加热体用于对高压泵输送的高压热脱脂剂进行二次加热，补偿脱脂剂的热量损失，使高压脱脂剂喷淋溶液达到最佳工作温度。为防止温度过高造成的脱脂剂高温失效和能源浪费，系统设有温度反馈控制。

4 改造效果

脱脂修磨线经技术改造后，加热时间缩短至1.79小时，温度可稳定在78℃，可保证脱脂剂发挥最佳作用，加热效率提高23%。同时使用的CARE-39脱脂剂去污能力强，可以连续使用三天，减少了中间因为更换脱脂液而造成的时间等待浪费。在使用脱脂剂，提高脱脂剂使用温度和提高喷淋压力的共同作用下，保证带材脱脂后表面含油量小于20mg/m2的情况下生产线的脱脂速度可达到15～18m/min，生产效率提高一倍以上，这大大释放了生产线的产能，降低了工人的作业时间，节约了人力资源，解决了车间人员管理上的问题，同时也节约了电能消耗。技术改造前后脱脂修磨线生产统计如表1所示。对比表中数据可知，通过技术改造，生产线通过每千克产品的耗电量即产品单耗由原先的0.1169kWh/kg降低到0.0778kWh/kg，节能幅度达到33.4%。

5 结束语

本文针对钛带产品在脱脂过程中出现的效率低下的问题，应用工作研究的方法剖析问题，从生产设备和生产方式两方面入手，结合目前普遍使用的脱脂技术，采用高压喷淋热脱脂剂溶液的脱脂方法，增强了脱脂能力，大幅度提高了生產速度，减少了不必要的时间浪费，从而提高了生产效率，同时产生了节能降耗的作用，产生了一定的社会效益。

本次技术改造在钛材行业属于首创，产生了较好的经济效益和社会效益，对钛行业以及其他有色金属行业具有普遍的借鉴意义。

参考文献：

[1]王涛，高希岩.铜及铜合金板带材表面清洗技术及装备[J].有色金属加工，2009，38（3）.

[2]薛伟，蒋祖华.工业工程概论（第二版）[M].北京：机械工业出版社.

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