无酸除鳞技术在冷轧宽带应用的探索与实践

2021-04-05雷武军

中国金属通报 2021年1期

关键词：磨料钢带酸洗

雷武军

（四川省龙威金属制品有限公司，四川成都 610100）

近年来，由于各级政府、各个行业对环保的日益重视，在华北、华东等地的冷轧窄带行业兴起了无酸清洗技术（也称水洗技术）的应用，实现了由传统的酸洗改为无酸清洗的技术创新。

1 无酸清洗工艺简介

1.1 无酸清洗原理

无酸清洗最主要的方式为高压射流喷丸工艺，是结合传统的高压除鳞和抛丸除锈技术形成的一种新工艺。磨料（不锈钢钢丸、钢砂）和高压水混合起来，连续不断地喷向工件表面，通过磨料的打击和磨刷作业从而达到工件除鳞、除锈和清洗目的。在冷轧冶金行业中，热轧钢卷表面的氧化铁致密而粘连，钢带往往经过拉伸、弯曲等方式进行剥壳预处理，然后进行高压喷砂加工。高压射流除鳞的关键作业部件为喷嘴（喷头），在进行高压除鳞作业时喷嘴（喷头）由于巨大的反作用力影响，须要将喷嘴固定，固定后的喷嘴形成固定的角度、固定的压力和稳定的流量进行喷射，钢带沿纵向水平布置、沿横向倾斜0°~45°、通过张力牵引方法进行输送，使钢带上下两面同时或先后通过固定喷射区，实现氧化皮的除鳞清理；通过卷取机收卷速度调节进行除鳞强度控制，实现钢带经过固定喷射区的单位面积打击（磨刷）力度调节，最终保证热轧带钢氧化皮清理质量得到有效控制。

由于不同钢厂、不同材质的热轧卷存在清理难度的差异，为了保证无酸清洗力度有可控性，整个除鳞清洗过程中张力、速递、压力、流量等相关参数由PLC进行程序控制；对供水、磨料、断带等进行自动诊断和报警，保证生产设备具有智能化控制水平。

图1 高压射流设备示意图

1.2 高压射流的环保优势

高压射流喷丸除鳞清洗技术的能源为电、载体为水、材料为钢砂：生产线唯一能源为电力，避免了传统酸洗对蒸汽的热力需求；生产用水经沉淀处理后压入水箱循环使用；钢砂经回收分选打入储砂罐后循环使用；循环水中沉淀的废渣均为钢砂、氧化铁等高品位含铁原料，直接回收后供钢厂生产的原料使用。

高压射流喷丸除鳞清洗生产过程无酸雾，无粉尘污染，无废水、废气排放。真正实现资源循环利用，实现“三废”零排放，实现了绿色、环保、高效除鳞。与传统酸洗除鳞工艺相比，避免了重金属离子、酸根离子及粉尘的产生与污染。通过自动化、流水线的工艺技术与成套设备充分保证了冷轧带钢表面处理的高质高效和清洁化，满足后续冷轧等工艺要求，在系统集成性、先进实用性、经济合理性、稳定可靠性等方面基本满足冷轧冶金的生产要求。

2 无酸除鳞技术在冷轧宽板中应用探讨

通过对国内数十条高压射流喷丸在冷轧窄带、建筑钢构的清洗应用案例考察，研究冷轧宽带钢通过高压射流喷丸技术实现无酸化应用的可能，提出对原有窄带用高压射流技术进行升级和完善方案，实现冷轧宽带无酸化应用的实践，实现水洗工艺由窄带扩展到宽带（宽度从190mm到1050mm）、由黑带（或灰带）向高品质光亮面板、由普通的Q195到st12、st13（spcc、spcd）等领域拓展。

无酸除鳞技术相对传统酸洗工艺简单，在东南沿海有大大小小不同规模的设备生产厂家，尽管无酸除鳞技术在矿山设备清洗、建筑钢构除锈等领域应用成熟，在冷轧窄带的应用也趋于发散，但冷轧宽带面临产品表面质量要求高、产品再加工技术复杂、生产连续性强的问题导致无酸除鳞技术的应用面临制约和阻力，需要强强联合实现技术整合，攻克和解决上述问题。长沙矿冶研究院针对窄带钢酸洗除磷清理存在污染严重的现状而开发的模块化、连续化的工艺技术在窄带钢应用领域实现了流水化、自动化，也有诸多成功应用案例，但在宽带冷轧的应用还是空白。四川省龙威公司作为专业的冷轧生产企业，主要生产家电面板、汽摩冲压用冷轧宽板卷，有近二十年的冷轧酸洗工艺和技术积累，龙威公司和长矿院合作并探讨了无酸清洗技术在冷轧宽带的应用。

2.1 冷轧宽带无酸除鳞的工艺

图2 冷轧宽带无酸除鳞示意图

冷轧宽带无酸除鳞生产流程图：

热轧钢卷→上料→开卷→剪切→换向→张紧→上表面清洗

→下表面清洗→冲洗→吹扫→挤干→风干→夹送→活套→张力→剪切→卷取→卸卷→进入下工序。

2.2 无酸除鳞技术的主要设备

2.2.1 前后输送辅助设备

前后辅助设备的主要功能是实现钢带开卷、收卷和提供张力，以保证钢带在生产线的稳定输送。

设备包括：入料台车、液压放卷机、液压开卷辅助支撑、接料板、直头装置、九辊整平（带夹送）、液压剪床、焊接平台、风干设备、S辊机、活套、三辊张力台、剪切机、液压收卷机、液压收卷辅助支撑、出料台车、液压系统及电控系统、沉淀池。

2.2.2 水洗工艺段设备

工艺段设备的主要功能是清除钢带表面上的氧化皮，实现磨料（钢砂、钢丸）循环使用，实现污水经沉淀及过滤处理后，压入水箱循环使用。

（1）高压水泵：

高压水泵是高压射流动力和能量来源的保证，是生产线生产顺行和质量的保障。高压水泵额定工作压力：55Mpa。高压水泵额定流量：7m³/h。高压水泵配喷嘴：6~8个/台。

（2）磨料（钢丸）：钢丸规格范围：0.2mm~0.3mm。

（3）喷头（喷嘴）：工作压力：50MPa~55MPa。

（4）配套设备：配套辅助设备包括：水箱、清理系统、冲丸系统、磨料供给系统、磨料分选系统、污水沉淀池、污水过滤系统、挤干设备等。

3 冷轧宽板无酸除鳞的生产实践

3.1 生产产品参数

材质：热轧普碳钢。料宽：1050mm~1250mm。厚度：2.0mm~4.0mm。原料卷外径：￠1000mm~￠2000mm。原料卷内径：￠762mm。材料屈服强度：235MPa。原料卷重量：≤25T。

3.2 辅助段（前后工序）操作要点

（1）带头带尾：钢卷穿带前保证带头、带尾进行平直剪切，避免钢带头尾对接处缺陷造成输送过程的卡住；钢卷带头、带尾进行均匀有效焊接，避免过程焊接部位划伤工艺通道或钢带被拉断。

（2）充分校直：钢卷在矫正环节保证充分矫正，便于钢卷展开后其表面均匀接受喷嘴磨料的打击和磨刷，如果存在局部蜷曲，将严重影响单位面积的打击强度；根据电流及阻力情况可以适当增加延伸率或者加大矫直机的压下量以帮助钢带氧化层的脱落。

（3）换向平稳：钢卷纵向水平和横向倾斜要保证换向高度和钢带扭转角度调整一致，减少钢带的输送阻力；通过调整钢卷边部对齐或钢卷板心一致，保证钢带在喷射区的稳定通过。

（4）恒速恒张：保证钢带清洗过程中卷取机稳定的张力和稳定速度，在喷射区参数固定环境下保证钢带拉紧、绷直并均匀通过，以实现喷射的均匀性和提高喷射的效率；通过观察钢带表面色差，实时调整卷取速度以保证板面除鳞强度。

（5）板面冲洗：观察钢带表面松散附着的铁锈密度，调整清洗区内的冲洗压力和毛刷力度保证冲洗质量，并减少对后工序轧制力和乳化液的影响。

（6）吹扫风干：适当调节挤干辊辊缝和压力，减少带钢板面带水量；调整风嘴角度，利用空压机吹去钢带表面多余水分的同时调整风干的均匀性。

3.3 工艺段生产操作要点

（1）保证联动运营：循环水经高压泵送至喷嘴，同时磨料分选器中磨料也送至喷嘴，此时磨料在高压水作用下混合打击磨刷钢带，打击后含有氧化铁、钢磨料、水经抽砂泵经混合管道抽送至磨料分选器，磨料分选器输出端分两路，一路为分选后的磨料经磨料管道送至喷嘴循环使用，一路为分选后含氧化铁的浊水经浊水管送至沉淀池，经十四级沉淀后的清水经过滤器过滤后进入净水箱循环使用。

（2）保证喷射负压：水洗技术中喷嘴喷水时产生负压，使吸砂管入口处形成较大的抽吸力，抽吸力的大小直接影响高压水流中磨料的比例，喷嘴吸入磨料并随高压水喷射到钢卷板面实现打击和磨刷作用，形成除鳞效果，所以喷射负压直接影响除鳞力度，水中稳定的磨料比例是除鳞质量的重要保证。喷嘴出口处的喷射流速变化影响负压变化，而喷射流速的保障来源是高压水泵系统，高压水泵系统不仅是喷射负压更是喷射力度的保障。

（3）保证虹吸稳定：喷嘴负压给了磨料管抽吸力，磨料管须保证喷嘴连续均匀吸砂要求，从而达到满足冷轧带钢连续均衡生产需要。磨料管出口和喷嘴的出口集成设计虽然获得最好的抽吸效果，但磨料管的长度、磨料的输送阻力，特别是磨料的来源直接影响送砂的质量。磨料的来源是位于高位的储砂罐，因为磨料流动性较差需要高压水冲击磨砂，故储砂罐也可称为冲砂罐。磨料经回收后储存在冲砂罐中，冲砂罐呈圆锥状的封闭式结构,冲砂器内设有多道冲砂喷射孔,目的是保证磨料有充足的流动性。生产运行前和生产运行后要维持冲砂器中喷射孔的喷射时间，避免冲砂喷射孔的堵塞。

（4）保证抽水泵的供水压力和流量：离心式高压水泵将清水加压，通过工作水管送给喷嘴和冲砂器。喷嘴通过高能量的水流量和流速保证磨料的打击力度和磨刷能力；冲砂器中多道、多角度的喷射孔通过高能量的水流量和流速保证磨砂顺利进入磨料软管。所以，生产过程中要通过抽水泵的高压水流保证：磨料储存罐中的钢砂在喷射水流的作用下被搅动成流态状；在喷嘴高速射流的作用下,喷嘴出口处产生负压，在吸砂管入口处形成了较大的抽吸力，被搅动流态化的磨料从吸砂管入口处吸入,并进入磨砂管,在磨砂管内被吸入喷嘴后打击到工件表面。

（5）保证循环水的清洁度：充分沉淀和多级过滤后的净水是无酸生产效率的保障，含有磨砂、氧化铁的循环水不仅造成管道、喷嘴的堵塞，而且造成高压水泵的频繁维修、造成过滤器冲洗频繁。