帶鋼連退線清洗段的設計與研究

李偉(西馬克帶鋼技術(上海)有限公司，上海200083)

帶鋼連退線清洗段的設計與研究

李偉
(西馬克帶鋼技術(上海)有限公司，上海200083)

清洗是鋼帶連續退火線重要的工序，清洗段對提高產品的表面質量具有重要的意義。本文介紹了連退線清洗段的主要設備組成及其特點，分析了影響清洗效果的主要因素:清洗液的濃度和溫度、刷輥的控制、電解清洗的電流密度，并闡述了如何控制這些因素來達到較好的清洗效果。

退火線;清洗段;清洗液;電解清洗

0　前言

帶鋼在軋制過程中會產生加工硬化，軋制的變形越大，加工硬化的程度也越高，需要將加工硬化后的鋼帶通過再結晶退火而軟化。軋制后的帶鋼表面會附著一些軋制油、鐵粉、乳化液等污染物，這些污染物會致爐輥表面結瘤［1］，造成鋼帶表面壓痕及劃傷，影響鋼帶的表面質量，污染物的清除依賴清洗段來完成［2］。本文所述的清洗段設置在連退線入口焊接設備和入口活套之間。鋼帶進入活套前表面被清洗干凈，降低活套的糾偏負荷，利于提高活套的運行速度和容量。清洗段與入口段高速度相匹配，提高機組的整體運行速度。

1　清洗段主要設備

帶鋼清洗方式有多種:化學清洗，物理清洗，電解清洗和超聲波清洗［3］。為了滿足連退線高速生產需要，常將以上工藝組合應用。本文所述清洗段的清洗工序采用噴淋沖洗+機械刷洗+電解清洗+漂洗+烘干的工藝布置，如圖1所示。

1.1噴淋沖洗設備

噴淋沖洗采用立式槽體，噴梁按固定的間距布置鋼帶兩側，被加熱的清洗液經由噴嘴噴淋到鋼帶表面，噴淋的角度與鋼帶運行的方向相反，如圖1所示。噴射壓力破壞鋼帶表面附著的油膜然后將其沖掉，在清洗的過程中起到了加熱鋼帶作用。合適的噴射角度和噴射壓力，有利于將帶鋼表面的油污沖走。噴淋壓力產生的機械作用，清洗液與鋼帶表面的油污發生的化學反應。立式噴淋沖洗的優勢:(1)依靠重力作用，噴淋到鋼帶表面的溶液不會形成大面積的水膜。(2)高速紊流將熱和脈沖作用經介質噴射傳到鋼帶表面。(3)有效的將鋼帶加熱到理想溫度便于后續工序的進一步清洗。(4)介質的高動能可以清除鋼帶表面粗大的附著物。

圖1　清洗工藝布置Fig.1 Arrangement of cleaning process

1.2刷洗設備

為了強化清洗的效果，在清洗的同時加入機械作用，對鋼帶的兩面進行刷洗［4］。刷洗是利用刷輥的機械旋轉清除鋼帶表面殘留的贓物，用來清洗難以皂化的沉積得較厚的油脂。刷洗設備一般由4組刷洗輥及對輥組成，刷洗輥和對輥交替布置在鋼帶上下表面，如圖1所示。連退線本身工藝速度比較高，刷輥采用逆刷(與鋼帶運行方向相反)。在每根刷輥之后設置一根噴梁，沿著刷輥與鋼帶相切的方向噴射清洗液，達到沖掉被刷輥刷下來的污物。刷輥高速旋轉的同時與鋼帶表面摩擦，會產生大量熱量，噴淋的清洗液還起到冷卻刷毛的功用。

1.3電解清洗設備

由于化學清洗的皂化和乳化作用的有限，不能獲得潔凈的鋼帶表面，許多油污粒子和鐵粉、氧化鐵等粒子附在鋼帶表面的空隙里，不容易清洗徹底，因此鋼帶還要進行電解清洗。電解清洗采用立式槽體結構，電極板布置在鋼帶兩面，如圖1所示。立式結構主要優勢是電解操作可以基于高電流密度(＞20A/cm2)［5］，提高電解效率。

電解清洗時鋼板本身并不直接帶電，而是借助于通直流電的電極板的電磁感應，使帶鋼帶電而發生電解反應。電解清洗實質是電解水的過程［6］，電流穿過鋼帶和電極板間溶液，電離作用把水分解為氫氣和氧氣。氣體以氣泡的形式產生于污物的底層，隨著氣泡的脹大，將污物與鋼帶分離，被除油劑分解或形成乳狀物。

當鋼帶作為陰極時，其表面上發生的是還原反應并析出氫氣:

當鋼帶作為陽極時，其表面上發生的是氧化反應并析出氧氣:

當帶鋼為陰極時，乳化能力大，除油效果好。但陰極除油容易發生氫氣滲到鋼基內，能引起鋼體氫脆。當帶鋼為陽極時，除油效率不如陰極，當堿濃度低、溫度低和電流密度高時，特別當堿中含有氯離子時，帶鋼會產生斑點，但是鋼帶基本不發生氫脆而且能去除表面的侵蝕殘渣。工程實際通常經常周期交換電極板的極性，綜合利用鋼帶作為陰極和陽極清洗的優勢。

1.4漂洗設備

漂洗是通過噴射熱水，降低除去帶鋼表面殘留的堿液，以避免對退火及后續處理等造成不利影響。漂洗為三階漂洗，每段均用擠干輥隔開，擠干輥用于將鋼帶表面液體擠除，如圖1所示。漂洗設計成階梯瀑布流形式，后一級的漂洗水會補充到前一級，只在終極漂洗注入新鮮脫鹽水，極大地降低脫鹽水的消耗量。

2　影響清洗效果的因素

清洗效果的好壞與多種因素有著密切的關系，生產實際主要控制清洗劑濃度及溫度、刷輥的控制、電解電流密度，以下分別論述。

2.1清洗液的濃度

堿性清洗劑的主要化學成分為氫氧化鈉、原硅酸鈉和適量的乳化劑。清洗液濃度在一定范圍內(一般在1.0%～5.0%之間)時，才能保證最佳的清洗效果，清洗液濃度和清洗效果關系如圖2所示。當濃度達到一定值后，再增加濃度，清洗效果幾乎不再變化，不能滿足更高的清洗要求。對溶液中的添加劑來說，表面活性劑在一定濃度以下時，少量的添加也會引起脫脂性的很大提高，但到了一定濃度后，影響就小了，表面活性劑的濃度一般在0.2%～0.3%之間。

圖2　清洗液濃度與清洗率的關系Fig.2 Relationship between the concentration of cleaning solution and cleaning rate

2.2工作溫度

清洗溫度提高，帶鋼表面附著油粘度降低，加速皂化反應，同時形成的肥皂在熱堿性清洗液也易溶解，且還能促進乳化作用。工作溫度和清洗效果的關系如圖3所示，清洗劑溫度在60℃以上時，溫度上升10℃，清洗率上升了約30%，可以減少50%的清洗時間。對熱水清洗來說，溫度越高越好，但不能超過水的沸點，否則會引起霧狀環境。溫度過高，能量消耗大，堿性清洗液蒸發還會惡化工作環境，通常選用80℃左右溫度作為工作溫度。

圖3　清洗液溫度與清洗率的關系Fig.3 Relationship between the temperature of cleaning solution and cleaning rate

2.3刷輥的控制

刷輥和鋼帶之間要有適當的壓緊程度才能對帶鋼有良好的刷洗效果，壓緊程度由刷輥的壓下控制。壓下控制通常采用兩種模式，即恒壓下力控制和恒壓下量控制。恒壓下力控制方式把刷輥的壓下力設為恒定值，通過調節壓下電機的輸入電流，比較容易控制，一般以額定電流為限。恒壓下量控制是把壓下量設為恒定值，對于尼龍類刷毛，推薦的壓下量應不超過2～3 mm。

2.4電解電流密度

電流密度是保證電解清洗過程順利進行的必要條件。電流密度的選擇應能保證析出足夠的氣泡，它既能使油珠機械剝離，又能攪拌溶液。電流密度的選擇參照公式:

式中，J為電流密度，A/cm2;I為電解電流，A;η為電解效率;L為電極長度，cm;B為帶鋼寬度，cm。

一般電解電流密度大，除油速度就快。但除油速度與電流密度并不完全呈正比關系，當電流密度大到一定值時，除油速度的增量就不明顯，反而加大電能消耗。要根據表面的油污量來選擇電流密度，通常電流密度的控制范圍為10～30 A/cm2，以達到將清洗帶鋼干凈。

4　結束語

介紹了連退線清洗機組的主要設備及鋼帶清洗效果影響因素，如何控制好這些影響因素是清洗效果好壞的關鍵。在除去帶鋼表面污物的同時，清洗液會慢慢變臟，清洗性變差，新的溶液會周期的替代被排除的廢液。近年來超精過濾技術［7］的引入，可以把清洗液中的大部分油分子分離，清洗液再循環利用，提高了清洗液的利用率，減少了介質消耗的同時降低了廢液的排放量，具有節能減排的效益。

［1］劉丹，張民．首鋼連退清洗工藝的改進［J］．軋鋼，2012，29(4):53－55．

［2］肖文照，侯煜，王海珍．連續退火線清洗段帶鋼跑偏問題分析及解決方案［J］．傳感器世界，2013 (1):38－40．

［3］王業科，黃幼知．熱鍍鋅帶鋼清洗工藝探討［J］．軋鋼，2000，17(2):23－25．

［4］聶興利，郭振英．涂鍍前清洗機組刷輥出軸處的新型密封裝置［J］．清洗世界，2010，26(2):42－45．

［5］呂軍，劉巖松．帶鋼連續熱鍍鋅機組預清洗工藝的研究［J］．鋼鐵，2000，35(10):67－71．

［6］李娜，周昌勇．電解清洗技術在冷軋硅鋼帶表面處理中的應用［J］．現代冶金，2010，38(2):54－56．

［7］楊曉東．清洗槽堿液循環利用［J］．工業加熱，2013，42(2):64－66．

Design and research of the cleaning section of strip continuous annealing line

LIWei
(Siemag Strip Processing lines Shanghai Ltd．，Shanghai200083，China)

The cleaning process is an important procedure before continuous annealing of strip，The cleaning section has a great importance on the improvement of surface quality of the production．This paper introduces themain equipments of the cleaning section and their specification．Meanwhile，italso analyzes themain factors which affect the cleaning result．For example:the concentration and temperature of the cleaning solution，the control of the scrubber roll，the electric current density of the electrolytic cleaning．Furthermore，it explains how to attain a better target by adjust these influence factor．

annealing line，cleaning section，cleaning solution，electrolytic cleaning

TG335.22

A

1001－196X(2015)02－0045－03

2014－11－29;

2014－12－24

李偉(1982－)，男，碩士，西馬克帶鋼技術(上海)有限公司工程師，主要從事機械設計工作。