鈦帶脫脂修磨線效率提升技術研究

趙小軍

摘 要：鈦帶材表面脫脂的生產工序因脫脂質量不高，導致生產效率低下，影響后續工序的正常生產及最終產品的及時交付，使企業的生產經營陷入了困境，嚴重制約了企業的發展。通過脫脂工藝設備的改造和生產方式的改變，突破了生產瓶頸，提高了生產效率，同時也起到了節能降耗的社會效益，在鈦行業屬于首創，具有較強的借鑒意義。

關鍵詞：脫脂修磨線；鈦帶；生產效率；脫脂劑；高壓泵；加熱體

中圖分類號：TM305.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0064-02

1 設備概述

寶鈦股份鈦帶生產線是國際、國內第一條鈦帶材加工專業生產線，可向國際、國內市場提供Gr1-Gr4、TA10鈦帶、純鎳帶以及部分低強鈦合金帶材，產品廣泛應用于航空、航天、核工業、國防軍工、石油、化工、電力、制藥、海洋工程、體育、醫療等領域。

鈦帶生產線中的脫脂修磨線是鈦帶材在進入真空爐進行熱處理之前清洗帶材表面殘留軋制油的生產線，其具備的基本功能為開卷、加熱脫脂、清洗烘干和收卷功能。脫脂工序對保證鈦帶材退火質量有著非同一般的重要意義，因為即便很少量的軋制油殘留也能造成鈦帶材表面的氧化污染變色，輕則必須增加酸洗工藝，重則會因為材料物理性能不達標而報廢，會給企業造成重大的經濟損失。

鈦帶材脫脂清洗段采用不銹鋼箱式結構，按工藝流程配置有毛刷噴淋脫脂槽、毛刷噴淋清洗槽、烘干冷卻槽。脫脂水箱布置在線外，清洗水箱布置清洗槽下，通過不銹鋼葉片泵實現噴淋循環，并各自配置3支20kW的加熱體。脫脂槽和清洗槽均布置有上下毛刷輪組，采用螺旋頂升器同時調整兩側升降，皮帶傳動，電機底座采用彈簧進行張力預緊并可防止電機過載。烘干冷卻槽采用30kW烘干熱風發生器，3HP循環風機烘干；并用2臺2HP的高壓鼓風機連接到高壓風刀進行冷卻。

2 原系統問題

鈦卷軋制完表面殘留的軋制油不超過350mg/m2，技術工藝要求帶材脫脂后表面含油量小于20mg/m2。脫脂修磨線設計使用電解堿性離子水（PH：8.5～11）為脫脂介質，通過加熱后以噴淋刷洗的方式將帶材表面的殘留軋制油進行破乳去除，再以加熱后的脫鹽水進行清洗，最后烘干冷卻。生產線在生產實際中存在以下問題：

（1）生產線配套的ES-EIW-06電解離子水生成機堿性離子水最大產水量為6L/分，平均產水量為3.5L/分，每班最多產出堿性離子水1.5立方米。生產線配套的脫脂水槽體積為2.3立方米。根據實際脫脂效果確定的工藝要求脫脂用堿性離子水需每班更換，所以電解離子水生產機的造水能力不能滿足生產工藝要求。同時每班更換脫脂液的加水時間和加熱時間總計需要3小時以上，產生了嚴重的等待浪費，每班的實際生產時間不足4小時，導致生產效率必然低下。

（2）生產線設計速度為30m/min，但是由于脫脂清洗質量不高，為保證質量生產線的工藝速度只能達到8m/min，生產線的能力沒有得到有效發揮，大大降低了鈦帶產品的生產效率。尤其是生產任務緊急時，為了保證后續工序的正常生產，確保合同的按時交付，脫脂修磨線每日需要兩班生產，但由于班組人員只是按一班制配置，所以給車間在生產管理和人員調度方面帶來了諸多不便，同時也造成了能源的浪費。

3 改造方案

通過科學、系統的分析脫脂修磨線在原材料、生產設備、能源、生產方式和人五方面的因素中存在的不合理、不經濟、混亂的因素，確定從生產方式和生產設備兩個因素著手進行改造，避免或消除包括時間、人力、物料等多種形式的浪費，以提高生產效率。

脫脂修磨線的脫脂介質原材料為堿性離子水，因其制備產量和脫脂能力嚴重不足，制約了生產線生產效率的提高。目前有色金屬板帶材常用的脫脂清洗方法有溶劑脫脂、電解脫脂、超聲脫脂、堿液脫脂和熱水脫脂。比較成熟的脫脂方法是采用堿液脫脂，對于有機潤滑劑，堿液具有良好的皂化作用，可與飽和脂肪酸形成脂肪酸鈉（肥皂）和甘油，同時飽和脂肪酸鈉又是良好的表面清洗活性劑，具有良好的去除有機潤滑劑的作用。但對于大部分礦物潤滑油，其皂化反應不明顯，單靠堿液去除效果有效，必須添加一系列表面活性劑才能達到良好的去油效果。通過對不同公司的產品進行工藝試驗，綜合比較脫脂效果、使用周期、生產成本，最終選擇了麥達可爾科技有限公司CARE-39型號的脫脂劑。

近年來新開發的高壓熱水脫脂技術，采用20～60MPa的熱水高壓噴射，配合兩級熱水噴淋，可達到優良的脫脂去污效果。該技術清潔環保，但是要引入脫脂修磨線就必須對原有噴淋系統重新設計制造，設備改造投入較大，同時高壓系統的危險性較大，對人員和設備存在安全隱患。

綜合經濟投入和時間周期等因素，最終確定采用高壓熱水噴淋加脫脂劑的生產方式。這里的高壓只是將壓力由原先的0.4MPa提高至1MPa左右，通過將原來的2.25kW揚程20米的同軸式抽水泵更換為DFWR80-250/2的高壓離心泵，其功率為22kW，揚程80米。脫脂劑的皂化反應隨溫度的升高而劇烈，CARE-39脫脂劑的理想使用溫度為80℃，系統原加熱功率為60kW，水箱容量為2.3m3，根據熱功學公式：

加熱脫脂劑溶液需要的熱量：

公式一：Q=Cm（t2-t1）

Q為潤滑油由t1升至t2所吸收的熱量；

C=4.2KJ/（Kg*℃）脫脂劑溶液的比熱容；

m為脫脂劑溶液的質量（該系統溶液使用量2m3，密度ρ=1×103Kg/m3）；

t1=20℃為地區常溫；

t2=80℃為脫脂劑溶液的理想溫度。

加熱體產生的熱量：

公式二：Q=PT

P為加熱體的功率

T是時間。

根據功和熱量的關系（1kWh=1000w×3600s=3.6×106J），將以上各數值帶入公式一和公式二分別計算可得原系統所需加熱時間為2.33小時，產生了很長時間的等待浪費，降低了生產效率。endprint

以上結果是在不考慮系統熱損失的理想狀況下計算所得，但由于系統最終溫度與環境溫度相差較大，且沒有保溫措施，所以實際中系統溫度只能加熱到60℃，與脫脂劑發揮作用的最佳溫度相差較大，為了縮短加熱時間和補償熱損失，系統在脫脂槽和循環管路上分別加裝了3支6kW的加熱體。同時為了減緩脫脂劑溶液的熱量損失，對水槽外壁和循環管路做了保溫處理。脫脂槽加裝的3支加熱體用于對槽內脫脂劑進行加熱。循環管路上自制了一件圓筒式換熱器，3支加熱體用于對高壓泵輸送的高壓熱脫脂劑進行二次加熱，補償脫脂劑的熱量損失，使高壓脫脂劑噴淋溶液達到最佳工作溫度。為防止溫度過高造成的脫脂劑高溫失效和能源浪費，系統設有溫度反饋控制。

4 改造效果

脫脂修磨線經技術改造后，加熱時間縮短至1.79小時，溫度可穩定在78℃，可保證脫脂劑發揮最佳作用，加熱效率提高23%。同時使用的CARE-39脫脂劑去污能力強，可以連續使用三天，減少了中間因為更換脫脂液而造成的時間等待浪費。在使用脫脂劑，提高脫脂劑使用溫度和提高噴淋壓力的共同作用下，保證帶材脫脂后表面含油量小于20mg/m2的情況下生產線的脫脂速度可達到15～18m/min，生產效率提高一倍以上，這大大釋放了生產線的產能，降低了工人的作業時間，節約了人力資源，解決了車間人員管理上的問題，同時也節約了電能消耗。技術改造前后脫脂修磨線生產統計如表1所示。對比表中數據可知，通過技術改造，生產線通過每千克產品的耗電量即產品單耗由原先的0.1169kWh/kg降低到0.0778kWh/kg，節能幅度達到33.4%。

5 結束語

本文針對鈦帶產品在脫脂過程中出現的效率低下的問題，應用工作研究的方法剖析問題，從生產設備和生產方式兩方面入手，結合目前普遍使用的脫脂技術，采用高壓噴淋熱脫脂劑溶液的脫脂方法，增強了脫脂能力，大幅度提高了生產速度，減少了不必要的時間浪費，從而提高了生產效率，同時產生了節能降耗的作用，產生了一定的社會效益。

本次技術改造在鈦材行業屬于首創，產生了較好的經濟效益和社會效益，對鈦行業以及其他有色金屬行業具有普遍的借鑒意義。

參考文獻：

[1]王濤，高希巖.銅及銅合金板帶材表面清洗技術及裝備[J].有色金屬加工，2009，38（3）.

[2]薛偉，蔣祖華.工業工程概論（第二版）[M].北京：機械工業出版社.

[3]吳公平，李文濤.鈦卷表面脫脂清洗線機組效率提升技術改造[J].科技創新與應用，2016（31）.

[4]王修彥.工程熱力學[M].北京：機械工業出版社.endprint