不銹鋼冷軋帶鋼脫脂工藝性能改進

楊圳海 武天宇

太原鋼鐵有限公司不銹鋼冷軋廠

在不銹鋼冷連軋軋制生產過程中，需要使用軋制乳化液對軋輥和帶鋼進行潤滑及冷卻。但部分殘留在帶鋼表面的油脂會與軋制產生的鐵粉混合在一起，并牢固地黏附在帶鋼表面，形成了帶鋼表面殘留物，需通過脫脂、刷洗等工序將帶鋼表面殘留物去除，工藝處理是否徹底，將對退火、酸洗后帶鋼表面質量產生至關重要的影響。本文對太原鋼鐵有限公司不銹鋼冷軋廠冷連軋2#RAP線脫脂工藝進行了改進，通過調整脫脂段各擠干輥壓力分布、添加表面活性劑、改變脫脂清洗噴淋管安裝角度、增加清洗補水管道閥等方法，增加了脫脂工藝脫脂清洗去污能力，使帶鋼表面質量得到提升，為公司節省了成本，提高了經濟效益。

在不銹鋼冷連軋軋制生產過程中，軋輥與不銹鋼板帶接觸時會產生摩擦及摩擦熱，當壓下量達到一定數值時，在軋制變形區內因帶鋼變形量增大也產生大量的熱能，因此，冷軋軋制過程中需要使用軋制乳化液對軋輥和帶鋼進行潤滑及冷卻。乳化液在使用時，在軋制輥縫區域形成油膜潤滑，同時帶走熱量。由于摩擦力的作用，在帶鋼變形的前滑區和后滑區，會有鐵粉從軋輥表面及帶鋼表面脫落，一部分進入乳化液中，污染了乳化液；另一部分滯留于帶鋼表面，與部分殘留帶鋼表面的油脂混合在一起，并牢固地黏附在帶鋼表面，形成了帶鋼表面殘留物（殘留物主要為乳化液油污、鐵粉及松散雜質等）。殘留物存在形式可分為油膜層、污垢層、氧化膜層（見圖1），其中污垢最為難洗。這些殘留物在軋機出口很難被沖刷掉，嚴重影響后工序生產。因此，需通過脫脂、刷洗等工序將帶鋼表面殘留物去除，工藝處理是否徹底，將對退火、酸洗后帶鋼表面質量影響至關重要[1]。

太原鋼鐵有限公司不銹鋼冷軋廠冷連軋2#RAP線是國內第一條在線五連軋運行鉻、鎳鋼混合軋制生產線，軋制后過鋼脫脂時間短，約為3～8 s，對于脫脂及清洗帶鋼表面能力要求尤其苛刻，該工序將直接影響后工序能否生產出合格的產品，而目前沒有同行對標參數。在軋制300系鋼種后，因該系列鋼種特點，使乳化液污染嚴重，帶鋼表面殘留物急劇增加，造成現有脫脂設備清洗難度的增加，產生側支撐印、臟印等表面缺陷。從2016年9月開始，由于生產線產能增加及軋制速度的提升，發現在生產304鋼種過程中，尤其在高速軋制過程中發現帶鋼板面殘留物急劇增多。更為嚴重的是，在11月全月因表面殘留物造成8卷不合格產品。改善前脫脂前后帶鋼表面見圖2，退火后不合格產品見圖3。

圖1 冷軋鋼板表面油污分類示意

本文從工藝流程、活性劑添加、設備設計和清洗等方面調整脫脂段各參數及優化現有設備，增加脫脂清洗去污能力，提升帶鋼表面質量。

脫脂工藝流程簡介

脫脂工藝流程見圖4。

脫脂工藝流程優化

調整脫脂段各擠干輥壓力分布

如果脫脂入口壓力過大，會造成帶鋼表面殘留物附著力加大，從而要求脫脂去污能力加強，且對擠干輥消耗嚴重；如果脫脂出口壓力過小，會造成帶鋼表面積水嚴重，無法烘干水印，同樣出現表面缺陷。為改善這一情況，現場對脫脂段各擠干輥壓力進行了調整，見表1。

原脫脂段各擠干輥壓力均為0.5～0.6 MPa，經過現場實際觀察及理論分析，將1～7號擠干輥的壓力降低為0.2～0.3 MPa，而8～10號擠干輥維持0.5～0.6 MPa不變，獲得了較好的效果，在保證帶鋼表面質量的同時，又能降低擠干輥輥耗。脫脂段各擠干輥輥耗見表2。

圖2 改善前脫脂前后帶鋼表面

圖3 退火后不合格產品

圖4 脫脂工藝流程示意

表1 脫脂段各擠干輥壓力設定

表2 脫脂段各擠干輥輥耗

添加表面活性劑

表面活性劑的使用降低了水的表面張力，一方面可使水溶液浸潤到鋼板表面，產生油污剝離；另一方面又將油污進行乳化，使之溶入溶液中。在脫脂液中，表面活性劑的親油基和親水基可對油和水發揮不同的親和力，各自獨立地同時產生作用。在水－氣界面或水－油界面，它能將親水基留在水中，而把親油基推出水面，使吸附了油脂的一端進入空氣或油相中，而形成定向排列的單分子層表面膜,可使水的表面張力或水油的界面張力由72 mN/m降到30 mN/m左右,因此在改善被脫脂帶鋼表面潤濕性的同時,還能將油脂滲透、卷離，達到乳化、分散和增溶除油的效果[2]。

冷軋不銹鋼板帶的清洗脫脂主要利用了油脂的皂化反應及表面活性劑的作用，通過潤濕、滲透、卷離、分散和增容的方式，將鋼板表面的油脂去除。經過查找資料及多次試驗，目前選擇在脫脂1號箱體按一定比例添加表面活性劑。

改變脫脂清洗噴淋管安裝角度

在現有脫脂能力達到最大值時，脫脂段所有設備功能已經達到最大額定設定值，仍然不能徹底去除帶鋼表面污垢。原噴淋管噴淋角度方向與鋼帶同向，噴射形狀為60°扇形狀，噴射角度為15°，如圖5所示。

經過理論分析，原噴淋管安裝設計角度的水平分力與帶鋼運行方向同向，噴射水流與鋼板的相對速度為水流速度與鋼板運行速度之差，水流對鋼板的沖擊力相對較弱，清洗效果不佳。脫脂箱體共有4個，原噴淋管的噴射方向與帶鋼運行方向一致。現調整為1號、2號箱體前3組與鋼帶方向一致，后8組鋼帶方向相反；3號、4號箱體調整為前1組與鋼帶方向一致，后2組鋼帶方向相反。調整后的噴淋管安裝角度見圖6，噴射水流與鋼板的相對速度為水流速度與鋼板運行速度之和，水流對鋼板的沖擊力明顯增強，清洗效果明顯提升。

增加清洗補水管道閥

要保證脫脂后帶鋼表面清潔度，清洗水的潔凈度就需要提高。原設計清潔水箱加水和排水閥門存在不足，造成清洗水的潔凈度較低，生產一天最終清洗水渾濁不堪，必須停產更換新水。主要瓶頸在于加水管道閥門流量不足。為此在原有補水基礎上增加加水管道、補水閥，提高補水能力，在此基礎上提高換水頻率，縮短了補水時間，提升了清洗水潔凈度。

優化結果

未調整以前，每月因帶鋼表面污染造成臟印、/鐵粉壓入等缺陷，導致全線停產，投入大量人力物力解決處理該問題。經過一系列的工藝和設備精度調整，目前，帶鋼表面質量得到有效提升，已經可以穩定進行生產。

圖5 噴淋管改進前噴射角度示意

圖6 噴淋管改進后噴射角度示意

帶鋼表面質量提升、缺陷帶鋼出現率降低為公司創造了較好的經濟效益：

◇原來每月因臟印、鐵粉缺陷虛產約6卷，目前降至2卷以內，按照每卷20 t，損失1 200元/t計算，每年可挽救損失約115萬元；

◇原來每月因臟印造成機組降速影響時間約16 h，目前已不影響機組正常生產效率，按照每小時產量70 t，每噸鋼連軋成本優勢300元計算，每年可挽救損失約400萬元。

結論

☆通過調整脫脂段各擠干輥壓力分布、添加表面活性劑、改變脫脂清洗噴淋管安裝角度、增加清洗補水管道閥等方法，增加了太鋼不銹鋼冷連軋2 # RAP線脫脂工藝清洗去污能力，帶鋼表面質量得到提升。

☆通過對冷軋帶鋼脫脂工藝性能的改進，取得了較好的經濟效益，每年可創造效益500萬元以上。