iBox酸洗技術(shù)在攀鋼2030 mm冷軋酸洗機(jī)組中的應(yīng)用

文/徐海斌 攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩公司裝備部 四川西昌 615032

隨著冷軋生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新以及用戶對(duì)冷軋產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,從 20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始，世界各國(guó)新建的冷軋板生產(chǎn)線普遍采用了鹽酸酸洗技術(shù)。鹽酸酸洗技術(shù)主要分為深槽酸洗技術(shù)、淺槽酸洗技術(shù)和紊流酸洗技術(shù)等,目前世界流行的是紊流酸洗技術(shù)。近年來(lái)，日本三菱日立公司又推出了自主研發(fā)的iBox酸洗技術(shù)，與紊流酸洗技術(shù)相比各有千秋，處于同一技術(shù)層面，在應(yīng)用效果上具有可比性。

攀鋼2030 mm冷軋項(xiàng)目是攀鋼集團(tuán)在西昌地區(qū)建設(shè)釩鈦資源綜合利用項(xiàng)目配套建設(shè)的產(chǎn)品深加工項(xiàng)目，主要生產(chǎn)高檔汽車(chē)用板、高級(jí)家電用板和汽車(chē)用高強(qiáng)鋼,設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為210 萬(wàn)t。為滿足生產(chǎn)需要，在酸洗段采用了iBox酸洗技術(shù)。本文以攀鋼2030 mm冷軋項(xiàng)目PL-TCM機(jī)組為例，介紹了iBox酸洗技術(shù)在冷軋酸洗段的應(yīng)用情況，并對(duì)iBox酸洗技術(shù)與紊流酸洗技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比。

1、酸洗工藝段簡(jiǎn)介

1.1 工藝描述

酸洗入口帶鋼通過(guò)1#張力輥、糾偏輥、入口活套、拉矯機(jī)、2#張力輥進(jìn)入酸洗工藝段。為了防止帶鋼在活套內(nèi)跑偏，活套入口、中心、出口區(qū)域都配有糾偏輥，拉矯機(jī)主要是為了破除來(lái)料帶鋼表面的氧化鐵皮，有效增加酸洗效果，拉矯機(jī)和入口活套內(nèi)張力通過(guò)控制1#、2#張力輥速度差建立。

酸洗工藝段包括3級(jí)酸洗槽、4級(jí)漂洗槽、烘干槽，酸洗技術(shù)采用三菱日立公司最先進(jìn)的iBox技術(shù)，酸槽內(nèi)的帶鋼張力通過(guò)酸槽內(nèi)的張力計(jì)檢測(cè)，有效保證了酸槽內(nèi)的帶鋼張力穩(wěn)定，防止過(guò)酸洗。漂洗槽分為四段，采用蒸汽冷凝水的設(shè)計(jì)以減少表面殘氯及節(jié)省能源。用抑制劑來(lái)防止帶鋼表面的過(guò)酸洗。當(dāng)機(jī)組長(zhǎng)期停機(jī)或者檢修停機(jī)，酸液將打回酸循環(huán)罐，機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行后酸液重新打回酸槽。酸洗后的帶鋼經(jīng)過(guò)4#張力輥進(jìn)入酸洗出口活套、圓盤(pán)剪到達(dá)酸洗出口區(qū)域。

1.2 酸槽（iBox）介紹

⑴ 攀鋼2030 mm冷軋廠酸洗工藝段有3個(gè)酸槽，每個(gè)酸槽長(zhǎng)30 m，被中間的小壩分為5個(gè)小的隔間，三個(gè)酸槽采用同樣的設(shè)計(jì)，酸槽布置于拉伸矯直機(jī)出口側(cè)，酸洗系統(tǒng)采用非連續(xù)循環(huán)模式供酸，相比連續(xù)酸循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效降低操作和維護(hù)成本。從酸再生來(lái)的酸液從出口側(cè)向入口側(cè)溢流。酸槽布置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 酸槽布置簡(jiǎn)圖

⑵ 為了降低操作和維護(hù)成本，獲得最好的酸洗效果和最低的成本，工藝段采用了浸沒(méi)式酸槽技術(shù)(iBox)。通過(guò)先進(jìn)的iBox技術(shù)，帶鋼不再通過(guò)酸泵的噴射形成紊流，而是通過(guò)帶鋼的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，從而用較短的酸槽達(dá)到最佳的酸洗效果。酸槽通過(guò)帶鞍座的低壩分成三段，低壩形成單獨(dú)的空間和帶鋼需要的懸垂度。懸垂度通過(guò)控制張力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

⑶ 每段酸槽的出口側(cè)通過(guò)擠干輥減小帶鋼表面殘余的酸液，有效的保證了每段酸槽酸液濃度的穩(wěn)定性。當(dāng)需要帶鋼倒帶或防止酸液溢流，在1#酸槽前設(shè)置有一段預(yù)清洗槽。

2、iBox酸洗技術(shù)工作原理及設(shè)備

iBox酸洗技術(shù)與其它的酸洗方式不同, 它沒(méi)有了酸槽和酸罐之間的酸循環(huán)，酸液由通入酸槽內(nèi)的蒸汽管道直接加熱，蒸汽管道為涂有特氟龍涂層的鋼管。在保證酸洗質(zhì)量的同時(shí)能夠減少酸槽的長(zhǎng)度，同時(shí)降低能量的損耗和設(shè)備裝機(jī)數(shù)量。iBox酸洗技術(shù)是在每段酸槽中安裝了4個(gè)設(shè)有隔斷輥和鞍座的“盒子”，“盒子”的材質(zhì)為FRP。當(dāng)帶鋼在充滿酸液的槽體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在由隔斷輥和鞍座形成的多個(gè)腔體中形成酸液紊流狀態(tài)，達(dá)到清洗熱軋帶鋼的目的。酸液循環(huán)方式為：由3#酸槽向2#酸槽溢流，再由2#酸槽向1#酸槽溢流，然后從1#酸槽流入1#段儲(chǔ)酸罐中，通過(guò)酸泵打入酸再生站處理生成再生酸至再生酸罐，由泵供至3#酸槽內(nèi)。在每段酸槽內(nèi)的底部設(shè)有材質(zhì)為T(mén)eflon的管式加熱系統(tǒng)，用來(lái)加熱酸液達(dá)到工藝所需溫度。3個(gè)酸槽的下方設(shè)有3個(gè)儲(chǔ)酸罐，作用是當(dāng)機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，用來(lái)儲(chǔ)存酸槽中排出的酸液，當(dāng)機(jī)組恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，酸液由每個(gè)儲(chǔ)酸罐所配置的酸泵打入酸槽中。儲(chǔ)酸罐所配置的酸泵的作用是將儲(chǔ)酸罐中的酸液打入槽內(nèi)。iBox槽和儲(chǔ)酸罐的溫度、濃度、液位、流量等參數(shù)的檢測(cè)和控制流程圖[1]見(jiàn)圖2。

圖2 儲(chǔ)酸罐/iBox槽控制流程圖

3、iBox酸洗技術(shù)介紹

3.1 iBox槽內(nèi)酸濃度計(jì)算及控制

iBox槽內(nèi)安裝有酸液濃度檢測(cè)和控制元件：電導(dǎo)率計(jì)和重度計(jì), 經(jīng)過(guò)比值器對(duì)測(cè)得的酸液電導(dǎo)率和酸液密度進(jìn)行比較計(jì)算后,再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償計(jì)算得出在線酸液濃度[2]，其計(jì)算公式如下：

式中, CHCL和FeCL2分別為HCl和FeCL2的濃度,為測(cè)量的密度值, L為測(cè)量的電導(dǎo)率值 , a1、a6、b1、b6為常數(shù)。

將此計(jì)算值與離線式酸濃度儀采集的酸濃度的樣本進(jìn)行比較,經(jīng)過(guò)線性分析等模型處理,從而得到HCl和FeCL2的實(shí)際濃度。根據(jù)計(jì)算出的濃度值調(diào)節(jié)酸再生到3#酸槽的再生酸流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)口度,從而對(duì)酸槽內(nèi)酸液濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2 iBox酸洗技術(shù)參數(shù)比較

3.2.1 日本三菱

三菱的iBox酸洗實(shí)驗(yàn)始于1991年，在JFE的千葉工廠(Chiba works NO.4 PL)進(jìn)行。酸洗生產(chǎn)線采用深槽式酸洗工藝，共有4個(gè)酸槽，每個(gè)槽長(zhǎng)度20 m。實(shí)驗(yàn)將NO.2號(hào)酸槽進(jìn)行了改造，加入了iBox。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯，事先模擬好了兩個(gè)條件：①前三個(gè)酸槽用了75 ℃的酸液，4號(hào)槽用50 ℃的水；②酸液濃度處于HCL濃度低，F(xiàn)eCL2濃度高的狀態(tài)。在這兩種模擬的條件下，達(dá)到了99%酸洗效果時(shí)的最大酸洗速度。實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

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在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用了4種低溫卷取材料（SPHC）和3種高溫卷取的材料（KTV-X）進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)收集達(dá)到99%酸洗效果時(shí)的最大酸洗速度，不同鋼種采用深槽和iBox時(shí)達(dá)到的最大酸洗速度對(duì)比見(jiàn)表2。

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從表2可以得出，如果將3個(gè)深槽中的1個(gè)改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高35%，如果將3個(gè)深槽全部改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高1倍。這說(shuō)明iBox的酸洗效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于深槽酸洗。

3.2.2 日本住友金屬

日本住友金屬鹿島制鐵所的iBox酸洗生產(chǎn)線共有3個(gè)酸洗槽，NO.2和NO.3酸槽改為iBox酸槽，NO.1酸槽是普通的槽體，里面沒(méi)有設(shè)置iBox槽，不把NO.1酸槽改為iBox酸槽的原因是：NO.2和NO.3酸槽改為iBox槽后，再加上普通的NO.1酸槽就完全能夠滿足產(chǎn)能需要，沒(méi)有必要再將NO.1酸槽改造為iBox槽?，F(xiàn)有深槽酸洗線和新的iBox酸洗線主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

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住友金屬在2KCM酸洗改造前考慮到其在河歌山的MDS噴流酸洗存在酸循環(huán)系統(tǒng)維護(hù)難度大、維護(hù)工作量大、故障率高及備件消耗較多等問(wèn)題，因此，最終選擇了iBox酸洗。

3.2.3 西昌項(xiàng)目PL-TCM機(jī)組與其它類似的PL-TCM機(jī)組的對(duì)比

攀鋼西昌2030 mm冷軋項(xiàng)目PL-TCM機(jī)組采用iBox酸洗技術(shù)，與其它類似的PL-TCM機(jī)組的對(duì)比如表4所示。

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從表中可以看出，攀鋼西昌PL-TCM機(jī)組酸洗時(shí)間為23.1s，大于廣鋼JFE的21.6s，而iBox的最短酸洗時(shí)間為18 s。所以，產(chǎn)量和表面質(zhì)量都得到了有力的保證。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

⑴ 帶鋼在酸槽運(yùn)行時(shí)的張力大小與噴流酸洗基本相同，所以不需要垂度控制。它與淺槽酸洗技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)垂度控制，控制方面更簡(jiǎn)單，而且跑偏的幾率大大減小。

⑵ iBox酸洗技術(shù)形成紊流的方式為：通過(guò)在每段酸槽中設(shè)置隔斷輥和鞍座，使得帶鋼在充滿酸液的槽體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在由隔斷輥和鞍座形成的多個(gè)腔體中形成酸液紊流?！癷Box”酸洗的紊流程度高，酸洗效率大于等于紊流酸洗。

⑶ iBox酸洗技術(shù)的酸液循環(huán)過(guò)程不同于噴流和紊流酸洗技術(shù)，具體過(guò)程如下：酸液從酸再生過(guò)來(lái)后直接加入3#酸槽，3#酸槽充滿后酸液向2#酸槽溢流，2#酸槽充滿后酸液向1#酸槽溢流，在1#酸槽末端靠高位溢流流入酸液收集罐，再由泵從收集罐抽出送到酸再生站的廢酸罐中，在酸再生站處理生成再生酸至再生酸罐，由再生酸泵供至3#酸槽。

⑷ iBox酸洗技術(shù)的酸液加熱也有自己的特色，不是通過(guò)往常的石墨加熱器來(lái)加熱，而是在酸罐和酸槽內(nèi)底部都設(shè)置加熱環(huán)形管路系統(tǒng)，用來(lái)加熱酸液溫度。這樣可以避免部分熱量的損失。根據(jù)每個(gè)槽需要的溫度不同，1#酸槽中的加熱環(huán)形管路數(shù)量要比2#、3#酸槽多一些。

⑸ 3個(gè)酸槽下設(shè)有3個(gè)儲(chǔ)酸罐，作用是當(dāng)機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，用來(lái)儲(chǔ)存酸液的，當(dāng)機(jī)組生產(chǎn)時(shí)由每個(gè)儲(chǔ)酸罐所配置的酸泵將罐中酸液供至酸槽中，該泵唯一的作用就是將儲(chǔ)酸罐中的酸液打入槽內(nèi)。

3.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

⑴ 節(jié)能是iBox酸洗技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)，酸液的紊流是依靠帶鋼運(yùn)行的動(dòng)能來(lái)帶動(dòng)酸液流動(dòng)，酸液則在特殊設(shè)計(jì)的隔斷輥和鞍座間產(chǎn)生的腔體中流動(dòng)來(lái)形成紊流。這不同于噴流和紊流酸洗工藝段依靠供料泵、噴射梁提供給酸液動(dòng)能使其產(chǎn)生紊流。iBox酸洗技術(shù)較紊流酸洗技術(shù)節(jié)約電耗約6倍。

⑵ iBox酸槽和酸槽之間是無(wú)擠干輥設(shè)計(jì)（僅在整段1#酸槽的入口、3#酸槽的出口設(shè)計(jì)了擠干輥），降低了擠干輥維護(hù)量。同時(shí)由于酸槽間無(wú)擠干輥，槽體密封性更好了。

⑶ 加熱器內(nèi)置于酸罐和酸槽中，加熱能力和效率較高。加熱器采用PTFE特殊材質(zhì)制造，外形采用了迷宮式設(shè)計(jì)，采取了合理的固定方式固定在槽中。不但使用壽命長(zhǎng)，而且避免了以往采用石墨加熱器頻繁發(fā)生的堵塞事故。

⑷ 由于iBox酸洗技術(shù)取消了復(fù)雜的酸液加熱循環(huán)系統(tǒng)，利用帶鋼運(yùn)行的動(dòng)能來(lái)產(chǎn)生酸液紊流，故現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的供酸管道僅在為酸槽供酸時(shí)才投入使用，間歇工作，并且壓力相對(duì)較低，整個(gè)工藝段的酸液循環(huán)系統(tǒng)泄漏點(diǎn)大大減少，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境得到有效改善。

⑸ iBox酸洗技術(shù)取消了復(fù)雜的酸液加熱循環(huán)系統(tǒng)，所以與常見(jiàn)的噴流式酸洗不同，泵和管道的數(shù)量較少而且是間歇式使用，這使得泵和管道的使用壽命相應(yīng)延長(zhǎng)，這樣不但備件費(fèi)用大幅度降低，而且故障率低機(jī)組運(yùn)行更加穩(wěn)定，以前噴流酸洗酸液循環(huán)系統(tǒng)的維護(hù)難度高、維護(hù)量大、維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題也得到了妥善解決。

結(jié)語(yǔ)：

iBox酸洗技術(shù)在攀鋼2030 mm冷軋廠酸軋機(jī)組中應(yīng)用后，不僅減少了酸洗工藝段設(shè)備的布置量和備件量，減少了設(shè)備維護(hù)，而且提高了生產(chǎn)中過(guò)程中帶鋼的酸洗效率，達(dá)到了節(jié)能降耗及環(huán)保的目的，大大降低了冷軋廠的投資以及建成后的維護(hù)成本。