iBox酸洗技術在攀鋼2030 mm冷軋酸洗機組中的應用

【摘要】結合iBox酸洗技術在攀鋼2030 mm冷軋酸洗機組中的應用，介紹了其工藝、設備功能和結構等，重點闡述了iBox酸洗技術在酸軋聯合機組帶鋼軋制過程中的酸洗效率、優點和主要技術參數。同時對iBox酸洗技術與紊流酸洗技術進行了對比。

【關鍵詞】酸洗機組;iBox技術;技術優勢

隨著冷軋生產工藝技術的發展、創新以及用戶對冷軋產品質量要求的提高，從 20世紀70年代后期開始，世界各國新建的冷軋板生產線普遍采用了鹽酸酸洗技術。鹽酸酸洗技術主要分為深槽酸洗技術、淺槽酸洗技術和紊流酸洗技術等，目前世界流行的是紊流酸洗技術。近年來，日本三菱日立公司又推出了自主研發的iBox酸洗技術，與紊流酸洗技術相比各有千秋，處于同一技術層面，在應用效果上具有可比性。

攀鋼2030 mm冷軋項目是攀鋼集團在西昌地區建設釩鈦資源綜合利用項目配套建設的產品深加工項目，主要生產高檔汽車用板、高級家電用板和汽車用高強鋼，設計年產能為210 萬t。為滿足生產需要，在酸洗段采用了iBox酸洗技術。本文以攀鋼2030 mm冷軋項目PL-TCM機組為例，介紹了iBox酸洗技術在冷軋酸洗段的應用情況，并對iBox酸洗技術與紊流酸洗技術進行了對比。

1、酸洗工藝段簡介

1.1 工藝描述

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

酸洗工藝段包括3級酸洗槽、4級漂洗槽、烘干槽，酸洗技術采用三菱日立公司最先進的iBox技術，酸槽內的帶鋼張力通過酸槽內的張力計檢測，有效保證了酸槽內的帶鋼張力穩定，防止過酸洗。漂洗槽分為四段，采用蒸汽冷凝水的設計以減少表面殘氯及節省能源。用抑制劑來防止帶鋼表面的過酸洗。當機組長期停機或者檢修停機，酸液將打回酸循環罐，機組恢復運行后酸液重新打回酸槽。酸洗后的帶鋼經過4#張力輥進入酸洗出口活套、圓盤剪到達酸洗出口區域。

1.2 酸槽（iBox）介紹

⑴ 攀鋼2030 mm冷軋廠酸洗工藝段有3個酸槽，每個酸槽長30 m，被中間的小壩分為5個小的隔間，三個酸槽采用同樣的設計，酸槽布置于拉伸矯直機出口側，酸洗系統采用非連續循環模式供酸，相比連續酸循環系統，能夠有效降低操作和維護成本。從酸再生來的酸液從出口側向入口側溢流。酸槽布置簡圖見圖1。

⑵ 為了降低操作和維護成本，獲得最好的酸洗效果和最低的成本，工藝段采用了浸沒式酸槽技術（iBox）。通過先進的iBox技術，帶鋼不再通過酸泵的噴射形成紊流，而是通過帶鋼的運動產生，從而用較短的酸槽達到最佳的酸洗效果。酸槽通過帶鞍座的低壩分成三段，低壩形成單獨的空間和帶鋼需要的懸垂度。懸垂度通過控制張力進行調節。

⑶ 每段酸槽的出口側通過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定性。當需要帶鋼倒帶或防止酸液溢流，在1#酸槽前設置有一段預清洗槽。

2、iBox酸洗技術工作原理及設備

iBox酸洗技術與其它的酸洗方式不同， 它沒有了酸槽和酸罐之間的酸循環，酸液由通入酸槽內的蒸汽管道直接加熱，蒸汽管道為涂有特氟龍涂層的鋼管。在保證酸洗質量的同時能夠減少酸槽的長度，同時降低能量的損耗和設備裝機數量。iBox酸洗技術是在每段酸槽中安裝了4個設有隔斷輥和鞍座的“盒子”，“盒子”的材質為FRP。當帶鋼在充滿酸液的槽體中運動時，就會在由隔斷輥和鞍座形成的多個腔體中形成酸液紊流狀態，達到清洗熱軋帶鋼的目的。酸液循環方式為：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#段儲酸罐中，通過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。在每段酸槽內的底部設有材質為Teflon的管式加熱系統，用來加熱酸液達到工藝所需溫度。3個酸槽的下方設有3個儲酸罐，作用是當機組較長時間停機時，用來儲存酸槽中排出的酸液，當機組恢復生產時，酸液由每個儲酸罐所配置的酸泵打入酸槽中。儲酸罐所配置的酸泵的作用是將儲酸罐中的酸液打入槽內。iBox槽和儲酸罐的溫度、濃度、液位、流量等參數的檢測和控制流程圖[1]見圖2。

3、iBox酸洗技術介紹

3.1 iBox槽內酸濃度計算及控制

iBox槽內安裝有酸液濃度檢測和控制元件：電導率計和重度計， 經過比值器對測得的酸液電導率和酸液密度進行比較計算后，再經過溫度補償計算得出在線酸液濃度[2]，其計算公式如下：

式中，? CHCL和FeCL2分別為HCl和FeCL2的濃度， 為測量的密度值， L為測量的電導率值， a1、a6、b1、b6為常數。

將此計算值與離線式酸濃度儀采集的酸濃度的樣本進行比較，經過線性分析等模型處理，從而得到HCl和FeCL2的實際濃度。根據計算出的濃度值調節酸再生到3#酸槽的再生酸流量調節閥的開口度，從而對酸槽內酸液濃度進行調節。

3.2 iBox酸洗技術參數比較

3.2.1 日本三菱

三菱的iBox酸洗實驗始于1991年，在JFE的千葉工廠（Chiba works NO.4 PL）進行。酸洗生產線采用深槽式酸洗工藝，共有4個酸槽，每個槽長度20 m。實驗將NO.2號酸槽進行了改造，加入了iBox。為了使實驗結果更明顯，事先模擬好了兩個條件：①前三個酸槽用了75 ℃的酸液，4號槽用50 ℃的水;②酸液濃度處于HCL濃度低，FeCL2濃度高的狀態。在這兩種模擬的條件下，達到了99%酸洗效果時的最大酸洗速度。實驗條件見表1。

在實驗過程中，用了4種低溫卷取材料（SPHC）和3種高溫卷取的材料（KTV-X）進行了生產實驗，檢測收集達到99%酸洗效果時的最大酸洗速度，不同鋼種采用深槽和iBox時達到的最大酸洗速度對比見表2。

從表2可以得出，如果將3個深槽中的1個改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高35%，如果將3個深槽全部改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高1倍。這說明iBox的酸洗效率遠遠高于深槽酸洗。

3.2.2 日本住友金屬

日本住友金屬鹿島制鐵所的iBox酸洗生產線共有3個酸洗槽，NO.2和NO.3酸槽改為iBox酸槽，NO.1酸槽是普通的槽體，里面沒有設置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能需要，沒有必要再將NO.1酸槽改造為iBox槽。現有深槽酸洗線和新的iBox酸洗線主要參數對比見表3。

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系統維護難度大、維護工作量大、故障率高及備件消耗較多等問題，因此，最終選擇了iBox酸洗。

3.2.3 西昌項目PL-TCM機組與其它類似的PL-TCM機組的對比

攀鋼西昌2030 mm冷軋項目PL-TCM機組采用iBox酸洗技術，與其它類似的PL-TCM機組的對比如表4所示。

從表中可以看出，攀鋼西昌PL-TCM機組酸洗時間為23.1s，大于廣鋼JFE的21.6s，而iBox的最短酸洗時間為18 s。所以，產量和表面質量都得到了有力的保證。

3.3? 技術特點

⑴ 帶鋼在酸槽運行時的張力大小與噴流酸洗基本相同，所以不需要垂度控制。它與淺槽酸洗技術相比的優點是：無垂度控制，控制方面更簡單，而且跑偏的幾率大大減小。

⑵ iBox酸洗技術形成紊流的方式為：通過在每段酸槽中設置隔斷輥和鞍座，使得帶鋼在充滿酸液的槽體中運動時，就會在由隔斷輥和鞍座形成的多個腔體中形成酸液紊流。“iBox”酸洗的紊流程度高，酸洗效率大于等于紊流酸洗。

⑶ iBox酸洗技術的酸液循環過程不同于噴流和紊流酸洗技術，具體過程如下：酸液從酸再生過來后直接加入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酸洗技術的酸液加熱也有自己的特色，不是通過往常的石墨加熱器來加熱，而是在酸罐和酸槽內底部都設置加熱環形管路系統，用來加熱酸液溫度。這樣可以避免部分熱量的損失。根據每個槽需要的溫度不同，1#酸槽中的加熱環形管路數量要比2#、3#酸槽多一些。

⑸ 3個酸槽下設有3個儲酸罐，作用是當機組較長時間停機時，用來儲存酸液的，當機組生產時由每個儲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酸罐中的酸液打入槽內。

3.4 技術優勢

⑴ 節能是iBox酸洗技術最大的優勢，酸液的紊流是依靠帶鋼運行的動能來帶動酸液流動，酸液則在特殊設計的隔斷輥和鞍座間產生的腔體中流動來形成紊流。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能使其產生紊流。iBox酸洗技術較紊流酸洗技術節約電耗約6倍。

⑵ iBox酸槽和酸槽之間是無擠干輥設計（僅在整段1#酸槽的入口、3#酸槽的出口設計了擠干輥），降低了擠干輥維護量。同時由于酸槽間無擠干輥，槽體密封性更好了。

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

⑷ 由于iBox酸洗技術取消了復雜的酸液加熱循環系統，利用帶鋼運行的動能來產生酸液紊流，故現場設置的供酸管道僅在為酸槽供酸時才投入使用，間歇工作，并且壓力相對較低，整個工藝段的酸液循環系統泄漏點大大減少，現場工作環境得到有效改善。

⑸ iBox酸洗技術取消了復雜的酸液加熱循環系統，所以與常見的噴流式酸洗不同，泵和管道的數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延長，這樣不但備件費用大幅度降低，而且故障率低機組運行更加穩定，以前噴流酸洗酸液循環系統的維護難度高、維護量大、維護時間長的問題也得到了妥善解決。

結語：

iBox酸洗技術在攀鋼2030 mm冷軋廠酸軋機組中應用后，不僅減少了酸洗工藝段設備的布置量和備件量，減少了設備維護，而且提高了生產中過程中帶鋼的酸洗效率，達到了節能降耗及環保的目的，大大降低了冷軋廠的投資以及建成后的維護成本。

參考文獻：

[1]李志亮，楊竹敏，周志棟.冷軋帶鋼的iBox酸洗工藝及控制分析[J].冶金自動化，2010：302-305.

[2]趙春紅.酸洗工藝中的酸濃度控制[J].工業控制計算機，2006：44-45.

作者簡介：

徐海斌，攀鋼集團西昌鋼釩公司裝備部，四川西昌。