BMD產品質量控制策略與大生產實踐

段明南,徐江華,王 超

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.中央研究院,上海 201999; 2.冷軋廠,上海 201900)

1 概述

熱軋帶鋼在高溫熱軋、卷取及冷卻過程中會發生表面氧化,在表面形成一層氧化鐵皮(俗稱鱗皮),熱軋帶鋼在進入后續處理工序(如冷軋)之前,必須將表面鱗皮清除干凈(即除鱗),否則會直接影響后續的處理效果,損壞軋輥并影響冷軋板表面質量。酸洗是目前應用最廣的除鱗工藝,酸洗除鱗效率高,生產速度快,但酸洗存在酸霧排放、工作環境惡劣、投資維護成本高等問題,同時酸洗又存在欠酸洗、過酸洗和停車斑跡等工藝缺陷[1]。基于此,寶鋼從2009年開始著手開發BMD工藝(Baosteel Mechanical Descaling technology,簡稱BMD工藝),該工藝采用水+磨料顆粒的混合射流方式,通過射流介質在金屬表面的持續擊打、磨削而實現除鱗[2]。

如圖1所示:A為混合射流噴射系統,B為介質回收系統,C為過濾系統,D為供砂系統。具體工藝流程如下:

(1) 噴射系統接收來自過濾系統與供砂系統的水和磨料兩種介質,在其內進行快速混合并發射,向目標板面擊打、磨削,實現目標板面鱗皮的快速清除。

(2) 介質回收系統將除鱗后的磨料顆粒、鱗皮粉末、磨料破碎后的細小粉末、水體等一并收集,快速實現水、砂分離,實現兩類介質的處理回用。

(3) 過濾系統快速對動態水體進行懸浮物的收集、輸出,同時將處理后的潔凈水體輸送至噴射系統的各用水點,實現水體的回收利用。

(4) 供砂系統對輸入的磨料顆粒進行快速的選粒、清理雜物、體量檢測與動態補充,并動態輸送至噴射系統,實現磨料顆粒的回收利用。

將BMD技術投入大生產實踐,于2017 年底完成首條BMD 商業化機組建設。在大生產初期,BMD產線除鱗后的BMD板表面質量以及產量均未達到預期效果。通過對噴射系統、供砂系統、介質回收系統以及過濾系統的工藝控制優化以及生產操作的優化,實現了BMD產品大生產的穩定高效以及產品表面質量的優良。

2 BMD產品穩定大生產的工藝控制措施

2.1 優化噴射單元發射器的噴射角度

噴射單元發射器的噴射角度決定了全板寬范圍內的熱軋帶鋼除鱗效果。BMD產線的熱軋來料的寬度范圍為1 200～1 800 mm。如果噴射角度設置不合理,寬料的邊部除鱗效果不佳,會導致全板寬的除鱗均勻性不達標。通過生產實踐,優化出對應不同寬度范圍來料的噴射角度設定,如表1所示。

表1 發射器的噴射角度參數Table 1 Injection angle of transmitter

2.2 優化發射器電動機速度

BMD噴射單元共有8臺驅動電動機,在介質供應狀態相同時,電動機轉速決定除鱗效果及成品粗糙度。發射器電動機需按照設定值的方式停運,以保證發射器系統的持續穩定性,確保在某些特殊工況時即使頻繁啟停仍然無故障產生。通過生產實踐以及生產數據分析,優化出發射電動機的合理運行參數,如表2所示。

表2 發射器電動機的速度參數Table 2 Speed parameters of drive motor of transmitter %

2.3 優化介質供應速度及流量范圍

BMD介質供應系統設有1號輸送裝置、2號輸送裝置及3號輸送裝置。其中,1號、3號輸送裝置實現循環介質的水平轉運,2號輸送裝置將介質從底部動態輸送至一定高度位置,從而確保介質的持續循環、BMD系統的持續運行。

當介質供給參數達到工藝標準時,發射器才能夠持續穩定地實現有效除鱗。介質供給的流量調整是由輸送系統的流量、混合介質的流速等決定的。通過持續的生產實踐跟蹤與數據分析,優化出BMD系統在不同工作狀態下的介質供應技術參數,如表3所示。

表3 優化后的介質供應系統技術參數Table 3 Technical parameters of optimized sand supply system

2.4 穩定生產控制和節能控制

在BMD系統運行初期,發現發射電動機、介質輸送電動機以及泵組電動機的運行出現異常時,會造成介質流速不穩定、極端工況下會擁塞在管道內等故障。其中,泵組的作用是將系統水體輸送到指定的用水點,保證系統中不同的介質箱體中的混合體濃度達到合理范圍,從而確保發射器的穩定、有效工作。另外,通過生產運行發現BMD系統在某些工況的電耗相對較高等等。為解決上述諸多問題,特制定了相應的控制措施:針對性設計開發了一種穩定生產的控制方法,其控制流程如圖2所示。通過生產操作過程的摸索,設計了在非除鱗狀態下快速安全的停機方法,有效解決了在需要頻繁啟停時的電耗升高的問題,該節能控制的具體流程如圖3所示。

2.5 BMD產線的工藝數據采集

如圖4所示,在BMD商業機組的基礎自動化系統中,增加生產過程的數據采集系統FDAA。FDAA是一套基于PC的過程數據自動采集、過程數據自動記錄處理的高速數據采集系統。它不但能夠實現對工業生產加工過程數據的采集、傳遞、監測,而且對于現場采集的過程數據可以進一步進行離線分析,為發生故障后的分析診斷提供有利的依據[3]。通過FDAA,將BMD噴射、供砂、過濾回收等系統中的各設備運行參數及BMD產線的所有工藝參數進行實時保存。針對不同規格的BMD產品,分析了BMD產線的帶鋼運行速度、發射器電動機速度等FDAA數據與除鱗效果的關系。通過數據分析,優化了噴射系統及其他模塊的實際工藝參數。

3 BMD產品的表面質量控制

3.1 大生產中的BMD板表面清洗技術

在BMD產線中,除鱗后的帶鋼表面水分和殘余粉末需要及時清除,為此增設沖洗與吹掃單元。其中,沖洗單元以水為介質通過加壓實現在線沖刷,吹掃單元通過一定壓力的空氣實時清除表面殘水。

當鋼卷為寬規格且高速除鱗時,前期采用的沖洗梁,其對表面殘余粉末去除效果不佳,尤其在頻繁啟停時,往往容易出現殘余的問題。為提高寬板、高速時的沖洗效果,針對性設計開發了一種高效集束噴射梁及相應的噴嘴。該新型噴射梁在投入大生產之后,效果極佳,且良好滿足了極限速度、極限寬度的沖洗要求,從而確保了BMD成品質量的穩定性。

為實現BMD成品無水,需增設實時板面吹掃系統以實現板面干燥。為降低吹掃電耗,針對性優化吹掃單元的溫度設定值。利用FDAA數據與生產操作經驗,分析出持續全年不同季節的吹掃溫度設定值,如表4所示。

表4 優化后的吹掃單元溫度設定值Table 4 Optimized temperature setting value of drying unit ℃

3.2 建立BMD產品的板面質量檢測與反饋控制系統

在BMD生產線中,噴射系統能效與帶鋼的運動速度關系密切。如果產線速度過快,噴射系統除鱗效果會顯著變差,輸出表面的亮度發灰、發暗;如果合理的降低帶鋼速度,則輸出表面的光學檢測結果會相應增強。基于此,BMD產線速度的合理控制對于帶鋼表面除鱗效果具有重要意義。

為此,在BMD產線上增設了成品表面質量實時檢測系統:根據表面質量檢測結果,調整帶鋼速度,以保證帶鋼表面質量達標。增加表面質量檢測的BMD產線如圖5所示,圖中表面帶有鱗皮的熱軋帶鋼進入BMD除鱗單元,噴射系統通過噴嘴發射水和磨料的混合介質去除帶鋼表面鱗皮,經過沖洗單元和吹掃單元后,表面潔凈光亮的帶鋼通過夾送輥輸送到后續單元。表面質量檢測裝置安裝在吹掃烘干單元與夾送輥之間位置,帶鋼速度是通過夾送輥的轉速進行控制的。夾送輥速度的調整量ΔS為:

ΔS=KG·ΔG

式中:KG為亮度控制增益系數;ΔG為亮度偏差值。

3.3 優化BMD產線的操作流程

BMD產線分為BMD工藝段、BMD工藝段入口機組以及BMD工藝段出口機組。BMD工藝段是利用BMD工藝除鱗的核心單元,BMD的混合射流噴射系統、介質回收系統、過濾系統等均安裝在該區域。BMD工藝段入口機組的功能是將熱軋卷進行開卷、矯直后輸送到BMD工藝段進行除鱗。BMD工藝段出口機組的功能是將除鱗后的BMD板輸送到收卷機,完成BMD成品卷取。盡管BMD工藝段是BMD產線的核心,如果沒有入口機組和出口機組的緊密合作,整個BMD產線的除鱗效果以及除鱗效率都會下降,就會造成BMD技術難以應用于大生產。基于此,建立完善的BMD生產線操作規程十分必要,如圖6所示。

4 結論

(1) 通過對BMD產線的工藝控制優化,將BMD由一項試驗開發成果,成功的轉化為可用于卡車大梁、底盤、車輪等原料的大生產除鱗工藝,充分滿足厚規格、寬幅熱軋卷的低成本除鱗生產,為BMD工藝的社會推廣奠定了堅實基礎。

(2) 通過對BMD產線的生產操作優化,實現了BMD產品質量不輸于酸洗商品材,可有效替代、并補充酸洗在厚規格、高合金等除鱗領域的不足。通過近年來BMD產品在多家商用車的全流程工藝認證與陸續達標,充分證明BMD產品的質量優異、工藝成本低廉、綠色環保。