無酸除鱗技術在冷軋寬帶應用的探索與實踐

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司，四川 成都 610100）

近年來，由于各級政府、各個行業對環保的日益重視，在華北、華東等地的冷軋窄帶行業興起了無酸清洗技術（也稱水洗技術）的應用，實現了由傳統的酸洗改為無酸清洗的技術創新。

1 無酸清洗工藝簡介

1.1 無酸清洗原理

無酸清洗最主要的方式為高壓射流噴丸工藝，是結合傳統的高壓除鱗和拋丸除銹技術形成的一種新工藝。磨料（不銹鋼鋼丸、鋼砂）和高壓水混合起來，連續不斷地噴向工件表面，通過磨料的打擊和磨刷作業從而達到工件除鱗、除銹和清洗目的。在冷軋冶金行業中，熱軋鋼卷表面的氧化鐵致密而粘連，鋼帶往往經過拉伸、彎曲等方式進行剝殼預處理，然后進行高壓噴砂加工。高壓射流除鱗的關鍵作業部件為噴嘴（噴頭），在進行高壓除鱗作業時噴嘴（噴頭）由于巨大的反作用力影響，須要將噴嘴固定，固定后的噴嘴形成固定的角度、固定的壓力和穩定的流量進行噴射，鋼帶沿縱向水平布置、沿橫向傾斜0°~45°、通過張力牽引方法進行輸送，使鋼帶上下兩面同時或先后通過固定噴射區，實現氧化皮的除鱗清理；通過卷取機收卷速度調節進行除鱗強度控制，實現鋼帶經過固定噴射區的單位面積打擊（磨刷）力度調節，最終保證熱軋帶鋼氧化皮清理質量得到有效控制。

由于不同鋼廠、不同材質的熱軋卷存在清理難度的差異，為了保證無酸清洗力度有可控性，整個除鱗清洗過程中張力、速遞、壓力、流量等相關參數由PLC進行程序控制；對供水、磨料、斷帶等進行自動診斷和報警，保證生產設備具有智能化控制水平。

圖1 高壓射流設備示意圖

1.2 高壓射流的環保優勢

高壓射流噴丸除鱗清洗技術的能源為電、載體為水、材料為鋼砂：生產線唯一能源為電力，避免了傳統酸洗對蒸汽的熱力需求；生產用水經沉淀處理后壓入水箱循環使用；鋼砂經回收分選打入儲砂罐后循環使用；循環水中沉淀的廢渣均為鋼砂、氧化鐵等高品位含鐵原料，直接回收后供鋼廠生產的原料使用。

高壓射流噴丸除鱗清洗生產過程無酸霧，無粉塵污染，無廢水、廢氣排放。真正實現資源循環利用，實現“三廢”零排放，實現了綠色、環保、高效除鱗。與傳統酸洗除鱗工藝相比，避免了重金屬離子、酸根離子及粉塵的產生與污染。通過自動化、流水線的工藝技術與成套設備充分保證了冷軋帶鋼表面處理的高質高效和清潔化，滿足后續冷軋等工藝要求，在系統集成性、先進實用性、經濟合理性、穩定可靠性等方面基本滿足冷軋冶金的生產要求。

2 無酸除鱗技術在冷軋寬板中應用探討

通過對國內數十條高壓射流噴丸在冷軋窄帶、建筑鋼構的清洗應用案例考察，研究冷軋寬帶鋼通過高壓射流噴丸技術實現無酸化應用的可能，提出對原有窄帶用高壓射流技術進行升級和完善方案，實現冷軋寬帶無酸化應用的實踐，實現水洗工藝由窄帶擴展到寬帶（寬度從190mm到1050mm）、由黑帶（或灰帶）向高品質光亮面板、由普通的Q195到st12、st13（spcc、spcd）等領域拓展。

無酸除鱗技術相對傳統酸洗工藝簡單，在東南沿海有大大小小不同規模的設備生產廠家，盡管無酸除鱗技術在礦山設備清洗、建筑鋼構除銹等領域應用成熟，在冷軋窄帶的應用也趨于發散，但冷軋寬帶面臨產品表面質量要求高、產品再加工技術復雜、生產連續性強的問題導致無酸除鱗技術的應用面臨制約和阻力，需要強強聯合實現技術整合，攻克和解決上述問題。長沙礦冶研究院針對窄帶鋼酸洗除磷清理存在污染嚴重的現狀而開發的模塊化、連續化的工藝技術在窄帶鋼應用領域實現了流水化、自動化，也有諸多成功應用案例，但在寬帶冷軋的應用還是空白。四川省龍威公司作為專業的冷軋生產企業，主要生產家電面板、汽摩沖壓用冷軋寬板卷，有近二十年的冷軋酸洗工藝和技術積累，龍威公司和長礦院合作并探討了無酸清洗技術在冷軋寬帶的應用。

2.1 冷軋寬帶無酸除鱗的工藝

圖2 冷軋寬帶無酸除鱗示意圖

冷軋寬帶無酸除鱗生產流程圖：

熱軋鋼卷→上料→開卷→剪切→換向→張緊→上表面清洗

→下表面清洗→沖洗→吹掃→擠干→風干→夾送→活套→張力→剪切→卷取→卸卷→進入下工序。

2.2 無酸除鱗技術的主要設備

2.2.1 前后輸送輔助設備

前后輔助設備的主要功能是實現鋼帶開卷、收卷和提供張力，以保證鋼帶在生產線的穩定輸送。

設備包括：入料臺車、液壓放卷機、液壓開卷輔助支撐、接料板、直頭裝置、九輥整平（帶夾送）、液壓剪床、焊接平臺、風干設備、S輥機、活套、三輥張力臺、剪切機、液壓收卷機、液壓收卷輔助支撐、出料臺車、液壓系統及電控系統、沉淀池。

2.2.2 水洗工藝段設備

工藝段設備的主要功能是清除鋼帶表面上的氧化皮，實現磨料（鋼砂、鋼丸）循環使用，實現污水經沉淀及過濾處理后，壓入水箱循環使用。

（1）高壓水泵：

高壓水泵是高壓射流動力和能量來源的保證，是生產線生產順行和質量的保障。高壓水泵額定工作壓力：55Mpa。高壓水泵額定流量：7m3/h。高壓水泵配噴嘴：6~8個/臺。

（2）磨料（鋼丸）：鋼丸規格范圍：0.2mm~0.3mm。

（3）噴頭（噴嘴）：工作壓力：50MPa~55MPa。

（4）配套設備：配套輔助設備包括：水箱、清理系統、沖丸系統、磨料供給系統、磨料分選系統、污水沉淀池、污水過濾系統、擠干設備等。

3 冷軋寬板無酸除鱗的生產實踐

3.1 生產產品參數

材質：熱軋普碳鋼。料寬：1050mm~1250mm。厚度：2.0mm~4.0mm。原料卷外徑：￠1000mm~￠2000mm。原料卷內徑：￠762mm。材料屈服強度：235MPa。原料卷重量：≤25T。

3.2 輔助段（前后工序）操作要點

（1）帶頭帶尾：鋼卷穿帶前保證帶頭、帶尾進行平直剪切，避免鋼帶頭尾對接處缺陷造成輸送過程的卡住；鋼卷帶頭、帶尾進行均勻有效焊接，避免過程焊接部位劃傷工藝通道或鋼帶被拉斷。

（2）充分校直：鋼卷在矯正環節保證充分矯正，便于鋼卷展開后其表面均勻接受噴嘴磨料的打擊和磨刷，如果存在局部蜷曲，將嚴重影響單位面積的打擊強度；根據電流及阻力情況可以適當增加延伸率或者加大矯直機的壓下量以幫助鋼帶氧化層的脫落。

（3）換向平穩：鋼卷縱向水平和橫向傾斜要保證換向高度和鋼帶扭轉角度調整一致，減少鋼帶的輸送阻力；通過調整鋼卷邊部對齊或鋼卷板心一致，保證鋼帶在噴射區的穩定通過。

（4）恒速恒張：保證鋼帶清洗過程中卷取機穩定的張力和穩定速度，在噴射區參數固定環境下保證鋼帶拉緊、繃直并均勻通過，以實現噴射的均勻性和提高噴射的效率；通過觀察鋼帶表面色差，實時調整卷取速度以保證板面除鱗強度。

（5）板面沖洗：觀察鋼帶表面松散附著的鐵銹密度，調整清洗區內的沖洗壓力和毛刷力度保證沖洗質量，并減少對后工序軋制力和乳化液的影響。

（6）吹掃風干：適當調節擠干輥輥縫和壓力，減少帶鋼板面帶水量；調整風嘴角度，利用空壓機吹去鋼帶表面多余水分的同時調整風干的均勻性。

3.3 工藝段生產操作要點

（1）保證聯動運營：循環水經高壓泵送至噴嘴，同時磨料分選器中磨料也送至噴嘴，此時磨料在高壓水作用下混合打擊磨刷鋼帶，打擊后含有氧化鐵、鋼磨料、水經抽砂泵經混合管道抽送至磨料分選器，磨料分選器輸出端分兩路，一路為分選后的磨料經磨料管道送至噴嘴循環使用，一路為分選后含氧化鐵的濁水經濁水管送至沉淀池，經十四級沉淀后的清水經過濾器過濾后進入凈水箱循環使用。

（2）保證噴射負壓：水洗技術中噴嘴噴水時產生負壓，使吸砂管入口處形成較大的抽吸力，抽吸力的大小直接影響高壓水流中磨料的比例，噴嘴吸入磨料并隨高壓水噴射到鋼卷板面實現打擊和磨刷作用，形成除鱗效果，所以噴射負壓直接影響除鱗力度，水中穩定的磨料比例是除鱗質量的重要保證。噴嘴出口處的噴射流速變化影響負壓變化，而噴射流速的保障來源是高壓水泵系統，高壓水泵系統不僅是噴射負壓更是噴射力度的保障。

（3）保證虹吸穩定：噴嘴負壓給了磨料管抽吸力，磨料管須保證噴嘴連續均勻吸砂要求，從而達到滿足冷軋帶鋼連續均衡生產需要。磨料管出口和噴嘴的出口集成設計雖然獲得最好的抽吸效果，但磨料管的長度、磨料的輸送阻力，特別是磨料的來源直接影響送砂的質量。磨料的來源是位于高位的儲砂罐，因為磨料流動性較差需要高壓水沖擊磨砂，故儲砂罐也可稱為沖砂罐。磨料經回收后儲存在沖砂罐中，沖砂罐呈圓錐狀的封閉式結構,沖砂器內設有多道沖砂噴射孔,目的是保證磨料有充足的流動性。生產運行前和生產運行后要維持沖砂器中噴射孔的噴射時間，避免沖砂噴射孔的堵塞。

（4）保證抽水泵的供水壓力和流量：離心式高壓水泵將清水加壓，通過工作水管送給噴嘴和沖砂器。噴嘴通過高能量的水流量和流速保證磨料的打擊力度和磨刷能力；沖砂器中多道、多角度的噴射孔通過高能量的水流量和流速保證磨砂順利進入磨料軟管。所以，生產過程中要通過抽水泵的高壓水流保證：磨料儲存罐中的鋼砂在噴射水流的作用下被攪動成流態狀；在噴嘴高速射流的作用下,噴嘴出口處產生負壓，在吸砂管入口處形成了較大的抽吸力，被攪動流態化的磨料從吸砂管入口處吸入,并進入磨砂管,在磨砂管內被吸入噴嘴后打擊到工件表面。

（5）保證循環水的清潔度：充分沉淀和多級過濾后的凈水是無酸生產效率的保障，含有磨砂、氧化鐵的循環水不僅造成管道、噴嘴的堵塞，而且造成高壓水泵的頻繁維修、造成過濾器沖洗頻繁。

4 結論

通過對高壓射流噴丸技術的研究，探討無酸除鱗技術在冷軋寬帶的應用，對其應用實踐分析結論如下：

（1）無酸化除鱗技術在冷軋寬帶的應用中產品質量保證能力：無酸除鱗后帶鋼產品質量和傳統酸洗產品質量一致；通過無酸除鱗后的產品其表面的粗糙度比傳統鹽酸酸洗產品粗糙度略大，需要通過改變磨料粒徑，噴射角度和噴射距離調節除鱗效果，需要后工序調整相應工藝參數予以適應。

（2）無酸化除鱗技術在冷軋寬帶的應用中環保影響：與傳統鹽酸酸洗工藝相比，無酸除鱗中水、磨料循環使用，沉淀后的磨料、氧化鐵等廢渣以鐵精礦形式回收供鋼廠作原料使用；生產過程綠色環保，生產過程中無廢酸、廢水、廢氣排放。

（3）無酸化除鱗技術在冷軋寬帶的應用中產能影響：無酸除鱗中單組噴嘴的帶鋼生產速度可達20～40m/min，可根據實際要求，串聯多個清理單元，實現速度提升。

（4）無酸化除鱗技術在冷軋寬帶的應用中的經濟性：無酸除鱗與傳統鹽酸除鱗相比，就工序成本而言綜合加工費降低20%；但本次探索和實驗沒有完成全套技術改造、沒有形成連續批量的生產規模，統計數據不足，暫不形成兩個技術體系的經濟分析。