探討破鱗機(jī)對鹽酸酸洗的作用

孫全福

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 冷軋薄板廠，河北 唐山 063000）

1 概述

1.1 破鱗機(jī)概述

破鱗機(jī)作為冷軋酸洗的前端工序，起著非常重要的作用：它不僅可以校正板形中的邊浪、中浪和不平度，而且在帶鋼延伸張力的作用下，使帶鋼表面的氧化皮產(chǎn)生裂紋和脫落，有利于后續(xù)工序的酸浸，提高酸洗效果。與單輥矯直機(jī)相比，經(jīng)破鱗機(jī)處理后的帶鋼板形和表面質(zhì)量有較好的改善，能夠滿足冷軋生產(chǎn)對板形和表面光潔度的要求。帶鋼在拉伸和彎曲的共同作用下，經(jīng)過多次拉伸彎曲，使帶鋼獲得較好的板形，并能打破熱軋帶鋼表面致密的Fe3O4，從而使帶鋼達(dá)到更好的酸洗效果，提高酸洗速度。同時(shí)，酸溶液容易進(jìn)入氧化鐵皮層的裂縫，提高了酸洗的速度和效果。

1.2 破鱗機(jī)的工作原理

破鱗機(jī)安裝在入口活套和酸洗槽之間。入口活套帶鋼進(jìn)入3號張力輥，通過破鱗機(jī)和4號張力輥進(jìn)入酸洗槽。帶鋼進(jìn)入破鱗機(jī)后，在前后張力輥的作用下，通過破鱗機(jī)輥的拉伸和彎曲力的同時(shí)作用，經(jīng)過正反兩個(gè)方向的拉伸和彎曲，從而獲得較好的板形。破鱗機(jī)有兩個(gè)重要原理：①在破鱗機(jī)輥箱上交替矯直熱軋帶鋼，實(shí)現(xiàn)塑性變形；②通過張力輥張力控制延伸率，獲得良好的板形。

延伸率是通過入口張力輥的速度與出口張力輥的速度比來獲得的，這與破鱗機(jī)無關(guān)。延伸率a由入口張力輥的速度和出口張力輥的不同速度得到。

兩套張力輥采用差動(dòng)機(jī)電傳動(dòng)連接，精度高，伸長恒定，消除長度偏差，對邊浪、中浪、翹曲均有效：采用防十字裝置平衡殘余應(yīng)力。機(jī)架兩側(cè)的張力輥為矯直提供必要的張力。張力輥傳動(dòng)包括入口張力輥的速度連續(xù)調(diào)節(jié)裝置和出口張力輥的速度連續(xù)調(diào)節(jié)裝置，并相應(yīng)地考慮了延伸率。

破鱗機(jī)的破鱗原理主要是根據(jù)帶鋼本身的延伸率和表面氧化鐵皮的不同而定的。表面氧化層為脆性材料，與帶鋼結(jié)合性差。如果用機(jī)械方法反復(fù)彎曲，帶鋼會(huì)產(chǎn)生彈、塑性變形，表面氧化膜會(huì)斷裂。一般情況下，隨著延伸率的增加，除鱗效果也會(huì)增強(qiáng)。但是，當(dāng)達(dá)到一定的極限值時(shí)，除鱗效果并不會(huì)隨著延伸率的增加而增強(qiáng)，而是隨著拉矯機(jī)工作輥嚙合量的增加，帶鋼的延伸率增加，除鱗效果增強(qiáng)，這是目前常用的“小張力、大彎曲”設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

1.3 鹽酸酸洗的原理

酸洗是用化學(xué)方法去除金屬表面的污垢，又稱化學(xué)的酸洗。

帶鋼表面形成的氧化鐵皮(Fe203，F(xiàn)e304，F(xiàn)e0)是不溶于水的堿性氧化物。當(dāng)它們浸泡在酸中或在表面噴上酒酸時(shí)，這些堿性氧化物會(huì)與酸發(fā)生一系列的化學(xué)變化。

由于碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼表面的氧化鐵皮具有氣孔、氣孔和裂紋的性質(zhì)，并且在酸洗線上經(jīng)過矯直、拉伸矯直而反復(fù)彎曲，這些孔隙裂紋被增大和擴(kuò)展，因此，酸性溶液在與氧化鐵皮反應(yīng)的同時(shí)，通過裂紋和氣孔與鐵基體反應(yīng)。也就是說，在酸洗開始時(shí)，氧化鐵皮與金屬鐵和酸性溶液同時(shí)發(fā)生了三種化學(xué)反應(yīng)。

1.4 鹽酸酸洗的優(yōu)點(diǎn)

雖然酸洗液可以用硫酸或鹽酸，但在熱鍍鋅生產(chǎn)中，鹽酸是最常用的。原因是鹽酸酸洗可以在室溫下進(jìn)行。鹽酸對金屬氧化物有很強(qiáng)的化學(xué)溶解作用，可以有效地酸化多種金屬。

在溫室內(nèi)，鹽酸比硫酸溶解鋼鐵工件的鐵基體快，酸洗時(shí)間短，易于對酸洗過程進(jìn)行有效控制。因此，在用鹽酸酸洗鋼鐵工件時(shí)，不易出現(xiàn)“過腐蝕”和“氫脆”現(xiàn)象。

提高鹽酸濃度是提高酸洗速度的措施之一。鹽酸酸洗放氫較少，“氫脆”現(xiàn)象較輕。

鹽酸更容易控制鐵離子含量的波動(dòng)，從而保持較高的酸洗速度。存在“過酸”、“過腐蝕”、“氫腐蝕”等嚴(yán)重現(xiàn)象。因此，生產(chǎn)中不使用濃鹽，店鋪的宣傳費(fèi)用一般在18%～21%在相同的濃度和溫度下，鹽酸的酸洗速度是硫酸的1.520倍。

2 破鱗機(jī)的工作過程及基本數(shù)據(jù)

2.1 基本數(shù)據(jù)

最大張力：455.5kn。

最大延伸率：3.5%。

軸承：推力軸承，單列精密圓錐滾珠軸承。

矯直輥：4，直徑64.5mm，軋輥伸長1990m，鋼材回火鍍鉻，hrc=66～63。

防彎輥：2，直徑115 mm，軋輥延伸率1990m，鋼材回火鍍鉻，hrc=62～64。

擠壓輥：4個(gè)，直徑305 mm，軋輥延伸率1990mm，鋼表面涂有合成橡膠，硬度A60～70。

軸承：耐磨滾子軸承。

輥箱夾緊缸：5個(gè)液壓缸，行程約88m，缸徑約159mm，桿徑約111mm，工作壓力12bar。

換殼液壓缸：1個(gè)液壓缸，行程2695mm左右，缸徑130mm左右，桿直徑96mm左右，工作壓力110bar。

快開液壓缸：2個(gè)液壓缸，行程170mm左右，缸徑255mm左右，桿徑175mm左右，工作壓力110bar。擠壓輥舉。升液壓缸：4缸，行程165mm左右，缸徑165mm左右，桿直徑39mm左右，工作壓力5.5bar。

水嘴接頭：9個(gè)，每個(gè)接頭有21個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴流量為2.15次/分鐘，壓力為5.5bar左右。

空氣噴頭：2個(gè)，每個(gè)噴頭有14個(gè)噴嘴，抗橫向彎曲輥箱嚙合調(diào)整：1個(gè)電動(dòng)齒輪電機(jī)，每個(gè)功率1.6kw，輸出速度23.6rpm。

2.2 破鱗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

與同類型的破鱗機(jī)相比，其有這幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）框體結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好。

（2）高精度的軋輥總成保證了設(shè)備在工作過程中的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。

（3）輥箱箱體結(jié)構(gòu)相同，互換性好。

（4）嚙合量可單獨(dú)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對帶鋼不同延伸率的控制。采用大輥徑的反橫彎、反縱彎矯直輥系，有利于消除帶鋼彎曲伸長后的內(nèi)應(yīng)力，保證成品帶鋼的力學(xué)性能。

（5）輥箱可由換輥缸推出，實(shí)現(xiàn)快速安全運(yùn)行。

（6）大直徑的防橫彎輥保證了帶鋼在拉伸矯直過程中的穩(wěn)定張力，從而獲得良好的表面質(zhì)量。

（7）通過焊縫時(shí)，矯直機(jī)的輥縫可以快速打開。

2.3 工作過程

通過減少中間浪和邊浪的組合，輥箱將鋼帶沿生產(chǎn)線的軸向拉直。同時(shí)，采用防橫彎輥對帶鋼的橫向形狀進(jìn)行校正。該機(jī)構(gòu)為三窗類型。前兩個(gè)窗口中安裝科上預(yù)彎箱和下預(yù)彎箱。為了正確安裝，應(yīng)將兩個(gè)相對的預(yù)彎輥箱放置在同一窗口中。在第三個(gè)窗口中，即沿帶鋼運(yùn)行方向的最后一個(gè)窗口中，放置防橫彎輥箱。兩對折彎輥箱一般使用一對，備用一對，但也可以同時(shí)使用。

上預(yù)彎輥箱、下預(yù)彎輥箱和防橫向彎曲輥箱為兩輥組合設(shè)計(jì)。每箱內(nèi)有一個(gè)工作輥和一個(gè)支撐輥。預(yù)彎輥箱和防橫彎輥的工作輥為特殊結(jié)構(gòu)鋼，洛氏硬度為60～62。工作輥的每一軸端均裝有低慣性減摩推力軸承，以承受工作輥工作時(shí)兩側(cè)的軸向力。短支承輥也采用低慣量設(shè)計(jì)。減摩軸承安裝在靜軸上，靜軸套在淬火鋼殼中。在每個(gè)支撐輥的端軸上鉆一個(gè)孔，并放置一個(gè)排氣管，以防止雜質(zhì)和水進(jìn)入軋輥的軸承區(qū)域。支撐輥與膠管依次連接。因此，在輥箱的末端，空氣可以向每個(gè)支撐輥提供。支撐輥沿輥箱中心線排成一排，幾乎對工作輥形成連續(xù)支撐。相鄰排是交錯(cuò)排列的，以免妨礙工作輥的移動(dòng)。上預(yù)彎輥箱由液壓缸夾緊固定在工作位置。它有一個(gè)彈簧系統(tǒng)。當(dāng)液壓缸松開時(shí)，彈簧系統(tǒng)會(huì)將其頂起到換箱位置。下預(yù)彎輥箱橫梁和防橫彎輥箱橫梁支撐在同一框架內(nèi)它可以由兩個(gè)液壓缸升降。當(dāng)需要快速打開通過焊縫時(shí)，開關(guān)控制快速打開快開機(jī)構(gòu)。當(dāng)快開機(jī)構(gòu)處于工作位置時(shí)，三個(gè)輥箱可以通過調(diào)隙減速機(jī)驅(qū)動(dòng)千斤頂，分別調(diào)整它們對帶鋼的包角。千斤頂?shù)奈恢糜删幋a器控制。嚙合量是根據(jù)帶鋼厚度自動(dòng)設(shè)置的。所有輥箱均配有輪子，便于更換破鱗機(jī)輥。換輥缸將預(yù)彎輥箱和防橫彎輥箱從機(jī)架內(nèi)推到操作側(cè)，輥箱由換盒小車取出。

為便于破鱗機(jī)軋制，前后共兩排噴嘴在帶鋼和輥箱上噴水。側(cè)面的重力除塵裝置用于收集氧化鐵皮，并將其帶至破鱗機(jī)污水箱內(nèi)。經(jīng)過過濾沉淀室后，水將被回收到破鱗機(jī)凈水箱內(nèi)，同時(shí)需要補(bǔ)充一定量的工業(yè)用水。

3 破鱗機(jī)的對鹽酸酸洗的影響

影響帶鋼板形最關(guān)鍵的工藝參數(shù)是設(shè)定的延伸率。總延伸率由F設(shè)定的四種延伸率組成，關(guān)系表示如下：

其中f朔是糾正來料板形缺陷所需的時(shí)間延遲伸長。

f附加是考慮氧化鐵皮斷裂影響的帶鋼延伸率。

f彈是彈性回復(fù)延伸率。

f損耗是破鱗機(jī)本身的延伸率。

f朔與帶鋼的材質(zhì)、厚度和寬度有關(guān)。材質(zhì)越硬，厚度越厚，寬度越寬，f朔越大。

f損耗與帶鋼的運(yùn)行方向、破鱗機(jī)工作輥的硬度、強(qiáng)度和磨削量有關(guān)。

f附加是考慮刀具延伸率沿帶鋼橫截面分布不均勻的影響。在酸洗工藝中，破鱗機(jī)是酸洗前矯正板形的最后一道工序。破鱗質(zhì)量的好壞直接影響到下一道工序。一般來說，破鱗機(jī)延伸率至少要達(dá)到1.2%。

4 總結(jié)

破鱗機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但在整個(gè)酸洗過程中起著關(guān)鍵作用。這是提高下道工序產(chǎn)品質(zhì)量、延長設(shè)備使用壽命的前提。同時(shí)，科學(xué)合理地設(shè)置其工藝參數(shù)，充分發(fā)揮破鱗機(jī)的作用。

針對連續(xù)式酸洗生產(chǎn)線使用的破鱗張力矯直機(jī)具有矯直板形和破鱗的雙重功能，在現(xiàn)有張力矯直機(jī)的基礎(chǔ)上，對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，改進(jìn)了設(shè)計(jì)，使破鱗張力矯直機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，軋輥系統(tǒng)選擇和布置更加合理。與矯直機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，彎曲輥組和矯直輥組沒有皮帶傳動(dòng)，與帶鋼同步運(yùn)動(dòng)，不會(huì)因打滑而劃傷帶鋼表面。

一方面最大限度地消除了浪形、翹曲等缺陷，獲得了所需的延伸率；另一方面能有效去除熱軋帶鋼上的氧化鐵皮，提高酸洗質(zhì)量，降低酸耗，滿足高端成品鋼卷的板形、延伸率和酸洗質(zhì)量要求。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，唐鋼冷板廠酸洗連軋機(jī)采用的拉矯破鱗機(jī)性能可靠，能方便地去除帶鋼表面較厚的氧化鐵層，加快酸洗速度，同時(shí)減少大量的酸耗。提高了板形質(zhì)量，為下道工序的連續(xù)軋制創(chuàng)造了有力的條件。破鱗機(jī)的良好控制使整個(gè)酸連機(jī)組達(dá)到了降低成本、高效生產(chǎn)的目的。