推拉酸洗線

酸洗是冷軋帶鋼生產工藝中非常重要的工序,其目的是清除帶鋼表面的氧化鐵、剪去裂邊, 為下道工序(通常為冷軋機) 提供合格的坯料。推拉式酸洗生產線( Push Pull Pickling L ine) 是一種非連續性的酸洗機組, 帶鋼的運行在穿帶過程中是靠夾送輥、擠幹輥的推動而前進的; 在進入卷取機嵌口之後靠卷取機的張力而拉動帶鋼。

推拉式酸洗機組在國外早已被廣泛採用, 而中國直到1989 年上海益昌薄板廠才從奧地利AN2DR ITZ公司引進了國內第一條推拉式酸洗作業線。

隨後, 國內很多鋼鐵公司籌建了推拉式酸洗機組,如: 天津一軋冷軋分廠(現天津冷軋薄板廠) 、昆明鋼鐵公司、邯鄲鋼鐵公司等。

目前世界上有奧地利的ANDR ITZ、意大利的FATA PM、美國的DAN IEL I WEAN 和DB I (原DELTA公司) 等多家公司可以提供推拉式酸洗作業線, 其中魯斯納公司已向世界各地提供了50多條推拉式酸洗機組 ^[1]  。

典型的推拉式酸洗機組主要由入口段、化學工藝段和出口段設備組成。鋼卷由天車放置在入口鞍座上人工拆除包裝帶後, 入口鋼卷小車將鋼卷運往開卷機, 由鋼卷自動測寬、測外徑系統保證鋼卷對中地裝在開卷機捲筒上。轉動捲筒打開帶鋼頭部並由開卷剷刀喂入夾送矯直機, 再由夾送矯直機送入切頭剪切去帶鋼頭部超差部分, 根據帶鋼情況一般剪切1 ～3 次, 然後對帶鋼進行切角。

在入口段將準備好的帶鋼利用各處的夾送輥(擠幹輥) 依次推過化學工藝段的酸洗槽、漂洗槽、熱風乾燥裝置及出口段的設備直至卷取機, 由卷取機的鉗口將帶鋼咬住, 卷2圈之後卷取機EPC開始投入工作, 再加速到工藝要求的速度進行酸洗。

當前面的鋼卷一離開開卷機捲筒, 後一鋼卷即可上卷, 其開卷矯直及運送與前一鋼卷剩餘部分的酸洗及甩尾操作可同時進行(此時前一帶鋼頭部與後一帶鋼尾部有一定距離) 。當前一鋼卷從卷取機捲筒上卸卷之後, 就可以進行後一鋼卷的帶頭咬入及卷取操作, 如此循環往復即是推拉式酸洗的整個操作過程。出口段設備主要有出口坑式活套、用於切尾及分卷的出口橫切剪、切邊剪前糾偏輥、切邊及碎邊剪, 為卷取機提供前張力的張力輥組、人工檢查台、塗油機、張力卷取機及出口鋼卷小車等, 一般在出口鋼卷存放鞍座上還設有稱重裝置及半自動打捆機。

為滿足帶鋼穿帶、運行時的調速要求及帶鋼開卷、卷取的恆張力要求, 機組主要設備均採用直流電機傳動或交流變頻電機傳動。機械設備的運行聯鎖, 液壓傳動、氣動設備的動作和聯鎖, 由一台可編程序控制器( PLC) 實時跟蹤和自動控制, 並配有計算機和終端顯示(必要時亦可手動操作) 。化學工藝段所有交流電機的運行聯鎖, 所有介質温度、流量、壓力調節閥的P ID調節均用一台可編程序控制器( PLC) 實現, 並配有計算機上位控制和終端顯示。

與連續酸洗機組相比, 推拉式酸洗機組具有如下優點:

(1) 設備組成簡單, 建設週期短, 投資少。

推拉式酸洗機組不需要配置昂貴的帶鋼焊接機和進出口活套, 機組長度大約縮短1 /3以上, 電氣控制也較為簡單。

(2) 節省能耗。

(3) 生產產品品種靈活, 操作方便。由於酸洗過程中帶鋼處於水平運行, 不需經過許多轉向輥和S形張力輥, 所以既可以處理低碳鋼, 也適於較厚和較硬材料的酸洗, 且操作簡單。連續酸洗機組處理的帶鋼厚度一般不超過7 mm, 而推拉式酸洗機組處理帶鋼厚度可達13 mm。

(4) 處理事故簡單, 維護費用低。

推拉式酸洗機組的主要缺點是對帶鋼板型要求較高且不能改善板型缺陷, 而連續酸洗機組可以通過在線佈置拉矯機改善板型; 另一主要缺點是不能並卷。若熱軋捲來料卷重較小, 冷軋一般所需卷重較大, 連續酸洗機組可以兼作併捲機組。但是最近陸續興建的熱連軋機生產的熱軋卷卷重均可達15～40 t, 冷軋之前不再需要並卷, 在此條件下, 當冷軋生產能力不是很高時, 也可以採用推拉式酸洗機組。

推拉式酸洗機組中的大部分設備(如開卷機、卷取機、橫切剪、圓盤剪及碎邊剪等) 與連續酸洗機組和其他帶鋼作業線相同, 推拉式酸洗機組中較特殊的設備有如下幾部分:

1　入口夾送矯直機

推拉式酸洗工藝對來料帶鋼的板型要求較高,無論是在穿帶還是正常酸洗過程中, 一般都將帶鋼全長在機組頭部的夾送矯直機中矯平, 而不象連續酸洗機組那樣只需矯平帶鋼頭部, 所以一般需設7個或更多的矯直輥。另外, 推拉式酸洗機組入口夾送矯直機還有分割張力(為開卷機提供開卷張力)和破鱗(通過對帶鋼的反覆彎折使帶鋼表面的鐵鱗薄膜出現裂紋或剝落, 提高酸洗效率) 作用。

ANDR ITZ設計了一種專門用於推拉式酸洗機組的夾送矯直機, 由於推拉式酸洗機組處理帶鋼厚度範圍大, 所以該矯直機當帶鋼厚度大於3 mm時用5輥矯直, 此時前面4個小直徑矯直輥不工作;當帶鋼厚度小於3 mm時採用9輥矯直, 即9個矯直輥全部投入工作。

2　切角剪

切角剪是推拉式酸洗機組特有的設備, 其目的是使帶鋼便於穿帶。切角剪的設置有兩種: 一種是既有切頭剪, 又有切角剪; 另一種是設置一台多功能剪切機, 既能切頭又能切角。該剪機裝在可旋轉的台子上, 旋轉台固定在基礎上; 通過液壓裝置驅動旋轉台旋轉, 先剪切帶頭, 之後向右旋轉45°剪切帶鋼右角, 再向左旋轉90°剪切帶鋼左角。剪切機上下剪刃之間傾角為2°～3°。

3　縫合機

隨着現代熱連軋技術的發展, 熱軋帶鋼厚度越來越薄(邯鋼CSP熱連軋帶鋼厚度保證值為1.2mm, 連軋第6架投入後可望達到018 mm) , 這就給推拉式酸洗機組的穿帶造成很大困難。對此, 簡單而有效的解決辦法是在機組入口段設置一台縫合機。目前, 邯鋼酸洗鍍鋅廠就採用了此方案, 使用效果良好。

縫合機類似於設有凸模和凹模的衝牀, 可以是電動曲軸式或液壓式。帶鋼需連接時, 前卷帶尾和後卷帶頭重疊100 mm, 縫合機將相疊帶鋼衝壓成小波浪形, 形成10餘條平行的縱向衝縫, 只需2 s即可將前後帶鋼緊緊縫合。帶鋼經酸洗、漂洗、烘乾後即由出口段的橫切剪將縫合縫切除。試驗發現, 縫合強度不低於焊接強度。

縫合機是否使用取決於帶鋼厚度和酸槽長度,一般帶鋼厚度小於1.2～1.5 mm則需使用縫合機。

為防止縫合縫劃傷襯膠的夾送擠幹輥, 應設置縫合縫自動跟蹤系統, 在縫合縫通過襯膠輥時快速抬輥放過縫合縫。據魯斯納公司介紹, 雖然縫合操作時間短, 增加了輔助時間, 由此造成生產率降低約7%。

4　酸洗段

推拉式酸洗機組酸洗段的設計均採用分段串級逆流方式, 即帶鋼運行方向與酸液流動方向相反。一般每個酸槽都有其獨立的循環系統, 成為一個獨立的循環段; 也可以兩個酸槽共用一套循環系統而成為一個循環段。各循環段的酸液均可向上一級逆流, 新酸從最後一個循環段補充, 廢酸由第一個循環段排出。由前向後, 酸液濃度(即遊離酸含量)逐漸提高, FeCl2 濃度(即鐵離子含量) 逐漸降低。

由於1 #酸循環段中帶鋼温度較低, 所以一般其温度和供酸流量均高於其他酸循環段。酸槽結構的設計各公司雖不盡相同, 但其設計思想都是在節省能耗和酸耗的前提下增強酸洗效果, 並利於穿帶。以魯斯納公司為例, 該公司酸槽結構採用高紊流淺槽設計, 酸液液麪高度僅200 mm。由酸槽底部和側面注入酸液, 利用帶鋼運行的能量可產生酸液的高紊流強度, 增強酸洗效果。這種方法不需要很高的進酸壓力, 而需要較大的流量; 與傳統的噴淋式酸洗相比, 省去了高壓酸泵、噴嘴等設備的投資和維護。由酸槽底部注酸可以用大流量的酸液托住帶鋼, 防止帶鋼表面接觸槽底而劃傷, 並利於穿帶; 側面注酸可以提高邊部酸液的紊流強度, 增強帶鋼邊部酸洗效果。

為了利於穿帶, 酸槽底部入、出口均有花崗岩製成的導向台, 出口設置頂部導向板, 且酸槽內腔寬度尺寸向出口方向逐漸減小。酸槽的長度取決於機組產品規格中最薄帶鋼的厚度和是否設置縫合機。一般酸槽長度為11 ～20 m, 帶鋼越薄, 酸槽越短。

5　漂洗段

推拉式酸洗機組的漂洗段均採用分段逆流串級漂洗, 即帶鋼運行方向與漂洗水流動方向相反。每個漂洗段均有其獨立的循環系統, 各漂洗段的漂洗水均可向上一級逆流。新水從最後一個漂洗段補充, 含酸廢水由第一個漂洗段排出。由前向後, 氯離子濃度逐漸降低。

漂洗槽結構的設計各公司基本相同, 每個漂洗槽帶鋼通過位置上下均設有噴射梁向帶鋼表面噴淋漂洗水。為防止穿帶時帶鋼撞壞噴射梁, 一般均將其設置在花崗岩製成的導向石凹槽內。

在縫合作業或事故狀態時帶鋼在漂洗段中停留, 漂洗水始終噴淋在帶鋼的某一位置會使帶鋼表面產生褐色斑跡, 即所謂停車斑。原來處理該問題的方法是在漂洗水中加入一種化學溶劑, 魯斯納公司最近開發出一種新的解決辦法, 即在帶鋼停止運行或速度低於10 m /min時, 漂洗水將在10 s內自動浸沒帶鋼以阻止停車斑的產生, 但一般停車時間不得超過5 min。

6　夾送擠幹輥

在推拉式酸洗機組化學工藝段各酸洗槽和漂洗槽之間均設有夾送擠幹輥, 一般在酸洗段和漂洗段的出口各設置一組雙擠幹輥。其作用除夾送帶鋼外, 還可防止各槽之間介質串流, 保證各槽之間介質的設定濃度。

擠幹輥表面襯有耐酸橡膠, 同時兩端的輥頸處設置兩個凸起部, 其作用一是避免酸液順着輥頸流到兩端軸承內腐蝕機件; 二是與附在槽體上的用耐酸材料製成的密封板共同組成迷宮式密封裝置, 以阻止大氣進入處於負壓狀態下的酸洗槽中。擠幹輥上輥可利用氣缸升降, 以使其在穿帶和過縫合縫時抬輥。擠幹輥一般為下輥傳動, 也可以上下輥均傳動。為防止帶鋼跑偏, 擠幹輥的安裝精度要求較高, 其水平度和平行度誤差均不得超過015 /1000;另外, 要求相鄰兩組擠幹輥若有因安裝引起的在水平面內的不平行誤差, 其傾斜方向不得一致。擠幹輥一般設計成整體式, 以易於快速更換。

7　出口段張力裝置

由於帶鋼在化學工藝段中張力較小, 而卷取機所需的卷取張力很大, 所以在推拉式酸洗機組的出口段均應設置為卷取機提供前張力的張力裝置。由於推拉式酸洗是單卷生產, 每次均需穿帶作業, 張力裝置的設計必須滿足穿帶要求, 該張力裝置的中間輥為可升降的, 穿帶時升起, 然後降下, 使中間張力輥包角達到180°, 兩側張力輥包角達到90°,為卷取機提供足夠的卷取張力。

出口段張力裝置也可以設計成擺動抬起穿帶或夾送輥型張力輥等多種形式 ^[2]  。

1　產量的提高

推拉式酸洗機組的產量主要取決於機組的速度和輔助時間, 酸洗時間一般應設計為24～30 s才能保證酸洗效果。要提高機組速度, 必須增加化學工藝段的長度, 才能保證酸洗時間。一般情況下,不同產量的機組入口段和出口段是相同的, 只是化學工藝段的長度不同。

縮短機組輔助時間以提高產量的常見方法是設置鋼卷準備站或在入口段設置2台開卷機。一般年產量50萬t以上的推拉式酸洗機組均設有鋼卷準備站, 通常鋼卷準備站設置在機組入口端並與機組平行佈置, 設有預開卷設備、帶頭矯直機、切頭剪、切角剪及料頭收集裝置。設置鋼卷準備站後在線可不設置切頭、切角剪, 但通常為了更靈活地組織生產也可保留在線切頭、切角剪。一般設置鋼卷準備站可將機組產量提高10%。

美國DB I公司最近為泰國一用户設計的一條推拉式酸洗機組在入口段設置了2套開卷段設備(包括開卷機、夾送矯直機、切頭剪和切角剪) 。據該公司介紹, 這種類似於連續機組入口段的佈置可以將機組產量提高30%。

2　預清洗段的設置

目前許多推拉式酸洗機組在酸洗段前面設置了預清洗段, 其結構與漂洗段一樣, 即用熱水向帶鋼表面進行噴淋。預清洗段的作用主要有: 清洗帶鋼表面的污物; 預熱帶鋼, 提高帶鋼進入1 #酸循環段的温度; 事故狀態下倒車時清洗帶鋼表面從酸槽中帶出的酸液, 避免造成污染。

在熱軋來料露天存放或外購熱軋卷時, 設置預清洗段尤為必要。在美國有許多推拉式酸洗機組的預清洗段採用熱鹼液清洗, 這種配置可以對已塗油的欠酸洗鋼卷重新酸洗, 同時也增強了機組對來料的適應能力。

3　帶鋼的糾偏

推拉式酸洗機組為防止帶鋼跑偏, 除了保證夾送擠幹輥的安裝精度外, 還在機組中設置了側導輥和糾偏輥。據美國BD I公司介紹, 該公司最新設計的推拉式酸洗機組中, 將酸洗段和漂洗段出口的雙擠幹輥均設計為糾偏輥, 並在出口段切邊剪前設置了坑式活套和一對糾偏夾送輥, 開卷機也設有CPC系統。該公司於1990年為天津一軋冷軋分廠(現天津冷軋薄板廠) 提供的推拉式酸洗機組中, 切邊剪入口糾偏夾送輥前未設置坑式活套, 致使糾偏效果較差, 帶鋼進入切邊剪時經常跑偏。該廠目前正在準備對其進行改造, 在該糾偏夾送輥前設置一個坑式活套。

4　在線平整機的設置

熱軋鋼卷的板型缺陷會給冷軋帶來影響, 連續酸洗機組採用拉矯機來解決這一問題。對於推拉式酸洗機組, 由於一般其帶鋼厚度範圍較大, 難以用一台拉矯機進行全厚度範圍的拉矯作業; 另外, 拉矯機所需張力很大, 張力輥的設置和穿帶較為複雜。目前推拉式酸洗機組加在線拉矯雖也有應用(美國DB I公司為墨西哥一用户提供的推拉式酸洗機組即設有在線拉矯機) , 但並不多見。

與拉矯機相比, 在線平整機除了改善板型的能力稍差之外, 還具有以下拉矯機所不具備的功能:第一, 改善帶鋼內部金相組織, 消除屈服平台, 提高其衝壓性能; 第二, 改善帶鋼表面質量, 控制其表面光潔度; 第三, 提高帶鋼的尺寸精度, 減小厚度公差。所以近年來推拉式酸洗機組設置在線平整機應用較多。魯斯納公司目前已為用户提供了4條在出口段設置在線平整機的推拉式酸洗機組, 這種佈置形式提高了機組的成品質量, 可以生產出類似於冷軋板的熱軋酸洗板, 以代替某些要求不高的冷軋產品; 也可以以此為基板進行塗鍍加工後用於建築、汽車製造、家電等行業。

推拉式酸洗機組出口段設置在線平整機可以在平整機前後均設置張力輥組為其提供張力; 也可以只在平整機前設置張力輥組, 由該張力輥組與卷取機一起為平整機提供張力。

另據美國DAN IEL IWEAN 公司介紹, 該公司在為美國一用户提供的一條推拉式酸洗機組出口段串列布置了2台四輥軋機, 其中第2台的壓下量達30% , 使得該機組成為一條半連續酸洗連軋機組(該機組目前正在安裝調試, 尚未投產) 。這種設計, 雖然達不到全連續酸洗連軋機組那樣高的生產率和成材率(因其仍為單卷生產) , 但仍具有設備簡單, 可實現無中間庫存生產, 從而簡化生產管理、節省流動資金、縮短生產週期等優點。

推拉式酸洗生產線與連續酸洗生產線相比, 具有投資少、機組設備簡單、對帶鋼品種變化的適應性強、操作簡單、易維護等優點, 對於中小型冶金企業尤為適用, 且符合中國的國情。可以預見, 推拉式酸洗機組在中國將有着廣闊的發展前景 ^[3]  。