推拉酸洗线

一种非连续性的酸洗机组

酸洗是冷轧带钢生产工艺中非常重要的工序，其目的是清除带钢表面的氧化铁、调节卷重、剪去裂边，为轧机提供合格的坯料，以保证冷轧机能顺利地生产出合格的带钢产品。推拉式酸洗生产线是一种非连续性的酸洗机组，相对于连续酸洗生产线，具有投资少、机组设备简单、对带钢品种变化的适应性强、操作简单、易维护等优点，非常适合中小冷轧厂。

简介

酸洗是冷轧带钢生产工艺中非常重要的工序,其目的是清除带钢表面的氧化铁、剪去裂边, 为下道工序(通常为冷轧机) 提供合格的坯料。推拉式酸洗生产线( Push Pull Pickling L ine) 是一种非连续性的酸洗机组, 带钢的运行在穿带过程中是靠夹送辊、挤干辊的推动而前进的; 在进入卷取机嵌口之后靠卷取机的张力而拉动带钢。

推拉式酸洗机组在国外早已被广泛采用, 而中国直到1989 年上海益昌薄板厂才从奥地利AN2DR ITZ公司引进了国内第一条推拉式酸洗作业线。

随后, 国内很多钢铁公司筹建了推拉式酸洗机组,如: 天津一轧冷轧分厂(现天津冷轧薄板厂) 、昆明钢铁公司、邯郸钢铁公司等。

目前世界上有奥地利的ANDR ITZ、意大利的FATA PM、美国的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业线, 其中鲁斯纳公司已向世界各地提供了50多条推拉式酸洗机组。

典型的推拉式酸洗机组布置及工艺流程

典型的推拉式酸洗机组主要由入口段、化学工艺段和出口段设备组成。钢卷由天车放置在入口鞍座上人工拆除包装带后, 入口钢卷小车将钢卷运往开卷机, 由钢卷自动测宽、测外径系统保证钢卷对中地装在开卷机卷筒上。转动卷筒打开带钢头部并由开卷铲刀喂入夹送矫直机, 再由夹送矫直机送入切头剪切去带钢头部超差部分, 根据带钢情况一般剪切1 ～3 次, 然后对带钢进行切角。

在入口段将准备好的带钢利用各处的夹送辊(挤干辊) 依次推过化学工艺段的酸洗槽、漂洗槽、热风干燥装置及出口段的设备直至卷取机, 由卷取机的钳口将带钢咬住, 卷2圈之后卷取机EPC开始投入工作, 再加速到工艺要求的速度进行酸洗。

当前面的钢卷一离开开卷机卷筒, 后一钢卷即可上卷, 其开卷矫直及运送与前一钢卷剩余部分的酸洗及甩尾操作可同时进行(此时前一带钢头部与后一带钢尾部有一定距离) 。当前一钢卷从卷取机卷筒上卸卷之后, 就可以进行后一钢卷的带头咬入及卷取操作, 如此循环往复即是推拉式酸洗的整个操作过程。出口段设备主要有出口坑式活套、用于切尾及分卷的出口横切剪、切边剪前纠偏辊、切边及碎边剪, 为卷取机提供前张力的张力辊组、人工检查台、涂油机、张力卷取机及出口钢卷小车等, 一般在出口钢卷存放鞍座上还设有称重装置及半自动打捆机。

为满足带钢穿带、运行时的调速要求及带钢开卷、卷取的恒张力要求, 机组主要设备均采用直流电机传动或交流变频电机传动。机械设备的运行联锁, 液压传动、气动设备的动作和联锁, 由一台可编程序控制器( PLC) 实时跟踪和自动控制, 并配有计算机和终端显示(必要时亦可手动操作) 。化学工艺段所有交流电机的运行联锁, 所有介质温度、流量、压力调节阀的P ID调节均用一台可编程序控制器( PLC) 实现, 并配有计算机上位控制和终端显示。

推拉式酸洗机组的优缺点

与连续酸洗机组相比, 推拉式酸洗机组具有如下优点:

(1) 设备组成简单, 建设周期短, 投资少。

推拉式酸洗机组不需要配置昂贵的带钢焊接机和进出口活套, 机组长度大约缩短1 /3以上, 电气控制也较为简单。

(2) 节省能耗。

(3) 生产产品品种灵活, 操作方便。由于酸洗过程中带钢处于水平运行, 不需经过许多转向辊和S形张力辊, 所以既可以处理低碳钢, 也适于较厚和较硬材料的酸洗, 且操作简单。连续酸洗机组处理的带钢厚度一般不超过7 mm, 而推拉式酸洗机组处理带钢厚度可达13 mm。

(4) 处理事故简单, 维护费用低。

推拉式酸洗机组的主要缺点是对带钢板型要求较高且不能改善板型缺陷, 而连续酸洗机组可以通过在线布置拉矫机改善板型; 另一主要缺点是不能并卷。若热轧卷来料卷重较小, 冷轧一般所需卷重较大, 连续酸洗机组可以兼作并卷机组。但是最近陆续兴建的热连轧机生产的热轧卷卷重均可达15～40 t, 冷轧之前不再需要并卷, 在此条件下, 当冷轧生产能力不是很高时, 也可以采用推拉式酸洗机组。

推拉式酸洗机组设备的特点

推拉式酸洗机组中的大部分设备(如开卷机、卷取机、横切剪、圆盘剪及碎边剪等) 与连续酸洗机组和其他带钢作业线相同, 推拉式酸洗机组中较特殊的设备有如下几部分:

1　入口夹送矫直机

推拉式酸洗工艺对来料带钢的板型要求较高,无论是在穿带还是正常酸洗过程中, 一般都将带钢全长在机组头部的夹送矫直机中矫平, 而不象连续酸洗机组那样只需矫平带钢头部, 所以一般需设7个或更多的矫直辊。另外, 推拉式酸洗机组入口夹送矫直机还有分割张力(为开卷机提供开卷张力)和破鳞(通过对带钢的反复弯折使带钢表面的铁鳞薄膜出现裂纹或剥落, 提高酸洗效率) 作用。

ANDR ITZ设计了一种专门用于推拉式酸洗机组的夹送矫直机, 由于推拉式酸洗机组处理带钢厚度范围大, 所以该矫直机当带钢厚度大于3 mm时用5辊矫直, 此时前面4个小直径矫直辊不工作;当带钢厚度小于3 mm时采用9辊矫直, 即9个矫直辊全部投入工作。

2　切角剪

切角剪是推拉式酸洗机组特有的设备, 其目的是使带钢便于穿带。切角剪的设置有两种: 一种是既有切头剪, 又有切角剪; 另一种是设置一台多功能剪切机, 既能切头又能切角。该剪机装在可旋转的台子上, 旋转台固定在基础上; 通过液压装置驱动旋转台旋转, 先剪切带头, 之后向右旋转45°剪切带钢右角, 再向左旋转90°剪切带钢左角。剪切机上下剪刃之间倾角为2°～3°。

3　缝合机

随着现代热连轧技术的发展, 热轧带钢厚度越来越薄(邯钢CSP热连轧带钢厚度保证值为1.2mm, 连轧第6架投入后可望达到018 mm) , 这就给推拉式酸洗机组的穿带造成很大困难。对此, 简单而有效的解决办法是在机组入口段设置一台缝合机。目前, 邯钢酸洗镀锌厂就采用了此方案, 使用效果良好。

缝合机类似于设有凸模和凹模的冲床, 可以是电动曲轴式或液压式。带钢需连接时, 前卷带尾和后卷带头重叠100 mm, 缝合机将相叠带钢冲压成小波浪形, 形成10余条平行的纵向冲缝, 只需2 s即可将前后带钢紧紧缝合。带钢经酸洗、漂洗、烘干后即由出口段的横切剪将缝合缝切除。试验发现, 缝合强度不低于焊接强度。

缝合机是否使用取决于带钢厚度和酸槽长度,一般带钢厚度小于1.2～1.5 mm则需使用缝合机。

为防止缝合缝划伤衬胶的夹送挤干辊, 应设置缝合缝自动跟踪系统, 在缝合缝通过衬胶辊时快速抬辊放过缝合缝。据鲁斯纳公司介绍, 虽然缝合操作时间短, 增加了辅助时间, 由此造成生产率降低约7%。

4　酸洗段

推拉式酸洗机组酸洗段的设计均采用分段串级逆流方式, 即带钢运行方向与酸液流动方向相反。一般每个酸槽都有其独立的循环系统, 成为一个独立的循环段; 也可以两个酸槽共用一套循环系统而成为一个循环段。各循环段的酸液均可向上一级逆流, 新酸从最后一个循环段补充, 废酸由第一个循环段排出。由前向后, 酸液浓度(即游离酸含量)逐渐提高, FeCl2 浓度(即铁离子含量) 逐渐降低。

由于1 #酸循环段中带钢温度较低, 所以一般其温度和供酸流量均高于其他酸循环段。酸槽结构的设计各公司虽不尽相同, 但其设计思想都是在节省能耗和酸耗的前提下增强酸洗效果, 并利于穿带。以鲁斯纳公司为例, 该公司酸槽结构采用高紊流浅槽设计, 酸液液面高度仅200 mm。由酸槽底部和侧面注入酸液, 利用带钢运行的能量可产生酸液的高紊流强度, 增强酸洗效果。这种方法不需要很高的进酸压力, 而需要较大的流量; 与传统的喷淋式酸洗相比, 省去了高压酸泵、喷嘴等设备的投资和维护。由酸槽底部注酸可以用大流量的酸液托住带钢, 防止带钢表面接触槽底而划伤, 并利于穿带; 侧面注酸可以提高边部酸液的紊流强度, 增强带钢边部酸洗效果。

为了利于穿带, 酸槽底部入、出口均有花岗岩制成的导向台, 出口设置顶部导向板, 且酸槽内腔宽度尺寸向出口方向逐渐减小。酸槽的长度取决于机组产品规格中最薄带钢的厚度和是否设置缝合机。一般酸槽长度为11 ～20 m, 带钢越薄, 酸槽越短。

5　漂洗段

推拉式酸洗机组的漂洗段均采用分段逆流串级漂洗, 即带钢运行方向与漂洗水流动方向相反。每个漂洗段均有其独立的循环系统, 各漂洗段的漂洗水均可向上一级逆流。新水从最后一个漂洗段补充, 含酸废水由第一个漂洗段排出。由前向后, 氯离子浓度逐渐降低。

漂洗槽结构的设计各公司基本相同, 每个漂洗槽带钢通过位置上下均设有喷射梁向带钢表面喷淋漂洗水。为防止穿带时带钢撞坏喷射梁, 一般均将其设置在花岗岩制成的导向石凹槽内。

在缝合作业或事故状态时带钢在漂洗段中停留, 漂洗水始终喷淋在带钢的某一位置会使带钢表面产生褐色斑迹, 即所谓停车斑。原来处理该问题的方法是在漂洗水中加入一种化学溶剂, 鲁斯纳公司最近开发出一种新的解决办法, 即在带钢停止运行或速度低于10 m /min时, 漂洗水将在10 s内自动浸没带钢以阻止停车斑的产生, 但一般停车时间不得超过5 min。

6　夹送挤干辊

在推拉式酸洗机组化学工艺段各酸洗槽和漂洗槽之间均设有夹送挤干辊, 一般在酸洗段和漂洗段的出口各设置一组双挤干辊。其作用除夹送带钢外, 还可防止各槽之间介质串流, 保证各槽之间介质的设定浓度。

挤干辊表面衬有耐酸橡胶, 同时两端的辊颈处设置两个凸起部, 其作用一是避免酸液顺着辊颈流到两端轴承内腐蚀机件; 二是与附在槽体上的用耐酸材料制成的密封板共同组成迷宫式密封装置, 以阻止大气进入处于负压状态下的酸洗槽中。挤干辊上辊可利用气缸升降, 以使其在穿带和过缝合缝时抬辊。挤干辊一般为下辊传动, 也可以上下辊均传动。为防止带钢跑偏, 挤干辊的安装精度要求较高, 其水平度和平行度误差均不得超过015 /1000;另外, 要求相邻两组挤干辊若有因安装引起的在水平面内的不平行误差, 其倾斜方向不得一致。挤干辊一般设计成整体式, 以易于快速更换。

7　出口段张力装置

由于带钢在化学工艺段中张力较小, 而卷取机所需的卷取张力很大, 所以在推拉式酸洗机组的出口段均应设置为卷取机提供前张力的张力装置。由于推拉式酸洗是单卷生产, 每次均需穿带作业, 张力装置的设计必须满足穿带要求, 该张力装置的中间辊为可升降的, 穿带时升起, 然后降下, 使中间张力辊包角达到180°, 两侧张力辊包角达到90°,为卷取机提供足够的卷取张力。

出口段张力装置也可以设计成摆动抬起穿带或夹送辊型张力辊等多种形式。

推拉式酸洗机组有关问题的分析讨论

1　产量的提高

推拉式酸洗机组的产量主要取决于机组的速度和辅助时间, 酸洗时间一般应设计为24～30 s才能保证酸洗效果。要提高机组速度, 必须增加化学工艺段的长度, 才能保证酸洗时间。一般情况下,不同产量的机组入口段和出口段是相同的, 只是化学工艺段的长度不同。

缩短机组辅助时间以提高产量的常见方法是设置钢卷准备站或在入口段设置2台开卷机。一般年产量50万t以上的推拉式酸洗机组均设有钢卷准备站, 通常钢卷准备站设置在机组入口端并与机组平行布置, 设有预开卷设备、带头矫直机、切头剪、切角剪及料头收集装置。设置钢卷准备站后在线可不设置切头、切角剪, 但通常为了更灵活地组织生产也可保留在线切头、切角剪。一般设置钢卷准备站可将机组产量提高10%。

美国DB I公司最近为泰国一用户设计的一条推拉式酸洗机组在入口段设置了2套开卷段设备(包括开卷机、夹送矫直机、切头剪和切角剪) 。据该公司介绍, 这种类似于连续机组入口段的布置可以将机组产量提高30%。

2　预清洗段的设置

目前许多推拉式酸洗机组在酸洗段前面设置了预清洗段, 其结构与漂洗段一样, 即用热水向带钢表面进行喷淋。预清洗段的作用主要有: 清洗带钢表面的污物; 预热带钢, 提高带钢进入1 #酸循环段的温度; 事故状态下倒车时清洗带钢表面从酸槽中带出的酸液, 避免造成污染。

在热轧来料露天存放或外购热轧卷时, 设置预清洗段尤为必要。在美国有许多推拉式酸洗机组的预清洗段采用热碱液清洗, 这种配置可以对已涂油的欠酸洗钢卷重新酸洗, 同时也增强了机组对来料的适应能力。

3　带钢的纠偏

推拉式酸洗机组为防止带钢跑偏, 除了保证夹送挤干辊的安装精度外, 还在机组中设置了侧导辊和纠偏辊。据美国BD I公司介绍, 该公司最新设计的推拉式酸洗机组中, 将酸洗段和漂洗段出口的双挤干辊均设计为纠偏辊, 并在出口段切边剪前设置了坑式活套和一对纠偏夹送辊, 开卷机也设有CPC系统。该公司于1990年为天津一轧冷轧分厂(现天津冷轧薄板厂) 提供的推拉式酸洗机组中, 切边剪入口纠偏夹送辊前未设置坑式活套, 致使纠偏效果较差, 带钢进入切边剪时经常跑偏。该厂目前正在准备对其进行改造, 在该纠偏夹送辊前设置一个坑式活套。

4　在线平整机的设置

热轧钢卷的板型缺陷会给冷轧带来影响, 连续酸洗机组采用拉矫机来解决这一问题。对于推拉式酸洗机组, 由于一般其带钢厚度范围较大, 难以用一台拉矫机进行全厚度范围的拉矫作业; 另外, 拉矫机所需张力很大, 张力辊的设置和穿带较为复杂。目前推拉式酸洗机组加在线拉矫虽也有应用(美国DB I公司为墨西哥一用户提供的推拉式酸洗机组即设有在线拉矫机) , 但并不多见。

与拉矫机相比, 在线平整机除了改善板型的能力稍差之外, 还具有以下拉矫机所不具备的功能:第一, 改善带钢内部金相组织, 消除屈服平台, 提高其冲压性能; 第二, 改善带钢表面质量, 控制其表面光洁度; 第三, 提高带钢的尺寸精度, 减小厚度公差。所以近年来推拉式酸洗机组设置在线平整机应用较多。鲁斯纳公司目前已为用户提供了4条在出口段设置在线平整机的推拉式酸洗机组, 这种布置形式提高了机组的成品质量, 可以生产出类似于冷轧板的热轧酸洗板, 以代替某些要求不高的冷轧产品; 也可以以此为基板进行涂镀加工后用于建筑、汽车制造、家电等行业。

推拉式酸洗机组出口段设置在线平整机可以在平整机前后均设置张力辊组为其提供张力; 也可以只在平整机前设置张力辊组, 由该张力辊组与卷取机一起为平整机提供张力。

另据美国DAN IEL IWEAN 公司介绍, 该公司在为美国一用户提供的一条推拉式酸洗机组出口段串列布置了2台四辊轧机, 其中第2台的压下量达30% , 使得该机组成为一条半连续酸洗连轧机组(该机组目前正在安装调试, 尚未投产) 。这种设计, 虽然达不到全连续酸洗连轧机组那样高的生产率和成材率(因其仍为单卷生产) , 但仍具有设备简单, 可实现无中间库存生产, 从而简化生产管理、节省流动资金、缩短生产周期等优点。

总结

推拉式酸洗生产线与连续酸洗生产线相比, 具有投资少、机组设备简单、对带钢品种变化的适应性强、操作简单、易维护等优点, 对于中小型冶金企业尤为适用, 且符合中国的国情。可以预见, 推拉式酸洗机组在中国将有着广阔的发展前景。

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