水洗生產線技術要點及工藝實踐

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司，四川 成都 610100）

在國家環保政策的高壓環境下，企業為徹底解決由傳統酸洗中出現的酸霧、廢酸、廢水和氯化亞鐵等污染物帶來的環境污染問題，進行了相應的技術改造，應用于窄帶行業的水洗技術得到了關注和推廣，水洗技術是結合離心拋丸和高壓噴射而形成的新興技術，之前主要應用于鋼結構的表面除銹和機械設備的除泥清洗。隨著水洗技術在冷軋冶金工業的推廣和應用后，出現了除鱗不干凈、生產不均衡等技術問題，以及介質消耗過大、用水不平衡等工藝問題，這些設備技術問題、生產工藝問題嚴重影響了生產成本和產品質量，因此需要進行生產線二次技改和優化。在分級脫鱗、降低水耗和質量提升等方面進行系列改進和優化，該條生產線滿足了正常的冷軋工藝對鋼卷預處理的生產質量要求，使水洗技術在冶金工業中可以正常應用。

該文通過對該條生產線近4 a 的運行分析，總結了水洗生產線前工序機械式粗脫鱗、前后儲料裝置和鋼帶旋轉傾斜等技術要點，分析了標高落差實現介質自動循環、生產主線“凹型”運行等工藝實踐。

1 水洗生產線技術要點

1.1 前工序機械式粗脫鱗

水洗生產線的主要目的是去除鋼帶表面的氧化層，由于上游熱軋原料生產企業的裝備水平和生產方式不同，鋼帶表面氧化鐵的厚度波動較大，有的鋼帶氧化層厚度達到0.1mm～0.3mm，氧化鐵的重量比例達到5 ‰～15‰，因此，大量的氧化鐵通過水洗進入循環水系統，加速了對水的污染，增加了對氧化鐵的處理難度以及對沉積氧化鐵的清理頻率。由于熱軋母材產品材質和鋼號的差異，鋼帶表面氧化鐵皮的致密度、附著性、柔韌性差異較大，因此，水洗對脫鱗產生的效果也不一樣。在水洗前進行氧化鐵的預處理，不僅可以降低水洗的壓力，提升水洗的效率，更降低了循環水的維護成本。

水洗技術的原理類似于傳統的拋丸除銹技術，由于水洗的鋼丸——鋼砂（也叫磨砂）直徑太小，不能通過離心力或壓縮空氣實現對工件的打擊，因此，通過高壓水作為介質實現對工件的作用力，同時水又起到了抑制粉塵、收集粉塵并清潔工件的作用。雖然水砂混合后的高壓射流可以完全打掉、磨掉工件表皮甚至擊穿工件，但是如果利用工件本體和表皮的延伸率不同、密度不同、強度不同等特性，在水洗前通過工件的彎曲變形、延伸變形實現表皮脫落，大大起到了水洗的壓力，其前工序的預除鱗起到事半功倍的作用。

在鋼帶進入水洗工藝段之前，利用氧化鐵與鋼帶自身相應的密度以及延伸率來實施反復彎曲變形從而導致氧化鐵自然脫落。因為在水洗鋼帶前都要求矯直鋼帶，所以通常都是使用多輥轎直機來進行脫鱗。多輥矯直機大壓下作業可以理解為軋制變形，其變形機理符合金屬軋制變形原理，鋼帶在多輥——軋制變形區域的變形是不均勻的，不僅鋼帶外部的幾何形狀不均勻，更主要的是鋼帶內部變形分布也不均勻，由于鋼帶摩擦力、鋼帶板厚、內部質量以及表面狀態等影響[1]，因此加劇了鋼帶基本和表面氧化鐵皮的剝落，實現了預脫落的效果。常見設備有九輥轎直、七輥轎直。通過對轎直輥刻痕、轎直震動可以進一步提升除鱗效果，為了進一步增加除鱗效果，也可采用拉矯機（大彎曲變形加大拉伸變形）實現高效機械除鱗，如果機械除鱗設備的能力參數選取得當、工藝控制合理，在前面的機械除鱗工序可以脫落10%～90%的氧化鐵，大大緩解了水洗的清洗壓力，釋放設備產能，降低生產成本。

前工序粗除鱗是提升水洗競爭力的關鍵工序，是解決水洗相對酸洗存在若干不足的必要輔助措施：同等長度的生產線水洗比酸洗產能減半，如果前工序機械除鱗與之配套，水洗的產能就會提升50%～200%；水洗后的氧化鐵100%沉積或懸浮于循環水中，增加了循環水的沉積過濾時間以及水洗儲水池的容量，所清洗的工件表面附著氧化鐵，影響了后工序的冷軋深加工，造成高壓凈水處理壓力和過濾器的反復沖洗，導致高壓泵耗材增加及作業率不高。同時，前工序機械除鱗后的氧化鐵處于干燥狀態，易于收集和利用。前工序機械除鱗是水洗規?；a中必要的、事半功倍的環節。

1.2 前后儲料裝置

水洗生產線最好的運營狀態就是連續均衡地運轉，但鋼帶原料和成品均以“卷”為單位，鋼卷上線和下線需要按卷打捆、包裝和運輸，生產的連續作業和原料成品的分卷上線下線存在矛盾。

為了提高水洗生產線的生產效率、降低水洗的生產成本、提高水洗產品的質量，可以在水洗工藝段前后各設置儲料裝置，儲料裝置的目的是沖抵上料下料的時間差。儲料裝置一般包括活套坑、儲料機2 種方式。雖然活套坑運營成本低，但是由于其深度，達到了5 m～15 m，活套坑需要在建設廠房時一道施工；儲料機較為簡單，可以根據水洗生產線參數進行地面配套設置。

1.3 鋼帶旋轉傾斜

在水洗作業時，高壓噴嘴以150 mp 的力度連續、均衡地向鋼帶表面噴射水砂混合物，完成打擊作業的水砂混合物順著板面沉積，沉積在板面的鋼砂需要快速離開板面，以避免阻礙和隔離后續噴射的鋼砂打擊作業，如果水砂混合物滯留在鋼帶表面，后續高壓射流就打擊在前面的水砂混合物上，高壓噴射作業強度和效果大大降低。同時，大面積延伸的鋼砂又不能很快地回收和利用，造成鋼砂使用量增大。

通過現場試驗和實踐，解決該問題有2 種途徑：1）調整高壓噴嘴的角度（由40 ℃調整為60 ℃），增大噴砂作業角度后的水砂混合物一方面由于反作用力的原因快速脫落板面，另一方面順著鋼帶前進方向分流。2）直接讓鋼帶傾斜，通過鋼帶在進入清洗箱前旋轉45°傾角（圖1），高壓噴嘴出來的水砂混合物打擊到鋼帶表面后隨自重又落到箱底。調整高壓噴射角度的方法會大大影響生產線長度，通過旋轉鋼帶角度的方法是經過試驗和應用后最為可取的方法，是水洗生產線關鍵技術的重大突破。

圖1 鋼帶旋轉傾斜示意圖

2 水洗生產線工藝實踐

2.1 標高落差實現介質自動循環

水洗中鋼砂打擊工件的能量來源于高壓水，鋼砂的回收、過濾和儲存也是靠水實現的，打擊和研磨物（氧化鐵及鐵粉）的收集、轉運、沉淀均是依托水，所有的水要實現循環使用就需要做到高壓出去并等量收集回來。收集回水主要靠水泵，為了節約水泵及電力，可以利用“水往低處流”的特性達到自動回水的效果。

水洗生產線需要800 m3～2000 m3的循環水量，較大的水量經過不同等級的水泵從儲水池打到不同的設備，機組進行打擊作業、沖洗作業、吸附作業，作業完成后所有的水又要全部回到儲水池，如何使抽出去的水不再用水泵抽回來，不僅節約投資而且降低運營成本，就需要合理地設置儲水池標高、用水點的回水標高，通過高位落差實現自動回水。回水主要有如下3 組:第一組是水量最大的是抽砂水，抽砂水從水洗工藝區底部將箱底砂抽到位于設備頂部的儲砂罐，由于儲砂罐處于所有設備的最高點，達到+5m～10m，有較高的落差，回水能正常回流到儲水池。第二組是水量較大的高壓回水，高壓噴嘴噴射出來的水和磨料一道從清洗工藝區清洗箱底側流出，清洗箱底側的標高要大于儲水池水面標高2m～3m。第三組是水量較小的余水（整個生產線各處殘余水和飛濺滴水），余水收集裝置的標高是儲水池標高的重要參考數據，是整個回水系統的自然落差回流的關鍵。儲水池不能隨意降低標高，儲水池一方面要利用低標高收集各類回水，另一方面要利用高標高給高壓凈水過濾系統自然供水。如果儲水池標高太低，就需要有水泵給高壓凈水過濾器供水，如果儲水池標高略高，回水回水系統就會回流受阻。

水洗生產線主要是以水為介質實現磨料（各類砂料）輸送、打擊、沉淀以保證清洗功能，從儲水到回水，從設備內到設備外，包括高壓噴射在空氣中產生的水霧，為了高效實用和檢修方便，水洗車間對水的使用是封閉、半封閉和開放、半開放狀態，水存在于生產車間的每個環節。水的設計和生產管理得好，水洗生產車間是正常的干作業，否則生產區域內會出現處處積水、回水橫流以及場地潮濕等現象，不僅影響車間定置文明，更加重設備設施的銹蝕。根據抽砂回水標高、高壓回水標高、工藝余水標高結合高壓凈水過濾取水標高確定儲水池標高后，可以解決99%的自動回水，再適當做好封閉和半封閉，水洗車間完全能夠實現“只聞水聲、不見其水”的效果，如圖2 所示。

圖2 標高落差示意圖

2.2 生產主線“凹型”設計

水洗投產后，因為沒有很好地對水進行管理，生產車間一度出現了處處水簾洞、遍地是小溪的景象，整個生產現場貌視“雨天”作業。通過“凹型”改造后實現了“晴天”作業，通過鋼帶旋轉傾斜大大縮短了工藝線的長度并提升了鋼砂的回收率，通過增加頭尾儲料裝置實現了連續高效生產。

生產主線“凹型”（圖3）設計:水洗生產線兩頭為開卷和收款功能，均為干作業，中間段水洗箱為封閉的濕業，在正常生產情況下，鋼帶從清洗箱出來由于板溫影響（工件溫度達到40 ℃～50 ℃），鋼帶從清洗箱出來運行3 m～5 m 后鋼帶會自然蒸發、風干。在生產過程中由于生產事故、設備檢修等原因，鋼帶從濕作業區出來難免不帶水，因此對鋼帶進入水洗箱前的第一組輥道、出清洗箱后的第一組輥道進行標高提升：20 mm～100 mm，以便于在生產過程中鋼卷在生產線上出現后退、前進時也不會將清洗箱及濕作業區的水帶到生產線的兩端。

圖3 水洗全線示意圖

3 其他技術要點和工藝應用

3.1 用水平衡控制技術

水是水洗生產線的主要介質，生產線運營初期多次出現水位過低導致生產中斷、補水過多造成循環水外溢，以及頻繁無規律補水造成管理不受控，需要一定的技術手段實現用水的自動平衡。

生產線中水以密封、半開口、敞口3 種方式作業、流動和儲存，在不同的位置通過高溫蒸發、自然蒸發、水霧流失、風干等方式實現水的消耗，所以生產線是一個持續補水的過程。儲水池、回水管路、清洗箱以及凈水池等都可以補水，最佳補水位置是用水量最小的清洗段。清洗箱處于水洗工藝段最后的位置，清洗箱主要是對鋼帶表面進行最后清洗，清洗水泵的取水點為高壓凈水水池，高壓凈水池的水雖然經過管道過濾，但是仍然存在懸浮雜質，如果補水用于清潔新水，不僅大大提升了產品清潔度，而且最大限度地節約了用水量。由于水洗生產線耗水量和補水量較小，因此靠補水進行清洗會導致補水大于蒸發耗水，出現工業排水，失去零排放的意義。

為了實現耗水和補水的平衡，通過生產運行數據的統計和分析，可以在清洗工序設置多級清洗技術，如設置三級清洗裝置，僅在第三組清洗環節中采用新水作為水源，實現對生產線的補水；對第三組清洗管道或高壓水泵設置可調流量或壓力控制系統，通過在儲水池設置液位計采集信號實現對可調流量或壓力控制系統的反饋，最終實現水洗生產線的自動補水控制，通過用水平衡管理達到提升技術水平和降低成本的目的。

3.2 運營模式的工藝應用

水洗生產線在生產過程中產品經常出現局部高亮、局部麻點，以及出現板帶黑白色差、間斷黑帶等現象，這些產品質量瑕疵的問題通過工藝優化解決。

水洗生產線設備運行的工藝制度按3 種模式設置和聯動包括生產線啟動模式、生產線暫停模式以及生產線回退模式。生產線啟動模式的工藝秩序按卷取機帶張力運行啟動→高壓水噴射啟動→磨砂閥門打開的秩序要求進行聯動，工藝參數為卷取速度10 m/min、高壓噴射啟動延時小于3 s、磨砂閥門同步時間誤差小于1 s；生產線暫停模式的工藝秩序按磨砂閥門關閉→卷取機帶張力暫停→高壓水噴射關閉的秩序要求進行聯動，工藝參數為磨砂閥門同步時間誤差小于1 s、卷取機張力10 kN～20 kN、高壓噴射關門延時小于3 s；生產線回退模式的工藝秩序按磨砂閥門關閉→高壓水噴射關閉→卷取機失張并機械制動或電氣制動控制。

通過水洗生產線3 種工藝運行方式的工藝優化和應用實踐，可以解決由于設備啟動不同步造成的間斷黑帶問題，解決生產線暫停造成鋼帶局部連續打擊帶來的局部高亮、局部麻點問題，以及生產線回退造成鋼帶噴射打擊不均勻帶來的板帶黑白色差的問題。

4 結語

水洗工藝作為一種新興發展的綠色環保技術在許多領域中廣泛地應用，但是在金屬脫鱗方面還處于優化和改進階段，特別是應用于冷軋寬帶的生產過程中還存在一定的產品質量瑕疵和生產成本較高的問題。該文通過在水洗生產線中加強前工序預除鱗、頭尾儲料、鋼帶旋轉傾斜的技術關鍵點控制，利用標高落差實現自動回水、生產主線凹型設計以及生產線控水等工藝優化和完善，不僅解決和處理了質量和成本的問題，也進一步提升了水洗技術的適用性。

該文所述的水洗技術要點和工藝實踐是經1050 型水洗生產線從技改、試生產、停機改進和生產優化等實踐中得出的寶貴經驗，部分技術、辦法、措施是工程技術人員通過大量的現場研究和反復試驗的技術總結和應用成果，是水洗技術發展的寶貴財富。