一種新型板坯軋后氧化鐵皮清除裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

朱俊華，楊 琳，熊亞洲

(中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430080)

0 引言

板坯表面質(zhì)量不僅直接影響其外觀，且對(duì)下游終端產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。同時(shí)，板坯表面質(zhì)量是企業(yè)煉鋼、軋鋼技術(shù)水平的體現(xiàn)，是產(chǎn)品品牌的縮影。隨著汽車、家電工業(yè)的迅速發(fā)展，用戶對(duì)板坯表面質(zhì)量的要求越來越高。而目前生產(chǎn)高質(zhì)量汽車板、家電板，影響表面質(zhì)量最顯著的就是氧化鐵皮類缺陷。

在熱軋橫切線機(jī)組，常有成品鋼板表面附著大量氧化鐵灰、部分氧化鐵渣被壓入鋼板表面現(xiàn)象，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，且大量氧化鐵皮及灰塵對(duì)在線機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備及輥道危害也很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備故障。因此，筆者就熱軋板表面處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究及分析，開發(fā)了一種新型板坯軋后氧化鐵皮清除裝置，并成功應(yīng)用于某大型鋼鐵公司熱軋廠。

1 熱軋板氧化鐵皮生產(chǎn)及成分分析

熱軋板坯表面氧化鐵皮分為一次、二次和三次氧化鐵皮。一次氧化鐵皮是指鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱過程中，表面與高溫爐氣生成的氧化鐵皮，一次氧化鐵皮缺陷一般以小斑點(diǎn)、斑痕和帶狀條紋形式不規(guī)則地分布在板坯上。二次氧化鐵皮是指板坯在軋制過程中表面氧化鐵皮脫落，熾熱的金屬表面與水和空氣接觸，會(huì)生成新的氧化鐵皮。二次氧化鐵皮呈顆粒狀壓入，分布多呈現(xiàn)分散的鹽狀。三次氧化鐵皮是指板坯在精軋機(jī)內(nèi)由于軋輥磨損和軋輥氧化膜剝落形成的氧化鐵皮，氧化鐵皮呈黑褐色、小舟狀，細(xì)小、散沙狀地分布在缺陷板坯表面，細(xì)摸起來有手感。

一次、二次氧化鐵皮極易使板坯表面產(chǎn)生麻點(diǎn)，在板坯表面局部或連續(xù)分布大小不同、形狀不一的凹坑。麻點(diǎn)缺陷形成的原因是:鋼坯在加熱爐中產(chǎn)生的氧化鐵皮在除鱗中未被除去，黏在鋼板上，在軋制過程中被壓入鋼板中，形成上下表面的麻點(diǎn)。

三次氧化鐵皮是影響板坯表面質(zhì)量的主要因素。因?yàn)榇蟛糠忠淮?、二次氧化鐵皮在高壓水除鱗過程中被除去，而三次氧化鐵皮在熱軋后會(huì)生長在板坯表面，影響板坯的質(zhì)量。三次氧化鐵皮還會(huì)在冷軋工序中發(fā)生轉(zhuǎn)變，誘發(fā)氧化鐵皮壓入等缺陷的發(fā)生，嚴(yán)重影響冷軋板坯的表面質(zhì)量。

2 氧化鐵皮去除技術(shù)研究

2．1 傳統(tǒng)表面去除技術(shù)研究

傳統(tǒng)表面去除技術(shù)主要是針對(duì)熱軋板生產(chǎn)過程中進(jìn)行的，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的除鱗技術(shù)有軋制工藝控制、高壓水除鱗、化學(xué)法除鱗、機(jī)械法除鱗和氣體除鱗等，其中最常用的辦法就是高壓水除鱗和化學(xué)法除鱗［1］。

除鱗是板坯生產(chǎn)工藝中非常重要的工序，目的是清除板坯表面的氧化鐵皮，保證能順利生產(chǎn)出質(zhì)量合格的板坯產(chǎn)品。

(1)軋制工藝控制 軋制工藝控制主要從合理降低終軋溫度及控制軋制中間坯厚度及待溫時(shí)間入手。氧化鐵皮的生長速率與氧化時(shí)間和氧化過程所處溫度區(qū)間有關(guān)系。終軋溫度高的鋼板更易于產(chǎn)生點(diǎn)狀二次氧化鐵皮壓入缺陷。解決此類缺陷，適當(dāng)?shù)亟档徒K軋溫度是有效的辦法之一。降低軋制中間坯厚度和減少控軋的待溫時(shí)間，能夠有效縮短鋼板在高溫階段的停留時(shí)間，減薄二次氧化鐵皮的厚度。這樣可以提高的氧化鐵皮的可剝離性和延展性。

(2)高壓水除鱗 對(duì)于一次和二次氧化鐵皮的去除，高壓水除鱗是最有效和經(jīng)濟(jì)的方法。經(jīng)在高壓水的沖擊下，在板坯表面及在粗軋過程中產(chǎn)生的二次氧化鐵皮會(huì)發(fā)生剝落，被水流沖走，大大減少了氧化鐵皮進(jìn)入精軋機(jī)組的可能性。

(3)化學(xué)法除鱗 化學(xué)法即采用酸、堿等化學(xué)物質(zhì)與鋼鐵材料表面的鐵鱗起化學(xué)反應(yīng)而去掉氧化鐵皮?；瘜W(xué)法應(yīng)用最廣泛的是酸洗，利用氧化物與酸液反應(yīng)，通過酸液的溶解作用、機(jī)械剝落作用和還原作用有效去除氧化鐵皮。

(4)機(jī)械法除鱗 一種去除熱軋板表面氧化物的設(shè)備，其設(shè)備為磨削輥或銑削輥。它能均勻有效地作用在整個(gè)鋼板表面，從而能去除氧化物。

(5)氣體除鱗 在熱軋鋼板離開輥隙消除應(yīng)力的一段路徑上，把惰性氣體(氮?dú)?噴吹到離開了輥隙的鋼板上。在這個(gè)路段上，鋼板用一個(gè)密封裝置加以屏蔽，惰性氣體通入密封裝置中，同時(shí)也吹入輥隙內(nèi)，由于保護(hù)性氣體的存在，大大減少了鋼板表面氧化鐵皮的形成。

2．2 板坯軋后表面處理技術(shù)分析

在對(duì)傳統(tǒng)表面處理技術(shù)分析后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)表面處理技術(shù)較為有效，但都存在一定限制。如:軋制工藝控制技術(shù)會(huì)受生產(chǎn)線裝備技術(shù)能力、控制及操作水平等限制;高壓水除鱗技術(shù)主要適合于軋機(jī)處除鱗;化學(xué)除鱗技術(shù)主要適合于熱軋首工序，且工作環(huán)境差，化學(xué)廢液處理難;機(jī)械法除鱗技術(shù)需配套有較精密的控制系統(tǒng)，磨削輥損耗量大;氣體除鱗技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中很少有所應(yīng)用，去除效果也不明顯。

同時(shí)，熱軋板坯表面氧化鐵皮是由于熱軋生產(chǎn)中，高溫鋼坯表面與車間環(huán)境中空氣、水等介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)所形成的，因此，在鋼坯加熱、除鱗、軋制、冷卻與卷取等熱軋工序中都會(huì)發(fā)生。即，上述傳統(tǒng)去除技術(shù)不僅較為復(fù)雜，且在去除氧化鐵皮的同時(shí)又在不斷的產(chǎn)生氧化鐵皮，因而需開發(fā)一套軋后處理裝置來解決這一問題。

3 技術(shù)方案分析及其設(shè)備組成

3．1 技術(shù)原理分析

要完全去除氧化鐵皮，最理想的方法是在鋼卷進(jìn)入機(jī)組之前就去除或避免氧化鐵皮的產(chǎn)生，但很難實(shí)現(xiàn)。僅能依據(jù)現(xiàn)有機(jī)組的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到較為理想的效果。

機(jī)組中影響鋼板表面質(zhì)量的氧化鐵皮主要是鋼板表面的氧化鐵皮經(jīng)過多次矯直碾壓后形成氧化鐵灰和嵌入鋼板表面，部分未脫落的氧化鐵皮也是鋼板表面質(zhì)量缺陷的一部分。

根據(jù)上述分析，擬采用刷輥與刷盤組合清掃技術(shù)對(duì)板坯進(jìn)行氧化鐵皮去除［2］，工藝布置見圖1。

(1)一次清掃 在開卷機(jī)處增設(shè)一根刷輥，刷毛采用鋼絲類材質(zhì)，用于清除表面氧化鐵皮和灰塵，剝離嵌入鋼板表面的氧化鐵皮。

(2)二次清掃 于矯直機(jī)與縱剪間設(shè)一組盤刷，用于清掃鋼板上表面鐵灰。盤刷組采用五個(gè)直徑～500mm盤刷，刷毛同樣采用鋼絲類材質(zhì)，刷盤與鋼板形成一定的角度(～5°)，用于將鋼板上表面鐵灰清掃與鋼板兩側(cè)底部搜集箱中。盤刷組采用箱體密閉，避免灰塵四溢，并于箱體頂部增設(shè)吹掃管，增設(shè)除塵管道，根據(jù)實(shí)際使用中的灰塵產(chǎn)生量及清掃效果控制吹掃用氣。箱體入出口均設(shè)板型門刷密閉罩體與鋼板接觸縫隙。

圖1 氧化鐵皮清除工藝流程圖

3．2 技術(shù)方案設(shè)備組成

(1)刷輥裝置 刷輥裝置布置于開卷機(jī)卷心同一高度水平方向，刷輥裝置主要由刷輥、滑動(dòng)底座、固定底座、電機(jī)、帶輪、氣缸組成;刷毛采用鋼絲磨料刷毛刷，其結(jié)構(gòu)見圖2，刷輥采用盤式碟片組裝，有效控制材料磨損更換周期以及更換時(shí)間。其實(shí)物及三維設(shè)計(jì)分別見圖3和圖4。

圖2 刷輥結(jié)構(gòu)圖

刷輥底座采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，分滑動(dòng)底座和固定底座，刷輥安裝于滑動(dòng)底座上，固定底座與新做基礎(chǔ)固定，通過氣缸驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)底座及鋼絲刷輥與鋼卷外表面接觸，通過滑動(dòng)底座上兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刷輥對(duì)鋼卷外表進(jìn)行刷掃，雙皮帶輪驅(qū)動(dòng)，架體結(jié)構(gòu)質(zhì)量布置均勻，橫移機(jī)構(gòu)隨著開卷機(jī)的開卷，上部框架通過氣缸驅(qū)動(dòng)使刷輥貼合鋼板表面并隨著卷徑變小進(jìn)行跟隨動(dòng)作，氣缸壓力可通過調(diào)壓閥控制調(diào)節(jié);滑座底部設(shè)兩個(gè)行程開關(guān)用于檢測(cè)刷輥是處于縮回狀態(tài)和完全伸出狀態(tài);電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用變頻控制器進(jìn)行刷輥調(diào)速。刷輥對(duì)鋼卷的壓力及摩擦速度均設(shè)計(jì)可調(diào)，根據(jù)不同板型及產(chǎn)品質(zhì)量要求可調(diào)整相應(yīng)的工作參數(shù)。

刷輥清掃原理:通過刷輥與鋼卷接觸且反向轉(zhuǎn)動(dòng)，與鋼卷外表面摩擦對(duì)鋼卷外表面進(jìn)行氧化鐵皮及灰塵清除，鋼絲磨料刷毛對(duì)鋼板本體表面沒有劃傷現(xiàn)象。刷輥上部設(shè)置除塵收集系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)，下部設(shè)置鐵渣和灰塵收集系統(tǒng);吹掃系統(tǒng)主要用于輔助清除鋼板表面殘余疏松氧化鐵皮和灰塵。

圖3 刷輥裝置實(shí)體

圖4 刷輥裝置三維模型

(2)刷盤裝置 刷盤裝置布置于矯直機(jī)后，裝置主要由刷盤、活動(dòng)框架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、壓輪、調(diào)整座、驅(qū)動(dòng)油缸，立柱、擺臂、除塵系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)及灰塵收集裝置組成。當(dāng)需進(jìn)行清除時(shí)，設(shè)備上部擺臂下壓至刷盤與展開的鋼板貼合，上部電機(jī)驅(qū)動(dòng)刷盤進(jìn)行清除。刷盤結(jié)構(gòu)如圖5，刷盤采用鋁合金盤面制作，刷毛采用磨料材質(zhì)鋼絲，刷毛植入刷盤盤面。其實(shí)物及三維模型設(shè)計(jì)分別見圖6和圖7。

圖5 刷盤結(jié)構(gòu)圖

圖6 刷盤裝置實(shí)體圖

圖7 刷盤裝置三維模型圖

刷盤裝置內(nèi)設(shè)一組鋼絲磨料材質(zhì)刷盤，盤刷組采用5個(gè)鋼絲盤刷及5臺(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，刷盤布置于框架密閉罩內(nèi)，刷盤組安裝于上部平行四連桿機(jī)構(gòu)框架上，通過上部機(jī)構(gòu)上的壓輪與鋼板上表面接觸，調(diào)整盤刷與鋼板接觸面量;兩側(cè)安裝油缸驅(qū)動(dòng)上部裝置傾翻，便于安裝拆卸刷盤，底部設(shè)灰塵收集斗，上部密閉罩上外接除塵系統(tǒng)及吹掃系統(tǒng)，用于除塵和清掃表面殘余鐵灰。刷盤裝置出入口增加了相應(yīng)的翹頭檢測(cè)及過鋼檢測(cè)，將控制系統(tǒng)很好的嵌入原系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了兩套設(shè)備與機(jī)組生產(chǎn)全自動(dòng)連鎖運(yùn)行工藝，保證安全生產(chǎn)。

刷盤清掃原理:刷盤裝置刷盤采用鋼絲磨料材質(zhì)盤式刷對(duì)鋼板表面進(jìn)行直接摩擦，進(jìn)行氧化鐵皮及灰塵清除且不傷鋼板本體，刷盤盤面與板面成一定夾角(設(shè)計(jì)可調(diào))，通過盤面后半部分接觸，并且上面3個(gè)旋向一致，向鋼板外側(cè)旋轉(zhuǎn)，下面兩個(gè)旋向一致，向著鋼板另一側(cè)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行傳遞式清掃將上板面灰塵清掃至鋼板兩側(cè)并收集。

4 結(jié)論

采用此表面后處理裝置進(jìn)行熱軋板氧化鐵皮清除與傳統(tǒng)表面處理相比，主要具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠:通過鋼絲刷輥和刷盤與鋼卷上表面接觸，電機(jī)直接帶動(dòng)刷輥和刷盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行清掃，能有效剝落附著在鋼板表面的氧化鐵塊和灰塵，且板材本體沒有損傷。刷輥和刷盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。

(2)可操作性強(qiáng):刷輥驅(qū)動(dòng)可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)介入和退出，可以調(diào)節(jié)下壓力，控制清除效果;刷盤軸座角度及刷盤高度可調(diào)，可根據(jù)不同鋼種不同需求調(diào)節(jié)刷盤的下壓量，既達(dá)到有效清除效果又有效的保護(hù)了刷毛的損耗。電機(jī)可通過變頻器變頻調(diào)速，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行速度自動(dòng)調(diào)節(jié)刷輥和刷盤速度，有效控制清除效果及刷毛損耗。

(3)維修方便:刷輥和刷盤裝置設(shè)備均為開放式結(jié)構(gòu)，其拆裝、檢修維護(hù)方便。驅(qū)動(dòng)裝置均為外置結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)。

(4)成本低:投資成本非常低，功耗小，耗材量少，正常使用情況下，刷盤和刷輥更換周期在三個(gè)月以上。

此表面后處理裝置成功應(yīng)用于某大型鋼鐵公司熱軋橫切線機(jī)組，并取得良好的效果，為用戶有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并有效降低了機(jī)組設(shè)備故障率。

［1］ 魏天斌．熱軋氧化鐵皮的成因及去除方法［J］．鋼鐵研究，2003(4):54-58．

［2］ 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．第四版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002．