連退高速薄帶鋼在電解清洗段斷帶原因與對(duì)策

劉冰揚(yáng)

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

連退高速薄帶鋼在電解清洗段斷帶原因與對(duì)策

劉冰揚(yáng)

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

對(duì)薄帶鋼高速通過(guò)立式電解槽時(shí)斷帶的原因進(jìn)行分析。在不影響電解清洗效果的前提下，通過(guò)對(duì)電極板母排結(jié)構(gòu)的改造來(lái)增大允許帶鋼抖動(dòng)的空間；對(duì)電極板結(jié)構(gòu)改進(jìn)和張力優(yōu)化來(lái)減小帶鋼擺動(dòng)的幅度。

帶鋼；高速；電解；電極板；斷帶

0 前言

帶鋼在清洗段穩(wěn)定運(yùn)行是爐區(qū)高速生產(chǎn)的基本保證，京唐1420冷軋連退線使用的是立式清洗段，由三個(gè)噴洗立式槽、兩個(gè)電解立式槽、三個(gè)刷洗臥式槽和兩個(gè)熱水漂洗臥式槽組成。自2014年提速生產(chǎn)以來(lái)發(fā)生多起帶鋼在清洗段斷帶的事故，且斷帶發(fā)生部位集中在電解立式槽，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)線的高速穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)清洗段的電極板等設(shè)備進(jìn)行改造后，該問(wèn)題得到有效解決，至今再未發(fā)生同類斷帶事故。

1 電解清洗設(shè)備和原理

帶鋼在軋制后表面會(huì)附著一些軋制油、鐵粉、乳化液等污染物，這些污染物會(huì)導(dǎo)致?tīng)t輥表面結(jié)瘤[1]，造成帶鋼表面壓痕或劃傷，影響帶鋼表面質(zhì)量。這些污染物的清除依靠清洗段來(lái)完成[2]。京唐冷軋連退機(jī)組采用立式電解清洗型式，主要由轉(zhuǎn)向輥、穩(wěn)定輥、沉沒(méi)輥和電極板組成，帶鋼位于電極板中間(圖1)。立式電解的主要特點(diǎn)是占地面積小、清洗質(zhì)量較好；但由于立式帶鋼行程較長(zhǎng)易擺動(dòng)，出現(xiàn)斷帶故障，處理時(shí)間較長(zhǎng)。

1，2.帶擠干輥的轉(zhuǎn)向輥 3.轉(zhuǎn)向輥 4，5.穩(wěn)定輥 6,7.沉沒(méi)輥 8,9.電極板圖1 立式電解槽示意圖Fig.1 Diagram of vertical electrolytic cell

清洗段一般采用化學(xué)清洗+電解清洗+物理清洗的方式，電解清洗相較于化學(xué)清洗，速度更快，除油更徹底[3]。電解清洗是將帶鋼通過(guò)熱的強(qiáng)堿溶液，在帶鋼表面產(chǎn)生電解效應(yīng)去除帶鋼表面的油、鐵粉和其他松散雜質(zhì)[4]。電解清洗時(shí)帶鋼本身并不直接帶電，而是借助于通直流電的電極板的電磁感應(yīng)，使帶鋼帶電而發(fā)生電解反應(yīng)。電解清洗實(shí)質(zhì)是電解水的過(guò)程[5]。

當(dāng)帶鋼作為陰極時(shí)，其表面發(fā)生還原反應(yīng)并析出氫氣：4H2O+4e=2H2↑+4OH-

當(dāng)帶鋼作為陽(yáng)極時(shí)，其表面發(fā)生氧化反應(yīng)并析出氧氣：4OH-+4e=2O2↑+2H2O

發(fā)生反應(yīng)時(shí)，帶鋼表面相應(yīng)的析出氫氣或氧氣的氣泡，隨著氣泡的脹大，將雜質(zhì)與帶鋼分離。當(dāng)帶鋼為陰極時(shí)，除油效果好，但容易發(fā)生氫氣滲入鋼基內(nèi)引起鋼體氫脆。當(dāng)帶鋼為陽(yáng)極時(shí)，不會(huì)發(fā)生氫脆且能去除表面殘?jiān)?，但?dāng)堿濃度低、溫度低和電流密度高時(shí)，帶鋼容易產(chǎn)生斑點(diǎn)[6]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為利用其優(yōu)勢(shì)，通常每過(guò)一卷鋼交換電極板的極性。

2 電解槽斷帶原因分析

通過(guò)對(duì)比幾次電解槽內(nèi)斷帶的情況可以發(fā)現(xiàn)，帶鋼的斷口形狀十分一致，說(shuō)明造成這幾次斷帶的原因相同。根據(jù)帶鋼斷口形狀(圖2)分析，斷口邊部有短距離斜坡，表明帶鋼斷裂前被撕出裂口，斷帶中部整齊說(shuō)明帶鋼是在大張力下由裂口處撕斷。

檢查電解槽內(nèi)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，電極板上安裝的襯條有明顯刮蹭痕跡(圖3)，個(gè)別位置已經(jīng)被整體切斷(圖4)，刮蹭位置與帶鋼寬度相吻合。

電解立式槽高約7.4 m，穩(wěn)定輥位于5.8 m處。帶鋼在沉沒(méi)輥與穩(wěn)定輥間行程較長(zhǎng)，高速的薄帶鋼在張力和液體雙重作用下會(huì)出現(xiàn)幅度明顯的“抖動(dòng)”。在高速通過(guò)電極板之間時(shí)，擺動(dòng)的帶鋼邊部與電極板襯條刮蹭產(chǎn)生裂口，隨后在張力下撕裂導(dǎo)致斷帶。

圖2 斷帶帶頭 Fig.2 Head of the broken belt

圖3 刮痕Fig.3 Scratch

圖4 襯條 Fig.4 Ledge

3 解決方法

3.1 增大電極板間距以增加允許帶鋼“抖動(dòng)”空間

3.1.1 拆除電極板上的襯條

此處安裝的襯條材質(zhì)為PP聚丙烯，具有良好的抗酸堿腐蝕性、抗溶解性，在電極板上安裝襯條的目的是為了防止帶鋼抖動(dòng)與電極板接觸造成短路、避免帶鋼被熔蝕。但其硬度較高與運(yùn)行速度高于600m/min的薄帶鋼刮蹭時(shí)，極易將帶鋼刮出裂口。將其拆卸后在原位置粘貼10mm厚的絕緣膠條，既可以達(dá)到防止帶鋼與電極板直接接觸，又消除了將帶鋼撕裂的隱患。

3.1.2 改進(jìn)電極板母排的結(jié)構(gòu)

薄帶鋼在高速運(yùn)行時(shí)的“抖動(dòng)”是不能完全消除的，增大電極板的間距相當(dāng)于增大了帶鋼“抖動(dòng)”幅度的可容度。原設(shè)計(jì)電極板間距為200 mm，兩側(cè)分別安裝有20 mm厚度的襯條，所以允許帶鋼抖動(dòng)的幅度最大為160 mm。根據(jù)槽體的寬度，改變電極板母排的結(jié)構(gòu)可以將電極板間距增大為260 mm，將襯條更換膠條后，允許帶鋼“抖動(dòng)”的最大幅度達(dá)到240 mm，相比于原來(lái)的160 mm擴(kuò)大了50%。

調(diào)整電極板間距的同時(shí)需要保證電機(jī)清洗效果不變。電解清洗段整流器的輸出電流設(shè)定值根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算[7]：

式中，Iref為電流設(shè)定值A(chǔ)；Imax為最大電流A；b為實(shí)際帶鋼寬度，mm；bmax為最大帶鋼寬度mm；V為機(jī)組實(shí)際速度，m/min；Vmax為機(jī)組最高速度，m/min；X為電流補(bǔ)償值，0～+200%。

電解過(guò)程的綜合電阻R對(duì)系數(shù)X的影響最大。如果增加極板間距，則極板之間的電阻增加，電流會(huì)減少，電解效果會(huì)有影響。但是這種影響可以通過(guò)增加電壓(最高到達(dá)36 V)或者電解液濃度的方式來(lái)補(bǔ)償。

物體的電阻計(jì)算公式為[8]

式中，R為電阻，Ω；ρ為電阻率，Ω·m；S為截面面積，m2；L為長(zhǎng)度，m。

目前使用參數(shù)：電解整流器為4×6000A；電解清洗最大電壓為36 V；最大電流為2 697 A；電解液濃度為50 g/L；電導(dǎo)率為70 S·m-1；實(shí)際速度為740 m/min；最大帶鋼寬度為1 250 mm。

根據(jù)以上公式，要想保證清洗效果不變，即要保證調(diào)整前后電阻不變，電極板之間的距離擴(kuò)大60 mm后，電導(dǎo)率相應(yīng)應(yīng)該調(diào)整為97 S·m-1。

3.2 減小帶鋼“抖動(dòng)”幅度

3.2.1 改進(jìn)電極板結(jié)構(gòu)

對(duì)于高速薄帶的電解清洗來(lái)說(shuō)，帶鋼“帶液”現(xiàn)象比較嚴(yán)重。尤其是對(duì)于電解槽來(lái)說(shuō)，如果電極板為整塊鋼板，那么帶鋼的“帶液”將反復(fù)沖擊電極板和帶鋼，導(dǎo)致帶鋼“抖動(dòng)”加劇。通過(guò)在電極板上加工規(guī)則排列的直徑為50 mm的圓孔(圖5)，可以大幅降低液體對(duì)電極板和帶鋼的沖擊，從而達(dá)到減小帶鋼抖動(dòng)的目的。

圖5 改進(jìn)后的電極板 Fig.5 Improved electrode plate

3.2.2 優(yōu)化清洗段張力

連退機(jī)組立式電解槽帶鋼行程較長(zhǎng)，速度又高，帶鋼的張力控制不穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致帶鋼跑偏和抖動(dòng)，解決辦法是對(duì)整個(gè)清洗段的張力進(jìn)行軟特性控制。由于清洗段距離過(guò)長(zhǎng)，清洗段入口的張力并不等于出口的張力[9]，而且清洗段刷輥擠干輥很多，清洗各段的張力無(wú)法通過(guò)直接控制，可以在電解兩個(gè)立式槽中間的2號(hào)轉(zhuǎn)向輥處(圖1)安裝一套張力計(jì)，用于檢測(cè)清洗段中部張力，為清洗段內(nèi)部張力優(yōu)化提供參考，而且可以增加此處失張與產(chǎn)線快停的連鎖條件，防止帶鋼在清洗段內(nèi)部斷帶。

帶鋼的抖動(dòng)幅度與帶鋼厚度、所處高度也有關(guān)系，帶鋼厚度越大，固有頻率越大，振幅越小。隨著帶鋼高度的增加，帶鋼的固有頻率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，振幅呈上升趨勢(shì)。可以根據(jù)不同厚度優(yōu)化張力系數(shù)(表1)，在清洗段升速?zèng)_套前，根據(jù)帶鋼厚度和清洗段運(yùn)行速度計(jì)算張力值，以減小帶鋼擺動(dòng)[10]。

表1 各區(qū)域張力系數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了連退線高速薄帶鋼通過(guò)立式電解清洗槽斷帶的原因，以及針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行的相應(yīng)改進(jìn)措施。實(shí)踐證明，通過(guò)上述的幾點(diǎn)措施可以有效的解決帶鋼與電極板刮蹭的問(wèn)題。自實(shí)施后至今再未發(fā)生類似的故障，大幅降低了清洗段斷帶停機(jī)時(shí)間，有效保證了帶鋼在清洗段穩(wěn)定高速的運(yùn)行。

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國(guó)內(nèi)首套復(fù)合盾構(gòu)機(jī)主軸承裝機(jī)下線

中鐵隧道集團(tuán)和洛軸強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合攻克行業(yè)難題

11月26日，我國(guó)首臺(tái)使用國(guó)產(chǎn)主軸承的再制造盾構(gòu)機(jī)在合肥順利下線。這標(biāo)志著，中鐵隧道集團(tuán)與洛陽(yáng)LYC軸承有限公司(下稱洛軸)聯(lián)合攻克盾構(gòu)機(jī)主軸承自主研制瓶頸，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)主軸承國(guó)產(chǎn)化，結(jié)束我國(guó)類高端軸承長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面。

盾構(gòu)機(jī)被廣泛用于城市軌道交通建設(shè)、鐵路及公路隧道工程、引水工程中。目前，大量盾構(gòu)機(jī)面臨性能下降嚴(yán)重、使用成本不斷增加甚至報(bào)廢的問(wèn)題，對(duì)其實(shí)施再制造，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是，盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件——主軸承制造技術(shù)，一直被國(guó)際少數(shù)知名軸承企業(yè)所壟斷，是盾構(gòu)機(jī)再制造的瓶頸。

2014年，中鐵隧道集團(tuán)開(kāi)創(chuàng)性采用科研+制造訂單式生產(chǎn)模式，與洛軸強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，充分發(fā)揮雙方各自優(yōu)勢(shì)，利用盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新平臺(tái)，聯(lián)手向盾構(gòu)機(jī)主軸承國(guó)產(chǎn)化發(fā)起沖擊。

“經(jīng)過(guò)攻關(guān)，我們?cè)谠牧显O(shè)計(jì)、軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理技術(shù)研究、精密制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及裝配技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)了突破，創(chuàng)立了原材料設(shè)計(jì)等6項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及盾構(gòu)機(jī)主軸承材料、加工、檢測(cè)等多項(xiàng)專用標(biāo)準(zhǔn)。”洛軸相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，此次下線的主軸承直徑2.6米，可以滿足直徑6米至7米的盾構(gòu)機(jī)連續(xù)工作1.5萬(wàn)小時(shí)以上。這說(shuō)明，我國(guó)已掌握盾構(gòu)機(jī)主軸承制造技術(shù)，打破了少數(shù)跨國(guó)公司的技術(shù)壟斷，為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)整機(jī)全面國(guó)產(chǎn)化邁出了關(guān)鍵的一步。

國(guó)家工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司綜合處處長(zhǎng)王孝洋，中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)蘇子孟，中鐵隧道集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)于保林、洛軸總經(jīng)理孫其林等出席了當(dāng)天再制造盾構(gòu)機(jī)下線儀式。

中鐵隧道集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)于保林表示，中鐵隧道較早進(jìn)入盾構(gòu)施工領(lǐng)域，目前保有各類全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)87臺(tái)套。該單位以恢復(fù)和提升原機(jī)性能為標(biāo)準(zhǔn)，在多年探索中形成了盾構(gòu)再制造“八步法”標(biāo)準(zhǔn)工作流程，制定了盾構(gòu)的檢測(cè)制度和標(biāo)準(zhǔn)，引入了專業(yè)設(shè)備監(jiān)理工作機(jī)制，有效地解決了“再制造標(biāo)準(zhǔn)”、“市場(chǎng)認(rèn)可”、“專業(yè)分包”、“部件檢查”等方面的問(wèn)題，成為國(guó)家認(rèn)可的盾構(gòu)再制造試點(diǎn)單位和行業(yè)主導(dǎo)企業(yè)。2016年，國(guó)家工信部明確了盾構(gòu)再制造試點(diǎn)單位，中鐵隧道集團(tuán)是唯一一家施工企業(yè)被列入盾構(gòu)再制造試點(diǎn)單位。

洛軸總經(jīng)理孫其林在致辭中表示，中鐵隧道集團(tuán)有限公司在此次CT006H盾構(gòu)機(jī)再制造中，敢于創(chuàng)新，勇于嘗試，突破了盾構(gòu)機(jī)再制造瓶頸，使用了由洛軸研發(fā)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)主軸承，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)及關(guān)鍵零部件的高端裝備再制造，對(duì)我國(guó)盾構(gòu)機(jī)再制造起到了很好的引領(lǐng)作用，同時(shí)也極大的促進(jìn)了盾構(gòu)主軸承的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。主機(jī)用戶與軸承制造企業(yè)協(xié)同研制的創(chuàng)新模式，也將為我國(guó)盾構(gòu)主軸承國(guó)產(chǎn)化工作起到示范帶動(dòng)作用。

Reasons and countermeasures for the belt break of the high speed thin strip in the electrolytic cleaning section

LIU Bing-Yang

(Shougang Jingtang United Iron & Steel Co., Ltd., Tangshan 063200, China)

It analyzed the reason of strip break while thin strip passing through the vertical electrolytic cell in a high speed,which increased the vibration of space allow by the transformation of electrode plate busbar without affecting the effect of electrolytic cleaning.It can also reduced the vibration of the strip by improving the electrode plate and optimizing the tension.

strip; high speed;electrolysis; electrode plate; belt break

( 洛軸 余柯)

二○一六年度《重型機(jī)械》廣告總目錄

序號(hào)廣告題錄索引期頁(yè)11易格斯〔上?！秤邢薰居糜隍?qū)動(dòng)技術(shù)的預(yù)裝配電纜1～2彩插12陜西多倫科技發(fā)展有限公司2,4彩插132016中國(guó)(上海)國(guó)際重型機(jī)械裝備展覽會(huì)3～5彩插14江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司4,5彩插15中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司及其研制的冶煉、連鑄、軋制、重型鍛壓和環(huán)保設(shè)備及其配套產(chǎn)品1～6彩插16中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司爐外精煉裝備研究所及其研制的真空精煉設(shè)備1～6彩插17中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司冶金裝備研究所及其研制的板坯、方坯連鑄成套設(shè)備1～6彩插18中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司板帶精整與處理研究所及其研制的金屬板帶軋制成套設(shè)備1彩插19中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司重型鍛壓裝備研究所及其研制的重型鍛壓設(shè)備1～6彩插20中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司管棒型材裝備研究所及其研制的管幫型材生產(chǎn)設(shè)備1～6彩插21中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司板帶軋制裝備研究所研制的各類板帶軋機(jī)、平整機(jī)1～6彩插22中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司信息與控制研究所及其自主開(kāi)發(fā)的電氣自動(dòng)化成套裝置和企業(yè)一體化系統(tǒng)1～6彩插23中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司環(huán)保與節(jié)能裝備研究所及其研制的環(huán)保設(shè)備1～6彩插24《重型機(jī)械》期刊之厚德載物2,4,6彩插25《重型機(jī)械》期刊理事會(huì)1～6彩插

2016-06-30；

2016-07-28

劉冰揚(yáng)(1991-)，男，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司助理工程師。

TG335.12

A

1001-196X(2016)06-0110-04