iBox酸洗技術(shù)在攀鋼2030 mm冷軋酸洗機組中的應(yīng)用

文/徐海斌 攀鋼集團西昌鋼釩公司裝備部 四川西昌 615032

隨著冷軋生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新以及用戶對冷軋產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,從 20世紀(jì)70年代后期開始，世界各國新建的冷軋板生產(chǎn)線普遍采用了鹽酸酸洗技術(shù)。鹽酸酸洗技術(shù)主要分為深槽酸洗技術(shù)、淺槽酸洗技術(shù)和紊流酸洗技術(shù)等,目前世界流行的是紊流酸洗技術(shù)。近年來，日本三菱日立公司又推出了自主研發(fā)的iBox酸洗技術(shù)，與紊流酸洗技術(shù)相比各有千秋，處于同一技術(shù)層面，在應(yīng)用效果上具有可比性。

攀鋼2030 mm冷軋項目是攀鋼集團在西昌地區(qū)建設(shè)釩鈦資源綜合利用項目配套建設(shè)的產(chǎn)品深加工項目，主要生產(chǎn)高檔汽車用板、高級家電用板和汽車用高強鋼,設(shè)計年產(chǎn)能為210 萬t。為滿足生產(chǎn)需要，在酸洗段采用了iBox酸洗技術(shù)。本文以攀鋼2030 mm冷軋項目PL-TCM機組為例，介紹了iBox酸洗技術(shù)在冷軋酸洗段的應(yīng)用情況，并對iBox酸洗技術(shù)與紊流酸洗技術(shù)進行了對比。

1、酸洗工藝段簡介

1.1 工藝描述

酸洗入口帶鋼通過1#張力輥、糾偏輥、入口活套、拉矯機、2#張力輥進入酸洗工藝段。為了防止帶鋼在活套內(nèi)跑偏，活套入口、中心、出口區(qū)域都配有糾偏輥，拉矯機主要是為了破除來料帶鋼表面的氧化鐵皮，有效增加酸洗效果，拉矯機和入口活套內(nèi)張力通過控制1#、2#張力輥速度差建立。

酸洗工藝段包括3級酸洗槽、4級漂洗槽、烘干槽，酸洗技術(shù)采用三菱日立公司最先進的iBox技術(shù)，酸槽內(nèi)的帶鋼張力通過酸槽內(nèi)的張力計檢測，有效保證了酸槽內(nèi)的帶鋼張力穩(wěn)定，防止過酸洗。漂洗槽分為四段，采用蒸汽冷凝水的設(shè)計以減少表面殘氯及節(jié)省能源。用抑制劑來防止帶鋼表面的過酸洗。當(dāng)機組長期停機或者檢修停機，酸液將打回酸循環(huán)罐，機組恢復(fù)運行后酸液重新打回酸槽。酸洗后的帶鋼經(jīng)過4#張力輥進入酸洗出口活套、圓盤剪到達酸洗出口區(qū)域。

1.2 酸槽（iBox）介紹

⑴ 攀鋼2030 mm冷軋廠酸洗工藝段有3個酸槽，每個酸槽長30 m，被中間的小壩分為5個小的隔間，三個酸槽采用同樣的設(shè)計，酸槽布置于拉伸矯直機出口側(cè)，酸洗系統(tǒng)采用非連續(xù)循環(huán)模式供酸，相比連續(xù)酸循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效降低操作和維護成本。從酸再生來的酸液從出口側(cè)向入口側(cè)溢流。酸槽布置簡圖見圖1。

圖1 酸槽布置簡圖

⑵ 為了降低操作和維護成本，獲得最好的酸洗效果和最低的成本，工藝段采用了浸沒式酸槽技術(shù)(iBox)。通過先進的iBox技術(shù)，帶鋼不再通過酸泵的噴射形成紊流，而是通過帶鋼的運動產(chǎn)生，從而用較短的酸槽達到最佳的酸洗效果。酸槽通過帶鞍座的低壩分成三段，低壩形成單獨的空間和帶鋼需要的懸垂度。懸垂度通過控制張力進行調(diào)節(jié)。

⑶ 每段酸槽的出口側(cè)通過擠干輥減小帶鋼表面殘余的酸液，有效的保證了每段酸槽酸液濃度的穩(wěn)定性。當(dāng)需要帶鋼倒帶或防止酸液溢流，在1#酸槽前設(shè)置有一段預(yù)清洗槽。

2、iBox酸洗技術(shù)工作原理及設(shè)備

iBox酸洗技術(shù)與其它的酸洗方式不同, 它沒有了酸槽和酸罐之間的酸循環(huán)，酸液由通入酸槽內(nèi)的蒸汽管道直接加熱，蒸汽管道為涂有特氟龍涂層的鋼管。在保證酸洗質(zhì)量的同時能夠減少酸槽的長度，同時降低能量的損耗和設(shè)備裝機數(shù)量。iBox酸洗技術(shù)是在每段酸槽中安裝了4個設(shè)有隔斷輥和鞍座的“盒子”，“盒子”的材質(zhì)為FRP。當(dāng)帶鋼在充滿酸液的槽體中運動時，就會在由隔斷輥和鞍座形成的多個腔體中形成酸液紊流狀態(tài)，達到清洗熱軋帶鋼的目的。酸液循環(huán)方式為：由3#酸槽向2#酸槽溢流，再由2#酸槽向1#酸槽溢流，然后從1#酸槽流入1#段儲酸罐中，通過酸泵打入酸再生站處理生成再生酸至再生酸罐，由泵供至3#酸槽內(nèi)。在每段酸槽內(nèi)的底部設(shè)有材質(zhì)為Teflon的管式加熱系統(tǒng)，用來加熱酸液達到工藝所需溫度。3個酸槽的下方設(shè)有3個儲酸罐，作用是當(dāng)機組較長時間停機時，用來儲存酸槽中排出的酸液，當(dāng)機組恢復(fù)生產(chǎn)時，酸液由每個儲酸罐所配置的酸泵打入酸槽中。儲酸罐所配置的酸泵的作用是將儲酸罐中的酸液打入槽內(nèi)。iBox槽和儲酸罐的溫度、濃度、液位、流量等參數(shù)的檢測和控制流程圖[1]見圖2。

圖2 儲酸罐/iBox槽控制流程圖

3、iBox酸洗技術(shù)介紹

3.1 iBox槽內(nèi)酸濃度計算及控制

iBox槽內(nèi)安裝有酸液濃度檢測和控制元件：電導(dǎo)率計和重度計, 經(jīng)過比值器對測得的酸液電導(dǎo)率和酸液密度進行比較計算后,再經(jīng)過溫度補償計算得出在線酸液濃度[2]，其計算公式如下：

式中, CHCL和FeCL2分別為HCl和FeCL2的濃度,為測量的密度值, L為測量的電導(dǎo)率值 , a1、a6、b1、b6為常數(shù)。

將此計算值與離線式酸濃度儀采集的酸濃度的樣本進行比較,經(jīng)過線性分析等模型處理,從而得到HCl和FeCL2的實際濃度。根據(jù)計算出的濃度值調(diào)節(jié)酸再生到3#酸槽的再生酸流量調(diào)節(jié)閥的開口度,從而對酸槽內(nèi)酸液濃度進行調(diào)節(jié)。

3.2 iBox酸洗技術(shù)參數(shù)比較

3.2.1 日本三菱

三菱的iBox酸洗實驗始于1991年，在JFE的千葉工廠(Chiba works NO.4 PL)進行。酸洗生產(chǎn)線采用深槽式酸洗工藝，共有4個酸槽，每個槽長度20 m。實驗將NO.2號酸槽進行了改造，加入了iBox。為了使實驗結(jié)果更明顯，事先模擬好了兩個條件：①前三個酸槽用了75 ℃的酸液，4號槽用50 ℃的水；②酸液濃度處于HCL濃度低，F(xiàn)eCL2濃度高的狀態(tài)。在這兩種模擬的條件下，達到了99%酸洗效果時的最大酸洗速度。實驗條件見表1。

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在實驗過程中，用了4種低溫卷取材料（SPHC）和3種高溫卷取的材料（KTV-X）進行了生產(chǎn)實驗，檢測收集達到99%酸洗效果時的最大酸洗速度，不同鋼種采用深槽和iBox時達到的最大酸洗速度對比見表2。

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從表2可以得出，如果將3個深槽中的1個改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高35%，如果將3個深槽全部改為iBox槽，最大酸洗速度可以提高1倍。這說明iBox的酸洗效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于深槽酸洗。

3.2.2 日本住友金屬

日本住友金屬鹿島制鐵所的iBox酸洗生產(chǎn)線共有3個酸洗槽，NO.2和NO.3酸槽改為iBox酸槽，NO.1酸槽是普通的槽體，里面沒有設(shè)置iBox槽，不把NO.1酸槽改為iBox酸槽的原因是：NO.2和NO.3酸槽改為iBox槽后，再加上普通的NO.1酸槽就完全能夠滿足產(chǎn)能需要，沒有必要再將NO.1酸槽改造為iBox槽?，F(xiàn)有深槽酸洗線和新的iBox酸洗線主要參數(shù)對比見表3。

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住友金屬在2KCM酸洗改造前考慮到其在河歌山的MDS噴流酸洗存在酸循環(huán)系統(tǒng)維護難度大、維護工作量大、故障率高及備件消耗較多等問題，因此，最終選擇了iBox酸洗。

3.2.3 西昌項目PL-TCM機組與其它類似的PL-TCM機組的對比

攀鋼西昌2030 mm冷軋項目PL-TCM機組采用iBox酸洗技術(shù)，與其它類似的PL-TCM機組的對比如表4所示。

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從表中可以看出，攀鋼西昌PL-TCM機組酸洗時間為23.1s，大于廣鋼JFE的21.6s，而iBox的最短酸洗時間為18 s。所以，產(chǎn)量和表面質(zhì)量都得到了有力的保證。

3.3 技術(shù)特點

⑴ 帶鋼在酸槽運行時的張力大小與噴流酸洗基本相同，所以不需要垂度控制。它與淺槽酸洗技術(shù)相比的優(yōu)點是：無垂度控制，控制方面更簡單，而且跑偏的幾率大大減小。

⑵ iBox酸洗技術(shù)形成紊流的方式為：通過在每段酸槽中設(shè)置隔斷輥和鞍座，使得帶鋼在充滿酸液的槽體中運動時，就會在由隔斷輥和鞍座形成的多個腔體中形成酸液紊流?！癷Box”酸洗的紊流程度高，酸洗效率大于等于紊流酸洗。

⑶ iBox酸洗技術(shù)的酸液循環(huán)過程不同于噴流和紊流酸洗技術(shù)，具體過程如下：酸液從酸再生過來后直接加入3#酸槽，3#酸槽充滿后酸液向2#酸槽溢流，2#酸槽充滿后酸液向1#酸槽溢流，在1#酸槽末端靠高位溢流流入酸液收集罐，再由泵從收集罐抽出送到酸再生站的廢酸罐中，在酸再生站處理生成再生酸至再生酸罐，由再生酸泵供至3#酸槽。

⑷ iBox酸洗技術(shù)的酸液加熱也有自己的特色，不是通過往常的石墨加熱器來加熱，而是在酸罐和酸槽內(nèi)底部都設(shè)置加熱環(huán)形管路系統(tǒng)，用來加熱酸液溫度。這樣可以避免部分熱量的損失。根據(jù)每個槽需要的溫度不同，1#酸槽中的加熱環(huán)形管路數(shù)量要比2#、3#酸槽多一些。

⑸ 3個酸槽下設(shè)有3個儲酸罐，作用是當(dāng)機組較長時間停機時，用來儲存酸液的，當(dāng)機組生產(chǎn)時由每個儲酸罐所配置的酸泵將罐中酸液供至酸槽中，該泵唯一的作用就是將儲酸罐中的酸液打入槽內(nèi)。

3.4 技術(shù)優(yōu)勢

⑴ 節(jié)能是iBox酸洗技術(shù)最大的優(yōu)勢，酸液的紊流是依靠帶鋼運行的動能來帶動酸液流動，酸液則在特殊設(shè)計的隔斷輥和鞍座間產(chǎn)生的腔體中流動來形成紊流。這不同于噴流和紊流酸洗工藝段依靠供料泵、噴射梁提供給酸液動能使其產(chǎn)生紊流。iBox酸洗技術(shù)較紊流酸洗技術(shù)節(jié)約電耗約6倍。

⑵ iBox酸槽和酸槽之間是無擠干輥設(shè)計（僅在整段1#酸槽的入口、3#酸槽的出口設(shè)計了擠干輥），降低了擠干輥維護量。同時由于酸槽間無擠干輥，槽體密封性更好了。

⑶ 加熱器內(nèi)置于酸罐和酸槽中，加熱能力和效率較高。加熱器采用PTFE特殊材質(zhì)制造，外形采用了迷宮式設(shè)計，采取了合理的固定方式固定在槽中。不但使用壽命長，而且避免了以往采用石墨加熱器頻繁發(fā)生的堵塞事故。

⑷ 由于iBox酸洗技術(shù)取消了復(fù)雜的酸液加熱循環(huán)系統(tǒng)，利用帶鋼運行的動能來產(chǎn)生酸液紊流，故現(xiàn)場設(shè)置的供酸管道僅在為酸槽供酸時才投入使用，間歇工作，并且壓力相對較低，整個工藝段的酸液循環(huán)系統(tǒng)泄漏點大大減少，現(xiàn)場工作環(huán)境得到有效改善。

⑸ iBox酸洗技術(shù)取消了復(fù)雜的酸液加熱循環(huán)系統(tǒng)，所以與常見的噴流式酸洗不同，泵和管道的數(shù)量較少而且是間歇式使用，這使得泵和管道的使用壽命相應(yīng)延長，這樣不但備件費用大幅度降低，而且故障率低機組運行更加穩(wěn)定，以前噴流酸洗酸液循環(huán)系統(tǒng)的維護難度高、維護量大、維護時間長的問題也得到了妥善解決。

結(jié)語：

iBox酸洗技術(shù)在攀鋼2030 mm冷軋廠酸軋機組中應(yīng)用后，不僅減少了酸洗工藝段設(shè)備的布置量和備件量，減少了設(shè)備維護，而且提高了生產(chǎn)中過程中帶鋼的酸洗效率，達到了節(jié)能降耗及環(huán)保的目的，大大降低了冷軋廠的投資以及建成后的維護成本。