不銹鋼帶材脫脂線復(fù)絲刷輥的研究

王向宇

（山西太鋼不銹鋼精密帶鋼有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

不銹鋼帶材在冷軋過(guò)程中，出于工藝上的需要，通常使用軋制油作為潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑在經(jīng)過(guò)刮油輥除油后會(huì)在帶鋼表面留下一層油膜，這層油膜在經(jīng)過(guò)光亮退火爐進(jìn)行退火時(shí)，因加熱分解會(huì)出現(xiàn)滲碳的現(xiàn)象，影響帶鋼的退火性能和表面處理效果。同時(shí)，油膜被分解后會(huì)對(duì)退火氣氛造成較大的影響，爐內(nèi)氫氣的露點(diǎn)和氧含量會(huì)升高，造成帶鋼退火后氧化。因此帶鋼在進(jìn)行退火前需進(jìn)行脫脂處理，脫脂處理主要工序包括堿液噴淋、電解、脫脂刷洗、清水漂洗等。

2 脫脂原理

2.1 化學(xué)脫脂

利用堿液脫脂劑的皂化作用和乳化作用，通過(guò)潤(rùn)濕、滲透、卷離、分散和增溶的方式，破壞帶鋼表面油膜，去除油脂。

2.2 物理脫脂

主要針對(duì)鋼帶表面殘留鐵錫磷等金屬屑和殘留的油脂，利用高速旋轉(zhuǎn)的刷輥對(duì)帶鋼表面進(jìn)行刷洗，同時(shí)在刷洗部位噴淋堿液，潤(rùn)滑刷洗表面，同時(shí)沖洗掉刷洗下來(lái)的表面油泥狀污染物。帶鋼表面油膜在經(jīng)過(guò)前述堿液噴淋和浸泡工序后已經(jīng)軟化，且部分脫離，在經(jīng)過(guò)刷洗工序時(shí)，油膜被徹底破除，同時(shí)，帶鋼微觀表面內(nèi)部殘留的金屬屑也能夠被有效清除。

3 單絲刷毛與復(fù)絲刷毛優(yōu)缺點(diǎn)分析

單絲刷毛一般為尼龍材質(zhì)，刷絲直徑在0.3～0.5mm。此直徑的刷絲在應(yīng)對(duì)較光滑的不銹鋼表面的刷洗時(shí)，有良好的效果，但較高粗糙度的不銹鋼在微觀表面內(nèi)部容易殘留軋制產(chǎn)生的金屬屑，尤其是高磁性不銹鋼很容易吸附這種金屬屑，而單絲刷毛因刷絲較粗，很難清洗掉溝壑內(nèi)部碎屑，刷洗效果較差。

單絲刷毛在降低刷絲直徑后，刷毛自身的支撐力較差，同樣刷洗力下壓下量較大，清洗效果不好，刷毛端部容易被磨斷，使用壽命低。增加刷毛直徑可以獲得很好的支撐力，能夠保持刷絲端面對(duì)帶鋼的刷洗效果，但是大直徑的刷毛會(huì)對(duì)精密不銹鋼表面造成輕微的劃傷。

復(fù)絲刷毛直徑為1.2～1.5mm，由4000根以上直徑為0.02mm的單絲刷毛集合而成，在刷毛主體材料圓周面上，將公定含水率為聚酰胺纖維3倍以上的特種纖維以螺旋狀纏繞設(shè)置，并使用特種樹脂進(jìn)行固化，以提升刷毛主體支撐強(qiáng)度。在復(fù)絲的末端，分支成無(wú)數(shù)個(gè)單絲，常規(guī)狀態(tài)下，復(fù)絲為集合狀態(tài)，在刷毛端部受力并處于水的環(huán)境下，復(fù)絲散開。復(fù)絲刷毛為集合型式，強(qiáng)度高，支撐力好，較高的刷洗支撐力為端部提供了良好的研磨能力，刷毛的尖部能夠最大限度發(fā)揮刷洗力，保證刷洗效果。復(fù)絲刷毛對(duì)各種粗糙度表面都有十分良好的適應(yīng)性，能夠?qū)羡謨?nèi)的油脂清洗的比較徹底，很好的提升刷洗效果，如圖1。

圖1 復(fù)絲刷毛的刷洗效果

一般情況下，精密不銹鋼表面粗糙度在Ra0.13～0.16左右，這種光滑的表面溝壑小，單絲刷毛很容易清洗。而部分特殊品種的精密不銹鋼粗糙度在Ra0.19～0.21左右，表面粗糙度提升以后，0.3～0.5mm直徑的單絲刷毛，對(duì)鋼帶深層清洗效果較差，溝壑內(nèi)的臟物和油脂很難清洗干凈。

4 復(fù)絲刷輥設(shè)備功能參數(shù)與刷洗工藝

4.1 刷毛密度

刷輥密度指單位面積內(nèi)自然狀態(tài)下刷毛的數(shù)量與完全壓緊狀態(tài)下刷毛數(shù)量的比值，一般用專業(yè)儀器來(lái)測(cè)量。刷毛密度的增加可以提高單位時(shí)間內(nèi)帶鋼表面的刷洗量，脫脂效果與刷毛密度成正相關(guān)關(guān)系。單絲刷毛密度能夠達(dá)到65%～75%，復(fù)絲刷毛因直徑較大，密度一般能夠達(dá)到60%左右。實(shí)際應(yīng)用中，為保證刷洗效果，刷毛密度應(yīng)至少達(dá)到50%。

4.2 刷輥轉(zhuǎn)速

刷輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在合理區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速低于900rpm以下，清洗效果會(huì)明顯下降，帶鋼表層深處的金屬屑很難徹底清除。一般情況下如果轉(zhuǎn)速達(dá)到900～1200rpm，帶鋼運(yùn)行速度（生產(chǎn)速度）可以達(dá)到60～100m/min，而轉(zhuǎn)速在500～700rpm左右時(shí)，帶鋼運(yùn)行速度要維持在35～45m/min之間，才能保證良好的脫脂效果。有研究表明，轉(zhuǎn)速增加10%，刷洗后帶鋼表面清潔度可以增加5%～6%。

4.3 脫脂液潤(rùn)滑

在刷洗過(guò)程中，應(yīng)在刷輥的工作部位即帶鋼表面噴射高壓脫脂液，脫脂液除起到脫脂作用外，還起到刷洗的潤(rùn)滑和冷卻作用。否則高速旋轉(zhuǎn)的刷輥會(huì)對(duì)帶鋼表面造成嚴(yán)重的劃傷，同時(shí)，干摩擦?xí)?dǎo)致刷毛溫度升高，端部熔化。如圖2。

圖2 潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的刷毛端部熔化

脫脂液的噴淋一般以扇形噴嘴進(jìn)行噴射，對(duì)于精密不銹鋼的刷洗，一般情況下，每隔200～250mm應(yīng)布置一個(gè)噴嘴，噴嘴的噴射角度需在95°～115°，同時(shí)，噴嘴的噴射扇形面應(yīng)錯(cuò)開位置，防止噴射的堿液互相干涉，影響噴淋壓力和潤(rùn)滑效果。噴嘴間隔大于250mm時(shí)，應(yīng)通過(guò)增加噴嘴流量和噴射角度，來(lái)使得噴射扇形面之間有50%以上的重合度，這樣才能保證良好的潤(rùn)滑效果。噴嘴的噴射方向應(yīng)沿著刷輥刷洗部位的切向方向噴入，一般噴射角度控制在25°左右最為合理。

同時(shí)，噴射速度和噴射流量應(yīng)盡可能加大，一是保證良好的刷洗效果，大量的堿液能夠?qū)⑺⑾聪聛?lái)的油泥污染物和金屬屑及時(shí)帶走，二是大流量的堿液能夠起到良好的潤(rùn)滑和冷卻作用，以900rpm刷輥轉(zhuǎn)速、60m/min帶鋼運(yùn)行速度為例，應(yīng)至少保證每100mm刷面有5L/min的堿液噴射流量。

4.4 脫脂液溫度

溫度低于65℃，堿液活性較差，且易高濃度下易結(jié)晶。溫度超過(guò)80℃，堿液活性也會(huì)降低，并且維持高溫的運(yùn)行成本會(huì)急劇增加。以Henkel P3 T7221,3%溶液為例，它發(fā)揮最好活性的溫度范圍為70～80℃。

4.5 刷輥壓下量

刷輥壓下量一般保持在2～3mm左右，這樣的壓下量可以保證刷毛略有傾斜，但刷毛本體仍保持良好的支撐力。如果壓下量過(guò)小，刷洗效果差，壓下量過(guò)大，刷毛頂部變形嚴(yán)重，容易被折斷或者磨斷，使用壽命降低。

刷輥的壓下量控制一般采用恒定壓下力控制模式，通過(guò)刷輥控制電機(jī)的電流反饋值來(lái)進(jìn)行閉環(huán)控制。以400mm直徑刷輥、5kW控制電機(jī)為例，刷輥壓下量與傳動(dòng)電機(jī)電流成正比關(guān)系，每增加0.7mm壓下量，電流增加1A。由此可見，壓下量與電流有著很好的線性關(guān)系，因此實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)傳動(dòng)電機(jī)的電流反饋值能夠精準(zhǔn)的控制刷輥的壓下量。

4.6 刷輥直徑和刷毛長(zhǎng)度

刷毛長(zhǎng)度宜控制在40～55mm，超過(guò)55mm長(zhǎng)度的刷毛根部的支撐力非常差，且刷輥刷毛的安裝為向外輻射型式，這就導(dǎo)致刷毛如果太長(zhǎng)，會(huì)降低刷毛端部的密度，從而影響刷洗效果。刷輥的直徑宜大于400mm，一是減少刷輥的磨損，提升使用壽命，同時(shí)，大直徑尺寸的刷輥可以保證同等壓下量狀態(tài)下，刷輥與帶鋼表面有更大的接觸面積。在使用過(guò)程中，刷毛長(zhǎng)度會(huì)因磨損逐漸減小，但刷輥直徑應(yīng)保持在300mm以上，低于300mm應(yīng)及時(shí)更換刷輥。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）單絲刷毛直徑過(guò)小，根部支撐力不夠，無(wú)法起到良好的刷洗效果；直徑過(guò)大，會(huì)造成帶鋼表面的劃傷，且?guī)т撐⒂^表面凹槽內(nèi)的金屬屑無(wú)法徹底清洗。復(fù)絲刷毛能夠克服這兩種缺點(diǎn)，對(duì)不銹鋼帶材的脫脂刷洗有良好的效果。

（2）刷輥轉(zhuǎn)速、壓下量、堿液噴射角度和流量、刷毛長(zhǎng)度和刷輥直徑等設(shè)備和工藝參數(shù)對(duì)復(fù)絲刷毛的刷洗效果有明顯的影響。