我國的鋁工業(yè)發(fā)展雖然起步晚，但隨著近些年大規(guī)模推進基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及工業(yè)進程的飛速發(fā)展，使得我國的鋁加工行業(yè)也在朝向著高精尖的方向不斷邁進。目前，鋁合金板材廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、汽車以及電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。隨著產(chǎn)品的應(yīng)用范圍不斷的擴大，用戶對于鋁合金板材的表面質(zhì)量的要求也日益提高，鋁加工行業(yè)的競爭也日趨激烈。鋁合金板材經(jīng)過軋制、拉伸以及沖壓等工序后，板材表面往往會存在軋制油等潤滑油的污染，如果不及時清洗去除油污，可能會在后續(xù)的工序中產(chǎn)生深褐色油斑，從而嚴重影響鋁板的產(chǎn)品外觀，甚至導致用戶退貨的情況發(fā)生。因此在目前完整的清洗拉矯機組生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，如何更好地利用現(xiàn)有設(shè)備以及更大程度地提高設(shè)備的清洗能力，使帶材表面質(zhì)量達到用戶的要求顯得尤為重要[1-2]。

本文對現(xiàn)階段天津忠旺鋁業(yè)有限公司的2350 mm鋁合金板材清洗拉矯機組的清洗段設(shè)備和清洗工藝進行生產(chǎn)觀察、實驗對比，然后對設(shè)備及工藝方案進行優(yōu)化改進，獲取更好的清洗效果從而提高帶材的表面質(zhì)量，同時優(yōu)化清洗段的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.   鋁合金板材清洗技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1   2350 mm清洗段主要設(shè)備及工作原理

2350 mm清洗拉矯機組清洗段主要包括預清洗槽、預清洗及高壓水噴淋循環(huán)水箱、高壓噴淋刷洗槽、堿洗槽、堿洗循環(huán)水箱、堿液配比系統(tǒng)、1#、2#、3#水漂洗槽、1#、2#、3#水洗循環(huán)水箱、邊部吹掃、熱風烘干和冷風干燥等。其生產(chǎn)過程示意圖如圖1所示。

圖  1  2350 mm清洗機組示意簡圖示意圖

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2350清洗拉矯機組主要有重卷、切邊、清洗、矯直四大功能，其工作方式為帶材通過上卷小車從鞍座上輸送入開卷機，帶材經(jīng)開頭機及五輥矯直機后經(jīng)入口夾送輥送入縫合機，與上一卷帶材尾部進行縫合后自動穿帶，然后經(jīng)過切邊后進入清洗系統(tǒng)。首先進入的是預清洗槽，水經(jīng)過離心泵從預清洗循環(huán)水箱進入預清洗槽，通過噴淋桿上均布的扇形噴嘴進行常壓水預清洗，然后經(jīng)過預清洗1#及2#擠干輥擠干帶材表面水分后進入高壓噴淋刷洗槽，高壓噴淋刷洗系統(tǒng)利用高壓往復泵將水加壓后送入高壓噴淋刷洗槽內(nèi)進行高壓沖洗，刷洗槽內(nèi)同時設(shè)有具備傳動的上、下刷輥，刷輥的旋轉(zhuǎn)方向與帶材運行前進的方向相反，作相對反向運動，從而達到清洗運動帶材的目的。經(jīng)過高壓噴淋刷洗然后進入堿洗水槽，堿液由計量泵打入堿洗循環(huán)水箱后，通過堿液配比形成合適的清洗濃度，從而對堿洗水槽內(nèi)板帶材進行堿洗，最后依次進入1#、2#和3#漂洗水槽，對帶材表面的殘余堿液進行沖洗。經(jīng)過三個漂洗水槽末端的擠干輥，將帶材表面的水分擠干后出水箱，經(jīng)過邊部吹掃裝置對表面的殘存水膜進行吹干后進入熱風爐進行徹底烘干，再通過冷風對其進行冷卻干燥處理避免其發(fā)生氧化。最后通過拉矯機進行板形矯正后經(jīng)出口轉(zhuǎn)向輥進入卷取機卷成整齊的鋁卷進入下一道生產(chǎn)工序。

1.2   目前的清洗工藝

鋁帶材在經(jīng)過冷軋等過程后殘留的軋制油以及附著在油污上的鋁粉等雜質(zhì)嚴重影響板材表面質(zhì)量，不能滿足下游產(chǎn)品廠家和客戶對于鋁板表面清潔度的要求。鋁加工行業(yè)現(xiàn)行的常用除油方法主要為高溫堿法化學去油以及有機溶劑去油[3]。目前清洗機組采用的是先進行預清洗加高壓噴淋刷洗去除帶材表面的大顆粒鋁屑以及附著在軋制油上的鋁灰粉等雜質(zhì)；然后進入堿洗槽中，利用堿液自動配比系統(tǒng)，根據(jù)測量堿洗循環(huán)回路中的電導率數(shù)值以及實際清洗效果來調(diào)整堿液配比濃度進行堿洗；最后進入三個水漂洗槽依次進行循環(huán)漂洗。

而清洗段目前采用的工藝是預清洗、高壓噴淋刷洗、堿洗以及漂洗的全部噴淋桿噴嘴打開，這樣容易導致由于流量增大而噴射壓力減小，板材出現(xiàn)部分清洗不干凈，殘留鋁灰泥及油印。同時邊部積水增多易使得板材運行出清洗段時邊部仍然帶水較多，如圖2所示。邊部吹掃加烘干不能完全徹底地對板面進行干燥處理，影響板面質(zhì)量，并且循環(huán)水回流的速度較慢時，水容易從溢流槽中溢出，影響生產(chǎn)線的整潔美觀。當帶材表面的帶油及鋁灰比較嚴重時，往往出現(xiàn)洗不干凈需要二次沖洗的情況，這樣也無形中增加了生產(chǎn)成本[4-5]。

圖  2  板材帶水情況

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2.   清洗技術(shù)改進措施

2.1   對預清洗及堿洗段的噴嘴數(shù)量進行改進

帶材的最大寬度是2350 mm，而預清洗箱及堿洗箱中噴淋桿邊緣的兩個噴嘴的位置寬度是2420 mm。預清洗箱中原有噴淋桿有16根，其中8根噴淋桿上均布12個扇形噴嘴，8根噴淋桿上均布11個扇形噴嘴，因此將預清洗原有邊緣2個噴嘴拆卸下來，共拆除32個噴嘴，同時用堵頭進行密封封堵以免壓力泄露。堿洗箱原有噴淋桿28根，其中14根噴淋桿上均布12個扇形噴嘴，14根均布11個扇形噴嘴，同樣將邊緣的2個噴嘴拆下，共拆除56個噴嘴，同樣進行堵頭密封。在線的噴嘴數(shù)量減少88個后，預清洗循環(huán)以及堿洗循環(huán)水流量相對減小，壓力相對增大，使得帶材表面可以清洗的更為干凈，拆下邊緣位置噴嘴，不影響正常板材清洗的同時也減少了帶材邊緣積水的情況，使得帶材離開清洗段進入烘干及干燥段時板面水分相對較少。

清洗段末端的三個漂洗水槽中的噴淋桿在帶材板面的上、下分布，噴嘴分別朝向板面向下、向上，與板面成90°分布。這樣清洗的積水不容易從板面流下進入循環(huán)水箱，同時板面的積水容易從1#水洗槽被運行中的帶材帶入2#和3#水洗槽中，導致2#和3#漂洗循環(huán)水箱的水量過大而時常溢出，而1#漂洗水循環(huán)箱的水量不斷減少，系統(tǒng)會判斷自動補水，增加了生產(chǎn)線水量的消耗。

將靠近水槽連接處擠干輥位置的兩組噴淋桿朝向進行更改，將1#、2#和3#水洗槽的1組、2組噴淋桿改向與機組運行方向相反方向45°（圖3），不僅可以減少帶材將循環(huán)水帶進下一個水洗槽的情況，而且同時節(jié)約生產(chǎn)線的耗水成本。

圖  3  噴淋桿朝向更改現(xiàn)場圖

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2.2   清洗工藝的改進

2.2.1   高壓往復式活塞泵的循環(huán)特性

生產(chǎn)線清洗段高壓噴淋刷洗循環(huán)系統(tǒng)采用的往復式活塞泵[6]，其耐壓性高，轉(zhuǎn)速范圍寬，傳輸效率較離心泵高，活塞泵的工況調(diào)節(jié)主要是改變壓力P和流量Q。調(diào)節(jié)壓力主要通過調(diào)節(jié)排出閥的開度大小來實現(xiàn)進入水槽的循環(huán)水壓頭的改變；而流量的調(diào)節(jié)需要通過改變電機的轉(zhuǎn)速。

生產(chǎn)線工作介質(zhì)是循環(huán)水，由于清洗后循環(huán)水中雜質(zhì)成分較多，調(diào)節(jié)排出閥則不好控制實際壓力的大小，容易使得高壓循環(huán)管路振動加劇，活塞泵的水流脈沖過大導致板材運行系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者過小導致泵的揚程不足，無法實現(xiàn)高壓沖洗。因此需要調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速匹配一個合適的壓力進行高壓沖洗。

對高壓往復泵進行電機轉(zhuǎn)速及壓力的對比實驗，結(jié)果如表1所示。

表  1  往復泵壓力對照實驗表

轉(zhuǎn)速/%	壓力/MPa	管路震動	板材震動	清洗效果
10	0.21	無	無	不佳
20	0.70	無	無	不佳
30	1.52	無	無	不佳
40	2.68	輕微	無	良好
50	4.12	輕微	無	良好
60	5.90	適中	輕微	良好
70	6.87	適中	輕微	良好
80	7.80	嚴重	適中	良好

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從表1中可以看出，當高壓往復泵電機轉(zhuǎn)速設(shè)定為70%時，管路壓力達到6.87 MPa，這時循環(huán)管路振動情況適中，板材受流量脈沖的影響較小，同時帶材系統(tǒng)運行平穩(wěn)，清洗效果尚佳。

2.2.2   清洗段循環(huán)泵特性調(diào)節(jié)

生產(chǎn)線清洗段除高壓噴淋刷洗采用的是高壓往復泵外，預清洗、堿洗以及三個漂洗循環(huán)均采用臥式單機離心泵，且均采用“一用一備”的方式并聯(lián)入循環(huán)系統(tǒng)。其中預清洗以及漂洗采用的是不可調(diào)速電機，堿洗采用的是可調(diào)速電機。

離心泵也同往復泵一樣，具有運行工況的特性曲線，泵在恒定轉(zhuǎn)速下，對應(yīng)于泵的每一個流量Q，也相應(yīng)對應(yīng)著一個確定的揚程H、效率η、功率n和必需的汽蝕余量。

泵運行過程中，為使泵運行在高效區(qū)或者穩(wěn)定區(qū)，需要對泵的工況點進行調(diào)節(jié)，而泵的實際工況點的改變途徑包括改變泵的特性曲線和裝置特性曲線調(diào)節(jié)。通過對預清洗循環(huán)泵和水漂洗循環(huán)泵進行恒轉(zhuǎn)速工況實驗，通過改變裝置來調(diào)節(jié)特性曲線，對比泵的特性。預清洗槽設(shè)置有8個入口手動球閥，分別關(guān)閉1個開啟7個；關(guān)閉2個開啟6個，以此類推進行循環(huán)泵特性實驗。根據(jù)預清洗水箱循環(huán)泵出口以及經(jīng)過換熱器后管路的壓力表讀數(shù)來進行分析（表2）。

表  2  預清洗循環(huán)泵特性實驗結(jié)果

在線噴淋桿數(shù)量/對	預清洗壓力（換熱器前/后）/MPa
	1#泵	2#泵
1	0.55/0.53	0.55/0.54
2	0.55/0.53	0.55/0.53
3	0.55/0.53	0.55/0.53
4	0.54/0.52	0.54/0.52
5	0.53/0.50	0.53/0.50
6	0.52/0.48	0.52/0.48
7	0.50/0.45	0.50/0.45
8	0.48/0.43	0.48/0.43

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從表2實驗結(jié)果可以看出，當泵的轉(zhuǎn)速恒定的情況下，關(guān)閉閥門減小流量的同時，1#泵及2#泵的出口壓力從0.48 MPa上升到0.55 MPa，經(jīng)過換熱器后壓力由0.43 MPa上升至0.53 MPa。

從表3實驗結(jié)果可以看出，調(diào)節(jié)泵的電機轉(zhuǎn)速，閥門的開關(guān)數(shù)量不變時，14對噴淋桿全部打開，壓力變化較為平緩，而當閥門總開關(guān)數(shù)量為7對打開，7對關(guān)閉時，壓力急劇增長，而當電機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的90%后，對于循環(huán)水壓力的增長幾乎沒有太大的影響。

表  3  堿洗循環(huán)泵特性實驗結(jié)果

電機轉(zhuǎn)速達 額定轉(zhuǎn)速的 比例/%	堿洗壓力 （換熱器前/換熱器后）/ MPa（14對噴桿）		堿洗壓力 （換熱器前/換熱器后）/ MPa（7對噴桿）
	1#泵	2#泵	1#泵	2#泵
10	0/0.015	0/0.016	0/0.010	0/0.011
20	0/0.015	0/0.016	0/0.010	0/0.011
30	0/0.031	0/0.033	0/0.030	0/0.032
40	0.04/0.065	0.04/0.068	0.04/0.070	0.04/0.071
50	0.10/0.100	0.10/0.105	0.12/0.118	0.12/0.120
60	0.16/0.140	0.16/0.150	0.18/0.174	0.18/0.180
70	0.20/0.190	0.22/0.200	0.25/0.242	0.26/0.252
80	0.26/0.240	0.28/0.260	0.33/0.320	0.34/0.331
90	0.29/0.270	0.34/0.310	0.42/0.410	0.44/0.423
100	0.29/0.270	0.35/0.320	0.52/0.510	0.54/0.526

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據(jù)此結(jié)果可知，在生產(chǎn)線的清洗段中，對于預清洗以及漂洗段，在來料板材表面的鋁灰及油污較多時，可以采用關(guān)閉若干組手動球閥，使得循環(huán)水的流量減小，而循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速恒定時，其壓力呈現(xiàn)平穩(wěn)增大的過程。而對于堿洗段，可以適當?shù)卦黾与姍C轉(zhuǎn)速，使循環(huán)泵的特性曲線向右上方移動，減小節(jié)流損失，保持高效率，且變速范圍不宜過大，最低轉(zhuǎn)速不宜小于額定轉(zhuǎn)速的50%，否則泵本身的效率明顯下降，耗電經(jīng)濟性差。

3.   結(jié)束語

設(shè)備改進方案以及工藝優(yōu)化已在天津忠旺冷軋一廠2350 mm鋁板帶清洗拉矯機組的調(diào)試階段完成，現(xiàn)清洗工藝穩(wěn)定。在設(shè)備改造和工藝改進之后，鋁板表面清潔度顯著提高，鋁灰殘留以及軋制油斑減少，成品率提升，使得機組清洗效果以及機組運行有了較大改善，同時生產(chǎn)效率也得到提高，節(jié)能減耗成果顯著，為企業(yè)創(chuàng)造出較為可觀的經(jīng)濟效益，也對未來鋁合金清洗生產(chǎn)線的技術(shù)研究開發(fā)具有積極意義。

來源：金屬世界