段明南,徐江華,王 超

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.中央研究院,上海 201999; 2.冷軋廠,上海 201900)

1 概述

熱軋帶鋼在高溫熱軋、卷取及冷卻過程中會發(fā)生表面氧化,在表面形成一層氧化鐵皮(俗稱鱗皮),熱軋帶鋼在進入后續(xù)處理工序(如冷軋)之前,必須將表面鱗皮清除干凈(即除鱗),否則會直接影響后續(xù)的處理效果,損壞軋輥并影響冷軋板表面質(zhì)量。酸洗是目前應用最廣的除鱗工藝,酸洗除鱗效率高,生產(chǎn)速度快,但酸洗存在酸霧排放、工作環(huán)境惡劣、投資維護成本高等問題,同時酸洗又存在欠酸洗、過酸洗和停車斑跡等工藝缺陷[1]?；诖?寶鋼從2009年開始著手開發(fā)BMD工藝(Baosteel Mechanical Descaling technology,簡稱BMD工藝),該工藝采用水+磨料顆粒的混合射流方式,通過射流介質(zhì)在金屬表面的持續(xù)擊打、磨削而實現(xiàn)除鱗[2]。

如圖1所示:A為混合射流噴射系統(tǒng),B為介質(zhì)回收系統(tǒng),C為過濾系統(tǒng),D為供砂系統(tǒng)。具體工藝流程如下:

(1) 噴射系統(tǒng)接收來自過濾系統(tǒng)與供砂系統(tǒng)的水和磨料兩種介質(zhì),在其內(nèi)進行快速混合并發(fā)射,向目標板面擊打、磨削,實現(xiàn)目標板面鱗皮的快速清除。

(2) 介質(zhì)回收系統(tǒng)將除鱗后的磨料顆粒、鱗皮粉末、磨料破碎后的細小粉末、水體等一并收集,快速實現(xiàn)水、砂分離,實現(xiàn)兩類介質(zhì)的處理回用。

(3) 過濾系統(tǒng)快速對動態(tài)水體進行懸浮物的收集、輸出,同時將處理后的潔凈水體輸送至噴射系統(tǒng)的各用水點,實現(xiàn)水體的回收利用。

(4) 供砂系統(tǒng)對輸入的磨料顆粒進行快速的選粒、清理雜物、體量檢測與動態(tài)補充,并動態(tài)輸送至噴射系統(tǒng),實現(xiàn)磨料顆粒的回收利用。

將BMD技術(shù)投入大生產(chǎn)實踐,于2017 年底完成首條BMD 商業(yè)化機組建設。在大生產(chǎn)初期,BMD產(chǎn)線除鱗后的BMD板表面質(zhì)量以及產(chǎn)量均未達到預期效果。通過對噴射系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)以及過濾系統(tǒng)的工藝控制優(yōu)化以及生產(chǎn)操作的優(yōu)化,實現(xiàn)了BMD產(chǎn)品大生產(chǎn)的穩(wěn)定高效以及產(chǎn)品表面質(zhì)量的優(yōu)良。

2 BMD產(chǎn)品穩(wěn)定大生產(chǎn)的工藝控制措施

2.1 優(yōu)化噴射單元發(fā)射器的噴射角度

噴射單元發(fā)射器的噴射角度決定了全板寬范圍內(nèi)的熱軋帶鋼除鱗效果。BMD產(chǎn)線的熱軋來料的寬度范圍為1 200～1 800 mm。如果噴射角度設置不合理,寬料的邊部除鱗效果不佳,會導致全板寬的除鱗均勻性不達標。通過生產(chǎn)實踐,優(yōu)化出對應不同寬度范圍來料的噴射角度設定,如表1所示。

表1 發(fā)射器的噴射角度參數(shù)Table 1 Injection angle of transmitter

2.2 優(yōu)化發(fā)射器電動機速度

BMD噴射單元共有8臺驅(qū)動電動機,在介質(zhì)供應狀態(tài)相同時,電動機轉(zhuǎn)速決定除鱗效果及成品粗糙度。發(fā)射器電動機需按照設定值的方式停運,以保證發(fā)射器系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定性,確保在某些特殊工況時即使頻繁啟停仍然無故障產(chǎn)生。通過生產(chǎn)實踐以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化出發(fā)射電動機的合理運行參數(shù),如表2所示。

表2 發(fā)射器電動機的速度參數(shù)Table 2 Speed parameters of drive motor of transmitter %

2.3 優(yōu)化介質(zhì)供應速度及流量范圍

BMD介質(zhì)供應系統(tǒng)設有1號輸送裝置、2號輸送裝置及3號輸送裝置。其中,1號、3號輸送裝置實現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)的水平轉(zhuǎn)運,2號輸送裝置將介質(zhì)從底部動態(tài)輸送至一定高度位置,從而確保介質(zhì)的持續(xù)循環(huán)、BMD系統(tǒng)的持續(xù)運行。

當介質(zhì)供給參數(shù)達到工藝標準時,發(fā)射器才能夠持續(xù)穩(wěn)定地實現(xiàn)有效除鱗。介質(zhì)供給的流量調(diào)整是由輸送系統(tǒng)的流量、混合介質(zhì)的流速等決定的。通過持續(xù)的生產(chǎn)實踐跟蹤與數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化出BMD系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的介質(zhì)供應技術(shù)參數(shù),如表3所示。

表3 優(yōu)化后的介質(zhì)供應系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)Table 3 Technical parameters of optimized sand supply system

2.4 穩(wěn)定生產(chǎn)控制和節(jié)能控制

在BMD系統(tǒng)運行初期,發(fā)現(xiàn)發(fā)射電動機、介質(zhì)輸送電動機以及泵組電動機的運行出現(xiàn)異常時,會造成介質(zhì)流速不穩(wěn)定、極端工況下會擁塞在管道內(nèi)等故障。其中,泵組的作用是將系統(tǒng)水體輸送到指定的用水點,保證系統(tǒng)中不同的介質(zhì)箱體中的混合體濃度達到合理范圍,從而確保發(fā)射器的穩(wěn)定、有效工作。另外,通過生產(chǎn)運行發(fā)現(xiàn)BMD系統(tǒng)在某些工況的電耗相對較高等等。為解決上述諸多問題,特制定了相應的控制措施:針對性設計開發(fā)了一種穩(wěn)定生產(chǎn)的控制方法,其控制流程如圖2所示。通過生產(chǎn)操作過程的摸索,設計了在非除鱗狀態(tài)下快速安全的停機方法,有效解決了在需要頻繁啟停時的電耗升高的問題,該節(jié)能控制的具體流程如圖3所示。

2.5 BMD產(chǎn)線的工藝數(shù)據(jù)采集

如圖4所示,在BMD商業(yè)機組的基礎自動化系統(tǒng)中,增加生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)FDAA。FDAA是一套基于PC的過程數(shù)據(jù)自動采集、過程數(shù)據(jù)自動記錄處理的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它不但能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)加工過程數(shù)據(jù)的采集、傳遞、監(jiān)測,而且對于現(xiàn)場采集的過程數(shù)據(jù)可以進一步進行離線分析,為發(fā)生故障后的分析診斷提供有利的依據(jù)[3]。通過FDAA,將BMD噴射、供砂、過濾回收等系統(tǒng)中的各設備運行參數(shù)及BMD產(chǎn)線的所有工藝參數(shù)進行實時保存。針對不同規(guī)格的BMD產(chǎn)品,分析了BMD產(chǎn)線的帶鋼運行速度、發(fā)射器電動機速度等FDAA數(shù)據(jù)與除鱗效果的關系。通過數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化了噴射系統(tǒng)及其他模塊的實際工藝參數(shù)。

3 BMD產(chǎn)品的表面質(zhì)量控制

3.1 大生產(chǎn)中的BMD板表面清洗技術(shù)

在BMD產(chǎn)線中,除鱗后的帶鋼表面水分和殘余粉末需要及時清除,為此增設沖洗與吹掃單元。其中,沖洗單元以水為介質(zhì)通過加壓實現(xiàn)在線沖刷,吹掃單元通過一定壓力的空氣實時清除表面殘水。

當鋼卷為寬規(guī)格且高速除鱗時,前期采用的沖洗梁,其對表面殘余粉末去除效果不佳,尤其在頻繁啟停時,往往容易出現(xiàn)殘余的問題。為提高寬板、高速時的沖洗效果,針對性設計開發(fā)了一種高效集束噴射梁及相應的噴嘴。該新型噴射梁在投入大生產(chǎn)之后,效果極佳,且良好滿足了極限速度、極限寬度的沖洗要求,從而確保了BMD成品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)BMD成品無水,需增設實時板面吹掃系統(tǒng)以實現(xiàn)板面干燥。為降低吹掃電耗,針對性優(yōu)化吹掃單元的溫度設定值。利用FDAA數(shù)據(jù)與生產(chǎn)操作經(jīng)驗,分析出持續(xù)全年不同季節(jié)的吹掃溫度設定值,如表4所示。

表4 優(yōu)化后的吹掃單元溫度設定值Table 4 Optimized temperature setting value of drying unit ℃

3.2 建立BMD產(chǎn)品的板面質(zhì)量檢測與反饋控制系統(tǒng)

在BMD生產(chǎn)線中,噴射系統(tǒng)能效與帶鋼的運動速度關系密切。如果產(chǎn)線速度過快,噴射系統(tǒng)除鱗效果會顯著變差,輸出表面的亮度發(fā)灰、發(fā)暗;如果合理的降低帶鋼速度,則輸出表面的光學檢測結(jié)果會相應增強。基于此,BMD產(chǎn)線速度的合理控制對于帶鋼表面除鱗效果具有重要意義。

為此,在BMD產(chǎn)線上增設了成品表面質(zhì)量實時檢測系統(tǒng):根據(jù)表面質(zhì)量檢測結(jié)果,調(diào)整帶鋼速度,以保證帶鋼表面質(zhì)量達標。增加表面質(zhì)量檢測的BMD產(chǎn)線如圖5所示,圖中表面帶有鱗皮的熱軋帶鋼進入BMD除鱗單元,噴射系統(tǒng)通過噴嘴發(fā)射水和磨料的混合介質(zhì)去除帶鋼表面鱗皮,經(jīng)過沖洗單元和吹掃單元后,表面潔凈光亮的帶鋼通過夾送輥輸送到后續(xù)單元。表面質(zhì)量檢測裝置安裝在吹掃烘干單元與夾送輥之間位置,帶鋼速度是通過夾送輥的轉(zhuǎn)速進行控制的。夾送輥速度的調(diào)整量ΔS為:

ΔS=KG·ΔG

式中:KG為亮度控制增益系數(shù);ΔG為亮度偏差值。

3.3 優(yōu)化BMD產(chǎn)線的操作流程

BMD產(chǎn)線分為BMD工藝段、BMD工藝段入口機組以及BMD工藝段出口機組。BMD工藝段是利用BMD工藝除鱗的核心單元,BMD的混合射流噴射系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)等均安裝在該區(qū)域。BMD工藝段入口機組的功能是將熱軋卷進行開卷、矯直后輸送到BMD工藝段進行除鱗。BMD工藝段出口機組的功能是將除鱗后的BMD板輸送到收卷機,完成BMD成品卷取。盡管BMD工藝段是BMD產(chǎn)線的核心,如果沒有入口機組和出口機組的緊密合作,整個BMD產(chǎn)線的除鱗效果以及除鱗效率都會下降,就會造成BMD技術(shù)難以應用于大生產(chǎn)?；诖?建立完善的BMD生產(chǎn)線操作規(guī)程十分必要,如圖6所示。

4 結(jié)論

(1) 通過對BMD產(chǎn)線的工藝控制優(yōu)化,將BMD由一項試驗開發(fā)成果,成功的轉(zhuǎn)化為可用于卡車大梁、底盤、車輪等原料的大生產(chǎn)除鱗工藝,充分滿足厚規(guī)格、寬幅熱軋卷的低成本除鱗生產(chǎn),為BMD工藝的社會推廣奠定了堅實基礎。

(2) 通過對BMD產(chǎn)線的生產(chǎn)操作優(yōu)化,實現(xiàn)了BMD產(chǎn)品質(zhì)量不輸于酸洗商品材,可有效替代、并補充酸洗在厚規(guī)格、高合金等除鱗領域的不足。通過近年來BMD產(chǎn)品在多家商用車的全流程工藝認證與陸續(xù)達標,充分證明BMD產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)異、工藝成本低廉、綠色環(huán)保。