楊 騰 齊海峰 王業(yè)鈞 鮑常闖 蔡 清

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司）

0 引言

乳化液在冷軋軋制過(guò)程中起到潤(rùn)滑和冷卻的作用，為保持軋后帶鋼表面的清潔，在最后一個(gè)機(jī)架的出口設(shè)有乳化液吹掃裝置，采用壓縮空氣吹掃去除帶鋼表面的乳化液［1-4］。如果吹掃不凈，帶鋼表面的殘留乳化液就會(huì)形成乳化液斑跡，影響其表面質(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致帶鋼銹蝕［5］。

在某冷連軋機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中，帶鋼表面經(jīng)常出現(xiàn)乳化液殘留，嚴(yán)重影響帶鋼的質(zhì)量。筆者在對(duì)各種吹掃裝置進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該機(jī)組的吹掃裝置進(jìn)行了改進(jìn)，最終解決了帶鋼表面乳化液殘留導(dǎo)致的銹蝕問(wèn)題。

1 缺陷形貌特征及分析

某產(chǎn)線在生產(chǎn)窄規(guī)格（1 000～1 200 mm）時(shí)，帶鋼表面存在殘留水滴，重卷開(kāi)卷后帶鋼表面存在乳化液殘留斑跡，已出現(xiàn)銹蝕情況。帶鋼上下表面均存在，呈不規(guī)則點(diǎn)狀。帶鋼表面帶水及銹蝕宏觀形貌如圖1 所示。

圖1 帶鋼表面帶水及銹蝕宏觀形貌

發(fā)生銹蝕的根本原因是，當(dāng)金屬中存在雜質(zhì)元素（Mn、Na、Ca），且存在電解質(zhì)溶液時(shí)，形成原電池反應(yīng)，活潑的金屬失去電子被氧化，這就是電化學(xué)反應(yīng)，是鋼鐵腐蝕的主要原因。氯離子在溶液中呈現(xiàn)酸性，在充當(dāng)電解質(zhì)的同時(shí)，促進(jìn)析氫反應(yīng)。Mn 元素屬于活潑金屬，在電化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。從電鏡中可判斷板面發(fā)黑部分發(fā)生了嚴(yán)重的銹蝕，并發(fā)現(xiàn)帶鋼表面附著大量的碳基氧化物。分析得出：在壓下率增加后，軋制區(qū)域溫度升高，導(dǎo)致帶鋼冷卻效果變差，軋制油在高溫下烤化吸附到帶鋼表面，與帶鋼產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成含有大量碳基殘留物的銹蝕缺陷。銹蝕位置掃描電鏡和成分分布如圖2 所示。

圖2 銹蝕位置掃描電鏡和成分分布

帶鋼表面存在宏觀的殘留水滴，主要是軋機(jī)出口吹掃系統(tǒng)失效所引起的。

2 分析與改進(jìn)措施

2.1 吹掃設(shè)備

在該酸軋軋機(jī)正常生產(chǎn)過(guò)程中，為減少帶鋼表面乳化液殘留，在軋機(jī)5 機(jī)架出口側(cè)設(shè)有吹掃系統(tǒng)。分為三大部分：邊部吹掃、康達(dá)氣簾、康達(dá)杯（吸盤(pán)），三部分相互協(xié)同控制帶鋼表面乳化液，如圖3、圖4 所示。

圖3 乳化液吹掃系統(tǒng)布置

圖4 康達(dá)噴嘴

隨著高端用戶越來(lái)越多，汽車(chē)外板對(duì)于表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，結(jié)合西馬克軋機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)吹掃系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

2.2 問(wèn)題分析

利用三維建模軟件建立了軋輥與軋件的模型。建立上防纏導(dǎo)板2 維模型及流場(chǎng)分析模擬圖，建立了多工況3 維流場(chǎng)分布數(shù)值模擬與分析，如圖5所示。

圖5 吹掃工藝氣流有限元模擬

通過(guò)系統(tǒng)模擬，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程分析，主要問(wèn)題包括：

（1）出口吹掃噴嘴壓力不足。軋機(jī)出口吹掃乳化液噴嘴用壓縮空氣，因用戶點(diǎn)分支點(diǎn)位集中，由于管路直徑的限制導(dǎo)致各用戶點(diǎn)壓力偏低，空氣管路內(nèi)部銹蝕造成管路不同程度堵塞，最終造成各用戶點(diǎn)噴嘴壓力偏低。

（2）機(jī)架出口冷凝水滴落造成銹蝕。軋機(jī)出口吹掃裝置布置從空間結(jié)構(gòu)上來(lái)看，均布置在軋機(jī)5架內(nèi)工作輥出口側(cè)。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，軋機(jī)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的乳化液蒸汽煙霧，部分煙霧在軋機(jī)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)框架上冷凝，并滴落在帶鋼上，造成帶鋼銹蝕。

（3）吹掃噴嘴布局不合理。原設(shè)計(jì)4 個(gè)安裝在上防纏導(dǎo)板上用于吹掃帶鋼上表面乳化液的噴嘴，由于原設(shè)計(jì)邊部噴嘴間距較遠(yuǎn)，同時(shí)噴嘴吹出氣體隨輻射范圍較大，其作用效果隨著距離越遠(yuǎn)而大幅度減小，無(wú)法將帶鋼表面殘留的乳化液清除。

2.3 設(shè)備整改措施

對(duì)吹掃系統(tǒng)開(kāi)展三維建模分析，并大規(guī)模進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)吹掃方案，如圖6 所示。

圖6 吹掃工藝改進(jìn)方案流程

2.3.1 增加輔助吹掃噴梁

在不改變軋機(jī)出口相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)之上，在軋機(jī)出口外部增加兩條吹掃噴梁，布局在軋機(jī)外側(cè)分別對(duì)帶鋼上下表面的殘留進(jìn)行最終吹掃。

2.3.2 邊部吹掃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對(duì)原設(shè)計(jì)軋機(jī)邊部吹掃噴嘴在帶鋼表面吹掃進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)生產(chǎn)超過(guò)1.6 m 寬幅帶鋼時(shí)，邊部存在吹掃盲區(qū)，同時(shí)由于兩噴嘴重疊區(qū)域較小，其風(fēng)力隨著距離逐漸變小，距離噴嘴較遠(yuǎn)區(qū)域形成盲區(qū)，最終造成多個(gè)盲區(qū)，效果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符。邊部吹掃盲區(qū)模擬如圖7 所示。

圖7 邊部吹掃盲區(qū)模擬

對(duì)邊部吹掃框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，合理增加噴嘴數(shù)量，合理布置噴嘴距離和噴嘴角度，并根據(jù)以往產(chǎn)生銹蝕帶鋼的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合噴嘴相關(guān)技術(shù)參數(shù)，保證在氣流與帶鋼的接觸區(qū)域里氣流的綜合吹掃效果最好，同時(shí)相鄰噴嘴之間相互彌補(bǔ)，保證重疊區(qū)域的風(fēng)力，最終保證在生產(chǎn)出現(xiàn)銹蝕頻率最高的寬度時(shí)的吹掃效果。邊部吹掃改造效果模擬如圖8 所示。

圖8 邊部吹掃改造效果模擬

通過(guò)設(shè)備改造和乳化液壓力控制的優(yōu)化，減少了帶鋼表面乳化液殘留，避免帶鋼銹蝕的出現(xiàn)。

2.3.3 優(yōu)化支路管道提升吹掃壓力

機(jī)架出口共計(jì)6 個(gè)帶鋼吹掃用戶點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)壓縮空氣閥臺(tái)總管路分流5 根分支管路，每根支管路分別獨(dú)立供應(yīng)用戶點(diǎn)，5 根分支管路接口集中聚集在管路終端，正常生產(chǎn)時(shí)，6 個(gè)用戶點(diǎn)同時(shí)使用壓縮空氣，用氣總量超過(guò)2 850 Nm3/h，用氣量偏大，導(dǎo)致五條分支路管路壓縮空氣壓力偏低，吹掃噴嘴吹掃力下降，吹掃效果不佳。通過(guò)管路路徑改造，在不改變主管路直徑的情況下，將5 根分支管路并入主管路接口位置分開(kāi)，合理布置管路接口，防止用氣部位集中導(dǎo)致用氣供應(yīng)不足。支路用戶點(diǎn)管道改造前后如圖9 所示。

圖9 支路用戶點(diǎn)管道改造

由于帶鋼輥縫吹掃管路過(guò)濾器濾芯相對(duì)于其他管路濾芯更容易堵塞，該支路位于閥臺(tái)最低點(diǎn)且最低處無(wú)排污閥門(mén)，造成系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)在此處堆積，從而堵塞濾芯。在主管路終點(diǎn)增加排污口，定期對(duì)主管路排污，防止臟污、鐵粉等進(jìn)入分支管路堵塞噴嘴。乳化液吹掃系統(tǒng)管道改造前后壓力對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 乳化液吹掃系統(tǒng)管道改造前后壓力對(duì)比

2.3.4 優(yōu)化5 機(jī)架分區(qū)冷卻邊部噴嘴補(bǔ)償

5 機(jī)架多區(qū)冷卻邊部噴嘴根據(jù)寬度和厚度不同分檔調(diào)控，實(shí)現(xiàn)帶鋼邊部噴嘴補(bǔ)償自動(dòng)化控制。當(dāng)帶鋼寬度＞1 170 mm 時(shí)，軋機(jī)速度＜400 mpm，邊部噴嘴補(bǔ)償為0；軋機(jī)速度＞400 mpm，邊部噴嘴補(bǔ)償+2。當(dāng)帶鋼寬度＜1170 mm 時(shí)，邊部噴嘴補(bǔ)償-2。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中帶鋼表面帶水情況進(jìn)行分析，通過(guò)建立5 機(jī)架吹掃模型分析吹掃盲區(qū)，認(rèn)為乳化液帶水是由于空氣吹掃壓力低、存在局部壓力低點(diǎn)導(dǎo)致。

采取管道優(yōu)化以提升各用戶點(diǎn)吹掃壓力，優(yōu)化邊部吹掃噴嘴分布與個(gè)數(shù)，增加上下表面噴梁，優(yōu)化分區(qū)冷卻邊部噴嘴補(bǔ)償?shù)却胧?，避免帶鋼表面帶水情況的發(fā)生，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。