我國(guó)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(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及工業(yè)進(jìn)程的飛速發(fā)展，使得我國(guó)的鋁加工行業(yè)也在朝向著高精尖的方向不斷邁進(jìn)。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(kuò)大，用戶對(duì)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(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。鋁合金板材經(jīng)過(guò)軋制、拉伸以及沖壓等工序后，板材表面往往會(huì)存在軋制油等潤(rùn)滑油的污染，如果不及時(shí)清洗去除油污，可能會(huì)在后續(xù)的工序中產(chǎn)生深褐色油斑，從而嚴(yán)重影響鋁板的產(chǎn)品外觀，甚至導(dǎo)致用戶退貨的情況發(fā)生。因此在目前完整的清洗拉矯機(jī)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(dá)到用戶的要求顯得尤為重要[1-2]。

本文對(duì)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(jī)組的清洗段設(shè)備和清洗工藝進(jìn)行生產(chǎn)觀察、實(shí)驗(yàn)對(duì)比，然后對(duì)設(shè)備及工藝方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，獲取更好的清洗效果從而提高帶材的表面質(zhì)量，同時(shí)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(jī)組清洗段主要包括預(yù)清洗槽、預(yù)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(fēng)烘干和冷風(fēng)干燥等。其生產(chǎn)過(guò)程示意圖如圖1所示。

2350清洗拉矯機(jī)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(guò)上卷小車從鞍座上輸送入開(kāi)卷機(jī)，帶材經(jīng)開(kāi)頭機(jī)及五輥矯直機(jī)后經(jīng)入口夾送輥送入縫合機(jī)，與上一卷帶材尾部進(jìn)行縫合后自動(dòng)穿帶，然后經(jīng)過(guò)切邊后進(jìn)入清洗系統(tǒng)。首先進(jìn)入的是預(yù)清洗槽，水經(jīng)過(guò)離心泵從預(yù)清洗循環(huán)水箱進(jìn)入預(yù)清洗槽，通過(guò)噴淋桿上均布的扇形噴嘴進(jìn)行常壓水預(yù)清洗，然后經(jīng)過(guò)預(yù)清洗1#及2#擠干輥擠干帶材表面水分后進(jìn)入高壓噴淋刷洗槽，高壓噴淋刷洗系統(tǒng)利用高壓往復(fù)泵將水加壓后送入高壓噴淋刷洗槽內(nèi)進(jìn)行高壓沖洗，刷洗槽內(nèi)同時(shí)設(shè)有具備傳動(dòng)的上、下刷輥，刷輥的旋轉(zhuǎn)方向與帶材運(yùn)行前進(jìn)的方向相反，作相對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到清洗運(yùn)動(dòng)帶材的目的。經(jīng)過(guò)高壓噴淋刷洗然后進(jìn)入堿洗水槽，堿液由計(jì)量泵打入堿洗循環(huán)水箱后，通過(guò)堿液配比形成合適的清洗濃度，從而對(duì)堿洗水槽內(nèi)板帶材進(jìn)行堿洗，最后依次進(jìn)入1#、2#和3#漂洗水槽，對(duì)帶材表面的殘余堿液進(jìn)行沖洗。經(jīng)過(guò)三個(gè)漂洗水槽末端的擠干輥，將帶材表面的水分?jǐn)D干后出水箱，經(jīng)過(guò)邊部吹掃裝置對(duì)表面的殘存水膜進(jìn)行吹干后進(jìn)入熱風(fēng)爐進(jìn)行徹底烘干，再通過(guò)冷風(fēng)對(duì)其進(jìn)行冷卻干燥處理避免其發(fā)生氧化。最后通過(guò)拉矯機(jī)進(jìn)行板形矯正后經(jīng)出口轉(zhuǎn)向輥進(jìn)入卷取機(jī)卷成整齊的鋁卷進(jìn)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(guò)冷軋等過(guò)程后殘留的軋制油以及附著在油污上的鋁粉等雜質(zhì)嚴(yán)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(duì)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(xué)去油以及有機(jī)溶劑去油[3]。目前清洗機(jī)組采用的是先進(jìn)行預(yù)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(jìn)入堿洗槽中，利用堿液自動(dòng)配比系統(tǒng)，根據(jù)測(cè)量堿洗循環(huán)回路中的電導(dǎo)率數(shù)值以及實(shí)際清洗效果來(lái)調(diào)整堿液配比濃度進(jìn)行堿洗；最后進(jìn)入三個(gè)水漂洗槽依次進(jìn)行循環(huán)漂洗。

而清洗段目前采用的工藝是預(yù)清洗、高壓噴淋刷洗、堿洗以及漂洗的全部噴淋桿噴嘴打開(kāi)，這樣容易導(dǎo)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(shí)邊部積水增多易使得板材運(yùn)行出清洗段時(shí)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(duì)板面進(jìn)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(shí)，水容易從溢流槽中溢出，影響生產(chǎn)線的整潔美觀。當(dāng)帶材表面的帶油及鋁灰比較嚴(yán)重時(shí)，往往出現(xiàn)洗不干凈需要二次沖洗的情況，這樣也無(wú)形中增加了生產(chǎn)成本[4-5]。

2.   清洗技術(shù)改進(jìn)措施

2.1   對(duì)預(yù)清洗及堿洗段的噴嘴數(shù)量進(jìn)行改進(jìn)

帶材的最大寬度是2350 mm，而預(yù)清洗箱及堿洗箱中噴淋桿邊緣的兩個(gè)噴嘴的位置寬度是2420 mm。預(yù)清洗箱中原有噴淋桿有16根，其中8根噴淋桿上均布12個(gè)扇形噴嘴，8根噴淋桿上均布11個(gè)扇形噴嘴，因此將預(yù)清洗原有邊緣2個(gè)噴嘴拆卸下來(lái)，共拆除32個(gè)噴嘴，同時(shí)用堵頭進(jìn)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(gè)扇形噴嘴，14根均布11個(gè)扇形噴嘴，同樣將邊緣的2個(gè)噴嘴拆下，共拆除56個(gè)噴嘴，同樣進(jìn)行堵頭密封。在線的噴嘴數(shù)量減少88個(gè)后，預(yù)清洗循環(huán)以及堿洗循環(huán)水流量相對(duì)減小，壓力相對(duì)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(shí)也減少了帶材邊緣積水的情況，使得帶材離開(kāi)清洗段進(jìn)入烘干及干燥段時(shí)板面水分相對(duì)較少。

清洗段末端的三個(gè)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(jìn)入循環(huán)水箱，同時(shí)板面的積水容易從1#水洗槽被運(yùn)行中的帶材帶入2#和3#水洗槽中，導(dǎo)致2#和3#漂洗循環(huán)水箱的水量過(guò)大而時(shí)常溢出，而1#漂洗水循環(huán)箱的水量不斷減少，系統(tǒng)會(huì)判斷自動(dòng)補(bǔ)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(jìn)行更改，將1#、2#和3#水洗槽的1組、2組噴淋桿改向與機(jī)組運(yùn)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(jìn)下一個(gè)水洗槽的情況，而且同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)線的耗水成本。

2.2   清洗工藝的改進(jìn)

2.2.1   高壓往復(fù)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(fù)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(guò)調(diào)節(jié)排出閥的開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(guò)改變電機(jī)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(shí)際壓力的大小，容易使得高壓循環(huán)管路振動(dòng)加劇，活塞泵的水流脈沖過(guò)大導(dǎo)致板材運(yùn)行系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者過(guò)小導(dǎo)致泵的揚(yáng)程不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓沖洗。因此需要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配一個(gè)合適的壓力進(jìn)行高壓沖洗。

對(duì)高壓往復(fù)泵進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速及壓力的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，當(dāng)高壓往復(fù)泵電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為70%時(shí)，管路壓力達(dá)到6.87 MPa，這時(shí)循環(huán)管路振動(dòng)情況適中，板材受流量脈沖的影響較小，同時(shí)帶材系統(tǒng)運(yùn)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(fù)泵外，預(yù)清洗、堿洗以及三個(gè)漂洗循環(huán)均采用臥式單機(jī)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(yù)清洗以及漂洗采用的是不可調(diào)速電機(jī)，堿洗采用的是可調(diào)速電機(jī)。

離心泵也同往復(fù)泵一樣，具有運(yùn)行工況的特性曲線，泵在恒定轉(zhuǎn)速下，對(duì)應(yīng)于泵的每一個(gè)流量Q，也相應(yīng)對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定的揚(yáng)程H、效率η、功率n和必需的汽蝕余量。

泵運(yùn)行過(guò)程中，為使泵運(yùn)行在高效區(qū)或者穩(wěn)定區(qū)，需要對(duì)泵的工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而泵的實(shí)際工況點(diǎn)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(guò)對(duì)預(yù)清洗循環(huán)泵和水漂洗循環(huán)泵進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速工況實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變裝置來(lái)調(diào)節(jié)特性曲線，對(duì)比泵的特性。預(yù)清洗槽設(shè)置有8個(gè)入口手動(dòng)球閥，分別關(guān)閉1個(gè)開(kāi)啟7個(gè)；關(guān)閉2個(gè)開(kāi)啟6個(gè)，以此類推進(jìn)行循環(huán)泵特性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)預(yù)清洗水箱循環(huán)泵出口以及經(jīng)過(guò)換熱器后管路的壓力表讀數(shù)來(lái)進(jìn)行分析（表2）。

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

從表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，調(diào)節(jié)泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，閥門的開(kāi)關(guān)數(shù)量不變時(shí)，14對(duì)噴淋桿全部打開(kāi)，壓力變化較為平緩，而當(dāng)閥門總開(kāi)關(guān)數(shù)量為7對(duì)打開(kāi)，7對(duì)關(guān)閉時(shí)，壓力急劇增長(zhǎng)，而當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的90%后，對(duì)于循環(huán)水壓力的增長(zhǎng)幾乎沒(méi)有太大的影響。

據(jù)此結(jié)果可知，在生產(chǎn)線的清洗段中，對(duì)于預(yù)清洗以及漂洗段，在來(lái)料板材表面的鋁灰及油污較多時(shí)，可以采用關(guān)閉若干組手動(dòng)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(shí)，其壓力呈現(xiàn)平穩(wěn)增大的過(guò)程。而對(duì)于堿洗段，可以適當(dāng)?shù)卦黾与姍C(jī)轉(zhuǎn)速，使循環(huán)泵的特性曲線向右上方移動(dòng)，減小節(jié)流損失，保持高效率，且變速范圍不宜過(guò)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(jì)性差。

3.   結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備改進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)組清洗效果以及機(jī)組運(yùn)行有了較大改善，同時(shí)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(jì)效益，也對(duì)未來(lái)鋁合金清洗生產(chǎn)線的技術(shù)研究開(kāi)發(fā)具有積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張圣麟. 鋁合金表面處理技術(shù). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009

[2]何定洋, 劉靜安. 鋁板帶清洗工藝探討. 鋁加工, 2005(6):25doi: 10.3969/j.issn.1005-4898.2005.06.011

[3]賀曉慧. 水基金屬油污清洗劑的研究. 精細(xì)化工, 1998,15(6):11doi: 10.3321/j.issn:1003-5214.1998.06.003

[4]張國(guó)偉, 楊啟杰, 李志強(qiáng). 鋁板帶清洗工藝對(duì)表面質(zhì)量的影. 輕合金加工技術(shù), 2012,40(7):61doi: 10.3969/j.issn.1007-7235.2012.07.014

[5]符可惠, 楊建璽. 高壓水射流在鋁板帶清洗設(shè)備上的應(yīng)用. 重型機(jī)械, 2007(6):31doi: 10.3969/j.issn.1001-196X.2007.06.007

[6]李云, 姜培正. 過(guò)程流體機(jī)械. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

文章來(lái)源——金屬世界