冷轧连退清洗工艺探讨

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马 骏
摘要：冷轧连退产线的原料是经酸轧轧制后的冷硬带钢，表面会黏附残油残铁等污染物，需要经过连退清洗段进行清洗来消除这些污染物，本文介绍了连退清洗段的设备组成及清洗原理，分析了影响带钢清洗效果的脱脂剂浓度、温度以及电流密度等因素，针对清洗段出现的质量缺陷提出了控制刷辊压力，对电解槽电源设置连锁装置等控制措施。

关键词：设备组成；清洗原理；质量缺陷；控制措施随着家电和汽车行业的快速发展，相应的需求用钢在连退产品中占有越来越高的比例。

由于家电和汽车行业用钢对带钢表面质量有着较高的要求，这就要求连退产线生产的退火带钢不仅要达到相应的物理性能，更要达到较高的表面质量等级。

连退清洗段位于连退线的入口部位，能够通过清洗掉原料带钢表面的污染物，来提高带钢表面的光洁度，从而实现提升带钢表面质量的目的。

如果清洗手段控制不好不仅会影响带钢表面的光洁度，还会导致污染物随着带钢进入清洗段后的活套以及退火炉中，导致辊系被污染、炉辊结瘤，造成带钢表面出现划伤、硌痕等质量缺陷。

1 清洗工艺介绍
冷轧连退清洗段是使用碱性脱脂剂清洗带钢表面，清除黏附于原料带钢表面的残油残铁等杂质，从而实现提高带钢表面质量的目的。

清洗段有化学清洗和物理清洗两种方式，为实现更好的清洗效果，一般采用物理清洗和化学清洗相组合的方式，主要由碱洗沉没槽、碱刷洗箱、电解沉没槽、热水刷洗槽、喷淋漂洗沉没槽、热风干燥器及清洗排烟系统等组成。

2 清洗段设备组成
2.1 碱洗沉没槽
碱洗沉没槽主要由2个沉没槽和3个转向辊组成。

沉没辊由电机驱动，轴承安装在槽子外面的支梁上并设有密封，每个沉没槽上设有导流槽，从密封处泄露出的碱液随着导流槽回到循环系统。

每个转向辊配有1个压辊，可当作挤干辊使用，压辊依靠气缸实现升降动作，也可以通过压力开关手动调整辊子压力。

1#转向辊的压辊为从动辊，正常生产时处于打开状态。

中间和出口转向辊的压辊为主动辊，由电机通过万向轴单独驱动。

1#转向辊后设有2个喷头，可用于机组倒车时冲洗带钢。

2.2 碱刷洗箱
碱刷洗箱主要由箱体、喷梁、刷辊、支撑辊以及挤干辊组成，箱体为不锈钢箱体，与循环管道和废气排放系统相连，可有效地阻止液体外流。

喷梁用于向带钢表面喷射加热后的碱液。

箱体中有4个刷辊，分别用于刷洗带钢表面，带钢通过刷辊时由支撑辊提供支撑。

在箱体内设置两套挤干辊，由气缸控制。

碱洗沉没槽和碱刷洗箱共用一个循环箱，使用过的碱液经磁过滤之后回到循环箱中。

为避免循环箱中杂质含量过高影响带钢表面清洗效果，需要定期对循环箱中碱液进行取样检测。

当400≤铁份≤600ppm时，要对循环箱中溶液更换一半；当铁份＞600ppm时需要将循环箱中溶液全部更换。

当2000≤油份≤3000ppm时，要对循环箱中溶液更换一半；当铁份＞3000ppm时需要将循环箱中溶液全部更换。

2.3 电解沉没槽
电解沉没槽主要由2个沉没槽、3个转向辊以及4对电极组成。

和碱洗沉没槽类似，沉没辊由电机驱动，轴承安装在槽子外面的支梁上并设有密封，每个沉没槽上设有导流槽，从密封处泄露出的碱液能够随着导流槽回到循环系统。

每个转向辊也配有1个压辊，可当作挤干辊使用，压辊依靠气缸实现升降动作，也可以通过压力开关手动调整辊子压力。

4对36V电极分布在两个沉没槽中带钢两侧，用来对带钢进行电解清洗。

电解沉没槽单独使用一个循环箱，与碱洗沉没槽和碱刷洗箱的循环箱使用规则相同。

2.4 热水刷洗箱
热水刷洗箱结构与碱刷洗箱一样，也是由箱体、喷梁、刷辊、支撑辊以及挤干辊组成，只是喷梁中喷出的是经加热后的脱盐水，用来清洗带钢表面残留的碱液以及污染物。

2.5 喷淋漂洗沉没槽
喷淋漂洗沉没槽主要由2个转向辊、2个沉没辊、喷头以及挤干辊组成，在带钢进入漂洗沉没槽时后对带钢进行漂洗和冲洗，经2对挤干辊挤干后进入热风干燥器。

热水刷洗箱和喷淋漂洗沉没槽共用一个循环箱，循环箱内脱盐水会受到带钢表面残留的污染物和碱液影响，为
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避免影响带钢表面清洗效果需要定期更换循环箱内脱盐水，具体更换周期根据实际生产情况确定，一般15天左右更换一次。

2.6 热风干燥器
热风干燥器主要由干燥箱、鼓风机以及喷管组成。

喷管呈“V”字形排列在带钢两侧，向带钢喷出120℃左右的热空气，对从清洗段出来的带钢进行干燥。

3 清洗原理
连退机组的原料带钢经酸轧轧制后会在带钢表面附着一些轧制油、铁粉等污染物，由于连退产线的清洗段位于入口活套之前，如果这些污染物没有被清洗干净，会导致入口活套辊系被污染，造成活套辊与带钢之间摩擦力减小，导致带钢打滑跑偏。

污染物随带钢进入退火炉后会造成炉辊表面结瘤，从而导致钢带表面产生硌痕及划伤，严重影响钢带的表面质量，因此需要通过清洗段中脱脂剂与污染物之间产生不同反应来清除带钢表面的残油残铁等杂质。

3.1 皂化作用
酸轧所用的轧制油其中主要成分为动物油脂和植物油脂，因这些油脂能够和脱脂剂发生皂化反应，所以这种类型的油脂通称为能够被皂化的油脂。

在脱脂过程中，脱脂剂中的碱组分与带钢表面的油脂、脂肪酸发生皂化反应生成肥皂和丙三醇，溶解进入碱性溶液，从而达到去除带钢表面油污的目的。

3.2 乳化作用
轧制油在采用矿物油作为基础油时，因为矿物油不易被皂化，在脱脂过程中基本上不发生皂化反应，因此需要采用乳化作用来去除。

表面活性剂是脱脂剂的重要组成部分，多种表面活性剂都是理想的乳化剂，能够起到降低油、水界面的张力，增大接触面积的作用。

当带钢进入清洗工序后，首先通过喷射的碱液把其表面的油膜击穿，通过这种机械作用把完整的油膜破裂成为不连续的小油珠，这样就能使表面活性剂中分子的亲油基团和小油珠充分发生亲和作用，通过渗透、卷离、分散和增溶把油除掉。

3.3 螯合作用
在脱脂过程中钢板表面会黏附铁皂之类的污染物，由于黏附得特别牢固，会影响化学脱脂及电解脱脂的清洗效率。

因此在脱脂剂中需要添加适量的螯合剂，通过与金属离子作用形成可溶性的葡萄糖酸钠及乙二胺四醋酸钠，通过吸附、螯合作用可把黏附在带钢表面的灰尘、铁皂之类的污染物从带钢表面带入脱脂液中。

3.4 电解脱脂
在酸轧轧制带钢过程中会把一些污染物压入到带钢表面，而通过化学脱脂只能清除带钢平面上的污染物，这些被压入藏在凹坑里的污染物需通过电解脱脂才能彻底清除。

电解脱脂时钢板本身并不直接带电，而是借助于通直流电加持带钢两侧的电极栅板的电磁感应，使带钢带电而发生电解反应。

电解脱脂在阴极和阳极上都可进行，但是阴极除油和阳极除油各有不同的特点。

（1）阴极除油。

电解时在阴极上析出的是氢气，因为氢气分子具有体积小、气泡小、数量多、浮力大的特点，所以它的携带和剥离油污的能力都比较强。

同时，由于H+的放电作用，又可导致钢板感应阴极的表面碱液的OH-离子升高，从而使皂化能力提高，因此阴极除油具有较高的效率。

但是因为在阴极区会产生大量的氢气，而氢气分子体积小，很容易渗透进带钢内部，引起带钢的氢脆，影响带钢的物理性能。

（2）阳极除油。

电解时在阳极上析出的是氧气，因为氧气分子具有体积大，气泡大，数量少，浮力相对氢气泡小的特点，所以其携带能力和剥离油污的能力都比氢气弱。

同时因为在阳极区的碱度也较低，所以阳极区的脱脂效率没有阴极区高。

但是阳极区逸出的氧气泡较大，单体携带能力强，它可以去除钢板上的直径较大的铁粉残渣，并对带钢的氢脆有所缓解。

阴极除油和阳极除油各有优点，因此在电解脱脂中经常采用阴极和阳极交错的组合形式来完成电解脱脂的全过程。

3.5 机械作用脱脂
连退所使用的冷硬带钢，一般要离开酸轧线数小时、数天的时间，当使用外单位采购或进口原料时甚至要隔数月才能进入连退产线。

在冷硬带钢刚刚离开酸轧作业线时，其表面所残留的油脂等污染物呈松软状态，但是存放一段时间之后，表面就会结成硬壳，其内部可能仍然呈现松软状态。

这种结了硬壳的油泥污染物，只通过化学清洗很难彻底清除，因此在碱洗沉没槽的前方安装数排喷射管，使用0.5MPa～0.8MPa的压力将碱液从喷头喷出，逆着带钢的运行方向成45度角喷射带钢的表面，高速喷射出的碱液可击碎带钢表面油泥硬壳，然后再经过碱液浸泡、机械刷洗，就可去除带钢表面油泥，实现理想的脱脂效果。

4 清洗段常见质量缺陷及控制措施
清洗段常见的质量缺陷有带钢表面清洗不净，带钢表面划伤以及带钢表面被烧蚀，这些质量缺陷可以在清洗段
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通过采取适当的控制措施来消除。

4.1 带钢表面清洗不净
正常清洗后的带钢在灯光照射下表面为银白色，有较高的光泽度，色泽也比较均匀。

如果清洗效果不好，带钢表面会出现暗灰的色斑或黄色的油斑，严重影响带钢表面质量。

影响带钢清洗效果的因素有很多，包括脱脂剂浓度的影响、脱脂液温度的影响、电解槽电流密度的影响以及刷辊压下量的影响等。

（1）脱脂剂浓度的影响。

脱脂剂的浓度主要是根据被清洗带钢表面的污染程度和单位时间内的带钢清洗量而定。

实际生产中一般将碱洗沉没槽电导率控制在35ms/cm～55ms/cm可以实现清洗效果。

随着脱脂剂浓度的增加，溶液中碱含量会提高，脱脂效率也会明显提高，但是当脱脂剂浓度超过6%时，再继续增加脱脂剂浓度，脱脂效率提高很小，几乎保持不变。

（2）温度的影响。

随着温度的增加，既会增加脱脂剂的导电性，又会促进碱的皂化反应，因此温度越高则脱脂效果越好。

但当温度超过80℃时，高温会导致脱脂剂中的表面活性剂慢慢失去活性，反而会造成脱脂效率下降。

由于连退机组清洗段位于入口活套之前，为了给入口活套提供足够的带钢存储量需要在较高的速度下对带钢进行清洗，因此需要将碱液温度维持在较高水平，实际将碱洗沉没槽中碱液温度控制在70℃～80℃来达到清洗效果。

（3）电解脱脂电流密度的影响。

电流密度是指单位电极板面积上所通过的电流，是保证电解清洗效果的必要条件。

一般电解电流密度大，电解产生的气泡就多，除油速度就快。

但除油速度与电流密度并不完全成正比关系，当电流密度达到一定值时，除油速度的增量不仅不明显，反而会加大电能消耗。

当电流密度增加时，其脱脂效率增加，但电流密度大于50A/dm2时，其脱脂效率增加较小可使电耗增加很多，所以在电解脱脂中，一般将电流密度控制在10A/dm2～40A/dm2。

（4）刷辊压下量的影响。

刷洗是利用刷辊的机械旋转清除钢带表面残留的污染物，刷辊通过逆向与带钢旋转，用来清洗难以皂化的沉积较厚油脂。

刷辊对带钢作用力的大小会直接影响脱脂效率。

一般通过调整刷洗辊的压力和压下量来控制。

压下量指刷辊在受到压力以后刷毛在钢板表面产生的变形量，压下量一般控制为10mm～15mm较合适。

如果压下量太小，虽然刷毛的寿命长，但刷辊与带钢的作用力较小，脱脂效果不好。

如果压下量太大，刷毛的弯曲变形较大，不但清洗效果不好，刷辊寿命也短。

4.2 带钢表面划伤
清洗段带钢表面划伤一般是由两个刷洗箱中的刷辊压下量过大导致。

每个刷洗箱中有4个刷辊，带钢的两侧各有2个刷辊工作。

带钢通过刷辊时用支撑辊支撑。

刷辊直径为300mm，上有纤维材料的刷子。

当刷辊压下量太小时会影响刷洗效果，当压下量过大时会对带钢表面造成划伤缺陷，为了既保证刷洗质量，又避免对带钢表面造成划伤，我们采用了恒压下力控制方式，把刷辊的压下力设为恒定值，通过调节压下电机的输入电流，比较容易控制，经多次现场实验后当把电流负载设置在25%左右时达到了我们需要的清洗效果。

同时也要制定合理的刷辊使用更换周期，经过多次现场实验后，当电机负载保持在25%～30%范围时，刷辊使用周期为6～8个月。

不同生产厂家的刷辊的质量和磨损速度会有不同，因此在更换不同生产厂家的刷辊后要经常使用目视法检查刷辊的磨损程度，如果刷辊磨损较严重即使没到更换周期也要及时更换，避免对带钢表面造成划伤缺陷。

4.3 带钢表面烧蚀
造成带钢表面烧蚀主要有两方面原因，一是在电解槽中带钢与电极板发生接触造成；二是电解时带钢在电解槽中静止不动，带钢被长时间电解发热烧焦造成。

带钢与电极板接触一般是由于带钢失张造成的，但如果电极板与带钢距离太小，当带钢板形不好，带钢在线运行时晃动较大，也有可能导致带钢与电极板接触，造成带钢被烧蚀。

由于电解清洗时带钢并不与电极直接相连，而是通过电极板与带钢之间通过碱液产生电感从而在带钢表面发生电解反应，因此，当电极板与带钢距离较远时会影响电解清洗效果，缩小带钢与电极板之间的距离会获得更好的带钢表面清洗效果，但也增加了带钢被烧蚀的风险，为了避免这种情况，可以采用保持带钢与电极板的距离不变，提高脱脂液电导率的方法来达到带钢的清洗效果。

由于连退清洗段位于焊机与入口活套之间，当机组停车焊接时清洗段带钢也处于停止状态，如果此时电解槽内继续电解清洗有可能会导致带钢被烧蚀，所以要对电解槽电源设置连锁装置，当机组停车时电解槽自动断电，避免带钢出现烧蚀现象。

5 结语
连退线清洗工艺是比较成熟的技术，由于不同的连退线使用的原料、清洗段设备以及脱脂剂不同，因此在实际生产中所使用的工艺参数也会有差别。

为了在实际生产中既保证清洗效果，又降低清洗成本，还需要继续对清洗工艺进行不断地探讨、调整，来实现两者的平衡。

（作者单位：唐山钢铁集团有限责任公司冷轧项目部）
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