一种冷轧带钢无酸除鳞系统及除鳞方法

摘要

本发明提供一种能耗低、环保性好、运行可靠性和稳定性好、水与抛丸均可循环使用的冷轧带钢无酸除鳞系统和方法，所述系统通过拉矫、抛丸、水射流三组单元协同工作，对带钢表面氧化层拉裂、打击和水射流除鳞，拉矫‑抛丸‑水射流三组单元协同工作，运行稳定安全，所述方法用于该除鳞系统，本发明除鳞系统表面处理质量好、速度快、能耗低；去除氧化铁皮同时还可有效除去表面非金属夹杂物，被处理的带钢无热变形，不使用化学酸液，水与抛丸均可循环使用，环保性好，可节省大量的水资源，特别适合在缺水地方，同时本发明的除鳞方法对带钢同时进行在线检测并实时反馈至拉矫机单元、离心抛丸单元和水射流单元中，调整控制模型，以达到除鳞最佳效果。

说明书

技术领域

本发明属于冷轧带钢除鳞领域，主要涉及一种冷轧带钢无酸除鳞系统及除鳞方法。

背景技术

热轧后带钢表面氧化层（俗称鳞层）清理技术是冷轧或镀锌等工艺之前的一道必不可缺的工序，表面清理的好坏直接影响着金属的表面涂层质量与最终产品的机械性能。传统的带钢表面除鳞工艺主要是酸洗。

酸洗是酸液与带钢表面氧化层发生化学反应将锈垢、鳞皮除去的一种方法，利用的是化学药品的反应能力。酸洗处理时间长，化学反应速度可控性差，化学清洗液选择不当或过量时，会对清洗物基体造成腐蚀破坏、造成金属表面凹凸不平。另外，钢板表面的非金属夹杂物不与酸进行化学反应，无法去除，给下游的冷轧带来质量隐患。化学清洗产生的废液排放会造成环境污染，化学药剂操作、处理不当会对工人健康与安全生产带来危害。传统上的化学除锈法已经越来越不适应自动化程度高、除锈速度快、表面处理均匀的现代工业发展要求。

为解决环境污染问题，改善工人劳动环境，提高酸洗质量，开始在酸液浓度、温度、反应时间、紊流控制等方面进行改进。可提高酸液温度需对酸液进行加热，在改善工艺的同时也大幅提高了吨钢的处理成本。这些改进对除鳞质量的改善能力有限，且并不能从根本上消除酸洗的环境污染。

无酸除鳞工艺的研究中，拉矫机除鳞技术是通过矫直辊的拉矫能使表面鳞层出现断裂，除鳞效果很差，表面处理不均匀，只能作为除鳞的预处理过程。抛丸机除鳞技术是借助抛丸器叶片的推力和离心力带动抛丸，打击带钢表面破坏氧化层，优点是处理能力效果明显，缺点是能耗较高，处理过程中带钢产生明显的热变形，且存在大量的粉尘污染。水射流除鳞技术是通过高压泵给水加压，通过管路和喷嘴后喷向带钢表面，这种技术的优点是绿色无污染，缺点是单个喷嘴处理面积小，处理速度慢，需要的压力等级高，能耗大。磨料水射流除鳞技术是对水射流除鳞工艺的改进，将水与磨料的混合浆液高速喷向带钢表面，将表面氧化层去除。这种技术的优点是绿色无污染，除鳞效果明显，缺点是单个喷嘴处理面积小，处理速度慢，且喷嘴的寿命低。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提供一种能耗低、环保性好、运行可靠性和稳定性好、水与抛丸均可循环使用的冷轧带钢无酸除鳞系统，所述系统通过拉矫、抛丸、水射流三组单元协同工作，对带钢表面氧化层拉裂、打击和水射流除鳞。

进一步地，所述系统包括拉矫机单元、离心抛丸单元和水射流单元；

进一步地，所述系统包括拉矫机单元、离心抛丸单元和水射流单元；

所述拉矫机单元通过控制压下量，迫使带钢表面氧化层出现层裂，对除鳞进行预处理；

所述离心抛丸单元通过调节打击角度、打击距离、抛丸粒径、抛丸流量与打击速度对除鳞效果和工作面积进行改变，除鳞所用抛丸在离心抛丸单元中循环使用；

进一步地，所述系统还包括在线检测与反馈控制单元，所述拉矫机单元通过离心抛丸单元连接水射流单元；

所述拉矫机单元包括矫直调整装置与五个矫直辊，所述矫直调整装置连接所述在线检测与反馈控制单元；

所述离心抛丸单元包括抛丸流量控制装置、两组调速电机、抛丸输送管路，两组离心射流参数控制装置和两组离心射流除鳞装置，所述抛丸流量控制装置一端通过所述抛丸输送管路连接所述离心射流除鳞装置，另一端连接在线检测与反馈控制单元，每组所述调速电机均一端连接一组离心射流除鳞装置，另一端连接在线检测与反馈控制单元；

所述水射流单元包括流量控制装置、喷嘴调节装置、送水管路和两排水射流喷嘴，所述流量控制装置设置在送水管路上，一端通过送水管路连接两排水射流喷嘴，另一端连接在线检测与反馈控制单元，所述喷嘴调节装置一端连接两排水射流喷嘴，另一端连接在线检测与反馈控制单元；

进一步地，所述离心抛丸单元还包括抛丸除鳞箱，第一前夹紧辊，后夹紧辊，四个橡胶防震辊，抛丸料斗，抛丸收集箱，抛丸筛选与输送装置，两组吹扫装置，除尘装置和渣滓桶，所述抛丸收集箱位于所述抛丸除鳞箱底部，所述抛丸筛选与输送装置一端连接抛丸除鳞箱，另一端分别连接抛丸料斗和所述渣滓桶，两组所述吹扫装置设置在所述抛丸除鳞箱末端，所述除尘装置位于所述抛丸除鳞箱外侧并连接所述抛丸除鳞箱，四个所述橡胶防震辊分别置于抛丸除鳞箱内部前后两侧，所述第一前夹紧辊和后夹紧辊分别位于所述离心抛丸单元两侧；

进一步地，所述抛丸输送管路上设有抛丸流量控制装置，所述抛丸流量控制装置通过改变上下两组离心射流除鳞装置的抛丸用量，完成对带钢表面除鳞效果的调节；

两组所述调速电机通过改变转速，产生不同的离心力与推力，进而改变抛丸的打击速度，完成对带钢表面除鳞效果的调节；

两组所述离心射流参数控制装置，通过自带的楔形板与增厚板来调节两组离心射流除鳞装置的工作角度与靶距，同时改变除鳞工作面积；

所述抛丸收集箱位于抛丸除鳞箱底部对抛丸进行回收，经过抛丸筛选与输送装置，可循环使用的抛丸进入抛丸料斗，不满足除鳞规格的抛丸进入渣滓桶；

所述抛丸除鳞箱末端设有两组吹扫装置，两组所述吹扫装置对处理后带钢表面的灰尘进行吹扫；

所述抛丸除鳞箱配有除尘装置，所述除尘装置用于除去抛丸打击除鳞过程中产生的灰尘，并同时对所述系统降温；

所述抛丸除鳞箱周侧设置四个所述橡胶防震辊，其中两个设置在所述抛丸除鳞箱内部靠近带钢入口侧，另两个设置在所述抛丸除鳞箱内部靠近带钢出口侧，削弱抛丸打击过程中带钢震动；

进一步地，述水射流单元还包括水射流箱体，第二前夹紧辊，后挤干辊，水箱，高压水泵，溢流阀，喷嘴架和回收与过滤装置，所述喷嘴架上设有喷嘴调节装置，所述回收与过滤装置设置在水射流箱体底部，所述高压水泵通过溢流阀连接所述水箱，所述水箱一端连接溢流阀，另一端连接所述回收与过滤装置，所述回收与过滤装置连接送水管路，第二前夹紧辊和后挤干辊分别位于所述水射流单元两侧；

所述流量控制装置可调整两排水射流喷嘴的流量，所述喷嘴调节装置用以改变两排水射流喷嘴的喷射角度、靶距与处理面积，所述送水管路上设有流量控制装置，所述流量控制装置通过调整两排水射流喷嘴的流量，完成除鳞、降温和除尘；

所述水射流箱体底部设有回收与过滤装置，水经过过滤后进入水箱继续循环使用；

进一步地，所述系统还包括开卷机单元，烘干单元和卷取机单元，所述开卷机单元连接所述拉矫机单元，所述水射流单元通过所述烘干单元连接所述卷取机单元，所述后挤干辊设置在所述烘干单元和所述水射流单元之间；

进一步地，所述开卷机单元包括开卷机和与所述开机卷连接的导向辊；所述拉矫机单元还包括入口侧导位辊，五个矫直辊和渣滓回收箱，所述渣滓回收箱位于所述五个矫直辊下方，所述五个矫直辊通过所述入口侧导位辊连接所述导向辊；所述烘干单元包括烘干箱和出口侧导位辊，所述卷取机单元包括收卷调速电机和收卷机，所述出口侧导位辊一端通过所述烘干箱连接所述水射流单元，另一端通过所述收卷机连接所述收卷调速电机；

进一步地，一种冷轧带钢无酸除鳞方法，所述方法包括：

S1：获取带钢参数与除鳞要求；

S2：除鳞工艺控制模型对拉矫机单元进行压下量预设定；

S3：除鳞工艺控制模型对离心抛丸单元进行预设定，预设定数据包括抛丸粒径、工作角度、靶距、电机转速、抛丸流量；

S4：通过S3中所述的除鳞工艺控制模型预设定数据选择抛丸粒径，并将选好的抛丸置于抛丸料斗中；

通过S3中所述的除鳞工艺控制模型预设定数据对两组所述离心射流参数控制装置进行调整，通过楔形板与增厚板来调节两组离心射流除鳞装置的工作角度与靶距，同时改变除鳞工作面积；

S5：除鳞工艺控制模型预设定电机转速与单位时间抛丸用量；

S6：除鳞工艺控制模型对水射流单元进行预设定；预设定数据包括两排水射流喷嘴的喷射角度、靶距与流量；

S7：在线监测与反馈控制单元对拉矫单元出口、离心抛丸单元出口及水射流单元出口的带钢进行检测，检测数据反馈控制系统后分别对拉矫单元、离心抛丸单元、水射流单元进行在线调节，实现闭环控制；

拉矫机单元闭环调节量为拉矫机压下量，离心抛丸单元闭环调节量包括电机转速与抛丸用量，水射流单元闭环调节量包括喷射角度、靶距与流量；

进一步地，所述S1中的带钢参数包括钢卷材质、带钢宽度、带钢厚度与氧化层厚度，所述S1中的除鳞要求包括带钢处理速度、有效除鳞率与表面粗糙度。

本发明和现有技术相比所具有的有益效果在于：

1、本发明一种冷轧带钢无酸除鳞系统，由拉矫-抛丸-水射流三组单元协同工作，并与在线检测与反馈控制单元形成控制闭环，运行稳定安全，表面处理质量好、速度快、能耗低；

2、本发明一种冷轧带钢无酸除鳞系统，去除氧化铁皮同时还可有效除去表面非金属夹杂物，被处理的带钢无热变形；

3、本发明一种冷轧带钢无酸除鳞系统，不使用化学酸液，水与抛丸均可循环使用，环保性好，可节省大量的水资源，特别适合在缺水地方使用。

附图说明

图 1是本发明结构示意图；

图 2是本发明抛丸单元侧视图；

图3是本发明离心射流靶距控制主视图(原始角度)；

图4是本发明离心射流靶距控制侧视图(原始角度)；

图5是本发明离心射流正夹角-靶距控制主视图；

图6是本发明离心射流正夹角-靶距控制侧视图；

图7是本发明离心射流负夹角-靶距控制主视图；

图8是本发明离心射流负夹角-靶距控制侧视图；

图9是本发明水射流单元侧视图；

图10是本发明水射流单元参数调整示意图；

图11是本发明主要单元模块图；

图12是本发明除鳞方法及控制闭环示意图；

图13是本发明抛丸循环利用示意图；

图14是本发明水循环利用示意图。

1、开卷机，2、导向辊，3、入口侧导位辊，4、五个矫直辊，5、矫直调整装置，6、渣滓回收箱，7、抛丸除鳞箱，8、第一夹紧辊，9、后夹紧辊，10、四个橡胶防震辊，11、抛丸料斗，12、抛丸输送管路，13、抛丸流量控制装置，14、两组调速电机，15、两组离心射流除鳞装置，16、两组离心射流参数控制装置，17、抛丸收集箱，18、抛丸筛选与输送装置，19、两组吹扫装置，20、除尘装置，21、渣滓桶，22、水射流箱体，23、第二夹紧辊，24、后挤干辊，25、水箱，26、高压水泵，27、送水管路，28、流量控制装置，29、溢流阀，30、两排水射流喷嘴，31、喷嘴架，32、喷嘴调节装置，33、回收与过滤装置，34、烘干箱，35、出口侧导位辊，36、在线检测与反馈控制单元，37、调速电机，38、收卷机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例。

如图 1 -图14所示，一种冷轧带钢无酸除鳞系统，所述系统包括开卷机单元，拉矫机单元、离心抛丸单元、水射流单元、烘干单元、卷取机单元和在线检测与反馈控制单元36；

所述系统包括开卷机单元、拉矫机单元、离心抛丸单元、水射流单元、烘干单元和卷取机单元依次连接，所述拉矫机单元、离心抛丸单元和水射流单元均与所述在线检测与反馈控制单元36连接；

所述开卷机单元包括开卷机1和与所述开机卷连接的导向辊2；

所述拉矫机单元包括入口侧导位辊3，五个矫直辊4，渣滓回收箱6和矫直调整装置5，所述矫直调整装置5一端连接所述在线检测与反馈控制单元36，另一端连接所述五个矫直辊4，所述渣滓回收箱6位于所述五个矫直辊4下方，所述五个矫直辊4通过所述入口侧导位辊3连接所述导向辊2；

所述离心抛丸单元包括，抛丸流量控制装置13、两组调速电机14、抛丸输送管路12、两组离心射流参数控制装置16、两组离心射流除鳞装置15、抛丸除鳞箱7、第一前夹紧辊8、后夹紧辊9、四个橡胶防震辊10、抛丸料斗11、抛丸收集箱17、抛丸筛选与输送装置18、两组吹扫装置19、除尘装置20和渣滓桶21；

所述抛丸收集箱17位于所述抛丸除鳞箱7底部，所述抛丸筛选与输送装置18一端连接抛丸除鳞箱7，另一端分别连接抛丸料斗11和所述渣滓桶21，两组所述吹扫装置19设置在所述抛丸除鳞箱7末端，所述除尘装置20位于所述抛丸除鳞箱7外侧并连接所述抛丸除鳞箱7，四个所述橡胶防震辊10分别置于抛丸除鳞箱7内部前后两侧，所述第一前夹紧辊8和后夹紧辊9分别位于所述离心抛丸单元两侧，所述抛丸流量控制装置13一端通过所述抛丸输送管路12连接所述离心射流除鳞装置15，另一端连接在线检测与反馈控制单元36，每组所述调速电机14均一端连接一组离心射流除鳞装置15，另一端连接在线检测与反馈控制单元36；所述两组离心射流除鳞装置15分别通过两组离心射流参数控制装置16连接所述抛丸除鳞箱7；

所述水射流单元包括流量控制装置28、喷嘴调节装置32、送水管路27、两排水射流喷嘴30、水射流箱体22、第二前夹紧辊23、后挤干辊24、水箱25、高压水泵26、溢流阀29、喷嘴架31和回收与过滤装置33；

所述高压水泵26一端连接水箱25，另外一端分为两路，一路通过溢流阀29连接所述水箱25，另一端连接流量控制装置28；

所述流量控制装置28设置在送水管路27上，一端通过送水管路27连接两排水射流喷嘴30，另一端连接在线检测与反馈控制单元36；

所述喷嘴调节装置32一端连接两排水射流喷嘴30，另一端连接在线检测与反馈控制单元36；

所述喷嘴架31上设有喷嘴调节装置32，所述回收与过滤装置33设置在水射流箱体22底部，连接送水管路27，将过滤后的水送至水箱25，所述第二前夹紧辊23和后挤干辊24分别位于所述水射流单元两侧。

所述烘干单元包括烘干箱34和出口侧导位辊35，所述水射流单元通过所述烘干单元连接所述卷取机单元；

所述后挤干辊24设置在所述烘干单元和所述水射流单元之间；

所述卷取机单元包括调速电机37和收卷机38，所述出口侧导位辊35一端通过所述烘干箱34连接所述水射流单元，另一端通过所述收卷机38连接所述调速电机37。

一种冷轧带钢无酸除鳞方法，所述方法包括：

S1：获取带钢参数与除鳞要求；

S2：除鳞工艺控制模型对拉矫机单元进行压下量预设定；

S3：除鳞工艺控制模型对离心抛丸单元进行预设定，预设定数据包括抛丸粒径、工作角度、靶距、电机转速、抛丸流量；

S4：通过S3中所述的除鳞工艺控制模型预设定数据选择抛丸粒径，并将选好的抛丸置于抛丸料斗中；

通过S3中所述的除鳞工艺控制模型预设定数据对两组所述离心射流参数控制装置进行调整，通过楔形板与增厚板来调节两组离心射流除鳞装置的工作角度与靶距，同时改变除鳞工作面积；

S5：除鳞工艺控制模型预设定电机转速与单位时间抛丸用量；

S6：除鳞工艺控制模型对水射流单元进行预设定；预设定数据包括两排水射流喷嘴的喷射角度、靶距与流量；

S7：在线监测与反馈控制单元对拉矫单元出口、离心抛丸单元出口及水射流单元出口的带钢进行检测，检测数据反馈控制系统后分别对拉矫单元、离心抛丸单元、水射流单元进行在线调节，实现闭环控制；

拉矫机单元闭环调节量为拉矫机压下量，离心抛丸单元闭环调节量包括电机转速与抛丸用量，水射流单元闭环调节量包括喷射角度、靶距与流量；

所述S1中的带钢参数包括钢卷材质、带钢宽度、带钢厚度与氧化层厚度，所述S1中的除鳞要求包括带钢处理速度、有效除鳞率与表面粗糙度。

本发明冷轧带钢无酸除鳞系统在使用时步骤如下：

（1）获取带钢数据，包括钢卷材质、带钢宽度、带钢厚度与氧化层厚度，输入除鳞要求包括带钢处理速度、有效除鳞率与表面粗糙度，系统生成预设定数据并执行。

（2）工人根据预设定数据选择抛丸粒径，并将抛丸置于抛丸料斗11中；工人根据模型预设定数据对两组所述离心射流参数控制装置15进行调整，通过楔形板与增厚板来调节两组离心射流除鳞装置的工作角度与靶距，同时改变除鳞工作面积。

（3）开机运行。带钢自所述开卷机1进入，通过导向辊2与入口侧导位辊3，带钢进入到拉矫机单元。

（4）拉矫机单元获取预设定数据，矫直调整装置5通过其自带液压系统控制五个矫直辊4压下量，迫使带钢表面氧化层出现层裂。

（5）离心抛丸单元获取预设定数据，经由第一夹紧辊8夹送，带钢进入到离心抛丸单元。抛丸除鳞箱7内抛丸输送管路12上设有抛丸流量控制装置13，可改变上下两组离心射流除鳞装置15的抛丸用量，实现对带钢表面除鳞效果的调节。两组调速电机14可改变转速，以产生不同的离心力与推力，进而改变抛丸的打击速度，实现对带钢表面除鳞效果的调节。

图4中α1表示离心射流夹角正向增大后的角度，L1为离心射流原始靶距，L11为减小后离心射流靶距，L12为增大后离心射流靶距；图7中B1为离心射流原始处理长度， B11为靶距减小对应离心射流沿带钢方向的处理长度，B12为靶距增大对应离心射流沿带钢方向的处理长度。

图5中α2表示离心射流夹角正向增大后的角度，L2为离心射流原始靶距，L21为减小后离心射流靶距，L22为增大后离心射流靶距；图8中B2为离心射流原始处理长度， B21为靶距减小对应离心射流沿带钢方向处理长度，B22为靶距增大对应离心射流沿带钢方向的处理长度。

抛丸收集箱17位于抛丸除鳞箱7底部对抛丸进行回收，经过抛丸筛选与输送装置18，可循环使用的抛丸进入抛丸料斗11，不满足除鳞规格的抛丸进入渣滓桶21。

抛丸除鳞箱7末端设有两组吹扫装置19，防止处理后带钢表面的灰尘颗粒进入后夹紧辊9，影响其使用寿命。

抛丸除鳞箱7配有除尘装置20，除去抛丸打击除鳞过程中产生的灰尘，并可对系统降温。

抛丸除鳞箱7设有四个橡胶防震辊10，其中两个设置在所述抛丸除鳞箱7内部靠近带钢入口侧，另两个设置在所述抛丸除鳞箱7内部靠近带钢出口侧，削弱抛丸打击过程中带钢震动，维持抛丸除鳞稳定性。

（6）水射流单元获取预设定数据。带钢自离心抛丸单元的后夹紧辊9出来后，经由第二夹紧辊23夹送至水射流单元。水射流单元包括水射流箱体22，前夹紧辊23，后挤干辊24，水箱25，高压水泵26，送水管路27，流量控制装置28，溢流阀29，两排水射流喷嘴30，喷嘴架31，喷嘴调节装置32，回收与过滤装置33。

送水管路27上设有流量控制装置28，可调整两排水射流喷嘴30的流量，对除鳞效果进行调整。

喷嘴架31上设有喷嘴调节装置32，可改变两排水射流喷嘴30的喷射角度、靶距与处理面积，高压水射流进一步提高带钢表面除鳞效果，同时起到降温和除尘的作用。

图10中H1表示喷嘴与带钢表面的最小距离，喷嘴与带钢夹角为45°(最小)时喷嘴转轴与带钢表面的距离为L11，喷嘴与带钢夹角为90°(最大)时喷嘴转轴与带钢表面的距离为L12；图中H2表示喷嘴与带钢表面的最大距离，喷嘴与带钢夹角为45°(最小)夹角时喷嘴转轴与带钢表面的距离为L21，喷嘴与带钢夹角为90°(最大)夹角时喷嘴转轴与带钢表面的距离为L22。这样，通过喷嘴参数的调整，可得到不同的除鳞方案。

水射流箱体22底部设有回收与过滤装置33，水经过过滤后进入水箱25继续循环使用。

（7）水射流单元处理后的带钢，经后挤干辊24夹送至烘干单元，烘干单元包括烘干箱34和出口侧导位辊35，将水射流处理后带钢表面残余水分去除。

（8）带钢自出口侧导位辊35进入卷取机单元，所述卷取机单元包括调速电机37与收卷机38，完成对除鳞后带钢的卷取。

（9）带钢在上述（1）-（8）除鳞处理中，拉矫机单元、离心抛丸单元、水射流单元均与在线检测与反馈控制单元36检测数据形成控制闭环，执行控制量包括矫直调整装置5的压下量，抛丸流量控制装置13的抛丸流量，两组调速电机14的转速，流量控制装置28的水流量，喷嘴调节装置32的水射流靶距与角度。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。