浅谈常化酸洗机组关键工艺设备选型_许彦波.pdf

通信作者：许彦波（），男，教授级高级工程师；：；收稿日期：浅谈常化酸洗机组关键工艺设备选型许彦波，刘健，易正鑫，康健（中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 ；山西太钢不锈钢股份有限公司 冷轧硅钢厂，山西 太原 ）摘要：常化酸洗是生产高牌号高磁感无取向硅钢和高磁感取向硅钢不可或缺的一道工序。本文介绍了常化酸洗机组关键工艺设备选型，从生产工艺角度对焊机、常化炉、酸洗段等关键工艺设备的选型给予了一些建议，为以后类似机组设计提供了参考。关键词：硅钢；常化酸洗；工艺设备中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；硅钢是金属功能材料中用量最大的一种软磁合金，一度被称为“钢铁产品中的艺术品”。由于其制造工艺和设备复杂，成分控制严格，要求极低的杂质含量，制造工序长，影响性能因素多，是一个国家特殊钢制造技术水平的标志。硅钢产品主要向低铁损、高磁感和薄规格等几个方面发展，而无论是高牌号高磁感无取向硅钢，还是高磁感取向硅钢的生产，常化酸洗都是不可或缺的一个关键环节，是降低铁损、提高磁感的必要工序。一般通过常化工艺后，可使带钢强度降低，达到所需的晶粒织构，也便于后续冷轧。对于取向硅钢，常化工艺还可以使抑制剂重新固溶，起到细化抑制剂颗粒作用，也基本决定了钢种最终的组织和磁性能。常化酸洗机组概况常化酸洗机组用于对高牌号高磁感无取向硅钢、高磁感取向硅钢进行常化、抛丸、酸洗及切边等处理，其常规生产工艺流程如下：上卷开卷矫直切头焊接（挖边）常化处理吹边烘干喷丸处理酸洗漂洗及吹边烘干边部加热切边及碎边处理分切卷取入库。在这些生产工艺流程中，最为关键的环节是常化处理和酸洗处理，常化处理是一种正火工艺，通常是把带钢加热至奥氏体化的某一温度并保温一段时间，然后在空气中冷却，最后得到细小珠光体组织的一种热处理工艺。酸洗则是带钢以一定速度通过一定浓度、温度的酸液，通过化学方法去除表面的氧化铁皮。硅钢的酸洗，还需要先进行抛丸机械处理，达到预先处理氧化铁皮的目的。机组关键工艺设备选型作为常化酸洗机组，常化与酸洗是机组最为关键的工艺设备，此外焊机、抛丸机、切边及边部处理等也影响整条生产线的生产运行，设备选型 年月第卷 第期电工钢 也非常重要。焊机焊机用于将前行带钢尾部与后行带钢的头部焊接在一起，保证带钢连续不断。对于连续处理生产线常用的焊机有窄搭接焊机、激光焊接机和氩弧焊机。考虑到常化酸洗机组处理的高牌号高磁感硅钢的带钢厚度范围在 以内，其含 的质量分数一般大于，的质量分数在 ，和 含量高，焊接性能都会比较差，为确保机组全线运行过程中不断带，可采用激光电弧复合焊机。该复合焊机综合了激光与电弧焊的综合效果，焊缝质量稳定可靠，尤其适合于这种特种钢的焊接。此外，激光电弧复合焊机采用了全自动焊接技术，可实现一键自动焊接；采用了固体激光器，不仅成本低，而且维护简单；焊机配置了高精密双切剪及其驱动机构，可确保稳定的钢板剪切断面质量，确保焊接准确对接。常化炉 的质量分数 的无取向硅钢需要进行常化处理，也就是对高效、高牌号无取向硅钢进行常化，其主要目的是为了使晶粒均匀和析出物变大，防 止 瓦 棱 状 缺 陷，提 高 最 终 产 品 的 磁 性能，再经缓冷至 以下，然后用水冷却下来。对于取向硅钢而言，常化处理的目的主要是能够改善组织，使热轧板的组织更加均匀，再结晶晶粒更多，同时能够改善取向硅钢中抑制剂粒子的析出状态，得到细小而均匀的析出相，从而增强抑制剂的效果。因此，在 下氮化物弥散分布溶解加快，再经缓冷至 左右（大部分铁素体），从奥氏体向铁素体转变中，充分固溶。而后再经 水喷雾，弥散的 在冷却下会快速析出。简单而言，常化对于无取向硅钢需要先加热，再进行保温，然后进行常规冷却；对于取向硅钢需要高温加热、缓冷再保温，然后快冷。因此两种不同硅钢常化工艺制度不一样。为了减少设备投资，国内有部分生产线将其做成取向无取向硅钢兼容的常化炉。其投入情况如表所示。表兼容的常化炉生产取向无取向硅钢投入情况产品加热段管冷均热管冷喷雾冷却喷淋冷却水套冷却喷淋冷却无取向加热保温保温冷却水套冷水套冷冷却冷却取向加热冷却保温保温冷却冷却空过空过虽然这种取向无取向硅钢兼容的常化生产线也有一定的局限性，如生产取向硅钢时保温需要电阻带加热（进行保温），但冷却管却往外辐射热量造成能源浪费，生产取向硅钢需安装喷雾管等问题。如果取向无取向硅钢产品一直共存，这种方式是比较节省生产线投资的方式；如若产量规模较大或产品单一（只生产取向硅钢或只生产无取向硅钢），专业化常化生产线是长期稳定运行的最佳选择。抛丸处理抛丸机也是常化酸洗机组的关键设备，用于去除表面氧化铁皮，从其他同类项目来看，抛丸机质量稳定可靠对机组运行至关重要。对于高牌号高磁感无取向及高磁感取向硅钢而言，其表面的氧化层除了含有、之外，还有一层致密的尖晶石结构的硅氧化物，其处于氧化铁皮与基体界面处形成 （铁橄榄石），并在基体表面形成弥散的 内氧化物颗粒。并且硅钢含硅量高，有脆和硬的特点，采用拉矫机进行破鳞处理无法满足生产要求。为此高牌号高磁感无取向及高磁感取向硅钢采用抛丸机进行抛丸破鳞，一方面去除部分表面的氧化铁皮，另外一方面剩余的氧化铁皮与基体结合面变得松散，剩余氧化铁皮也稀松或破碎，为后续酸洗提供较好的条件和基础。一般而言，通过抛丸处理之后，带钢表面氧化铁皮去除率可达到 以上。如图所示，抛丸机利用丸粒喷射打击带钢。抛丸机内变频电机驱动抛头，喷射带钢上下表面，抛头的转速可调，连续的丸粒喷射速度随抛头旋转速度而变化，从而可使带钢表面喷丸清理达到效果。所选用的抛丸机设置多个抛室，一个抛室常配置个抛头，单个抛头丸粒量最大可达 。根据抛丸效果和使用经验来看，生产线线速度每 配置一个抛室。酸洗及漂洗虽然采用抛丸初步去除表面氧化铁皮，以及疏松了氧化铁皮层，但是仍需进一步酸洗才能去第期许彦波，等：浅谈常化酸洗机组关键工艺设备选型图抛头旋转带动丸粒喷射除氧化层。如图所示，高牌号高磁感无取向硅钢及高磁感取向硅钢中，在氧化铁皮层与基层之间结合面形成了铁橄榄石（），会钉扎到基层和氧化铁皮层，使硅钢表面粗糙不平，酸洗很困难，另外 难溶于 酸，也会增 加 酸 洗的 难度。图带钢表面氧化铁皮分布为解决难酸洗的问题，酸洗槽采用多段浅槽紊流酸洗槽和四级漂洗槽组成的酸洗漂洗系统，这样基本实现酸洗时间 左右，酸洗时各段酸液温度 不等，酸液浓度 左右。同时加大水的漂洗量，可有效清除表面残存的 ，降低带钢表面发黄。另外，关于酸洗槽，普遍认为第一段酸槽主要是吸热作用。经现场测量，经组抛室均投入使用状态下，抛丸机入口到出口有 左右的温升，即从常化炉喷淋冷却再烘干之后的带钢温度为 左右，带钢进入酸洗槽入口温度约 左右。也就是说，经过了紧接着抛丸处理之后进入酸洗槽，带钢约 的温升，带有抛丸的硅钢酸洗酸槽与常规酸洗相比吸热量要小。切边及边部处理为了减少对后工序的影响及便于轧制，机组设置了圆盘剪及碎边剪。常采用圆盘剪先切边，而后通过碎边剪，对切边进行碎断处理。因高牌号高磁感无取向硅钢及高磁感取向硅钢硅含量高，边部缺陷较多，极易断裂，因此切边之后的边部难以进行卷取，不宜采用废边卷取，常采用碎边进行废边处理。目前某公司开发了一款针对切边废料进行撕碎的装置，该装置对切边后废料沿导料槽进入碎料机，通过碎料机进行废边撕碎，再通过碎料皮带转运至废料斗中。这种装置可彻底解决废边卷取人工引料、碎料运行卡阻、剪刃消耗过快等问题。圆盘剪和碎边装置有设置在机组入口（入口活套前），也有设置在机组的出口（出口活套之后）。有关圆盘剪和碎边剪设置在常化酸洗机组入口还是出口问题一直有一定的争议。表为圆盘剪和碎边剪设置位置的对比，可作为选择设置位置的参考。表圆盘剪和碎边剪设置位置对比序号对比内容圆盘剪设置在机组入口圆盘剪设置在机组出口对轧制影响经常化后能消除边部应力，减少断带概率。常化后切边，有增加边裂的可能性，边裂加大后易造成断带。对切边及剪刃影响由于来料板型差，不易切边，很费剪刃。经常化后，板型改善，应力消除，易切边，剪刃消耗量小。对机组能耗影响边部不要常化和酸洗，机组能耗会降低。边部需要常化和酸洗，机组能耗会增加。活套套量影响更换剪刃对入口活套讨论有影响。更换剪刃对出口活套套量有影响。随着常化酸洗机组高速高产化，在投资允许情况下，可设置一条专用预处理切边机组，对热轧钢卷进入常化酸洗机组前进行带钢切边处理。这样可消除边部缺陷问题对常化酸洗的影响，提高电工钢第卷常化酸洗的作业效率，减少后续轧制断带的概率，降低机组能源消耗。结语硅钢常化酸洗机组综合了多生产工序在一条连续生产线，关键工艺设备的选型是常化酸洗机组设计的重要依据。焊机、抛丸机、切边及边部处理装置、常化炉及酸洗段是常化酸洗机组关键工艺设备，对这些工艺设备的选择应从生产工艺需求来确定设备选型。）焊机是保证机组连续生产的关键设备，为防止生产线断带，可选择激光电弧复合焊机；）常化炉是改善硅钢性能及组织的工艺段，根据生产规模和产品单一性来确定，慎重选用取向无取向硅钢兼容的常化炉；）高牌号高磁感无取向硅钢、高磁感取向硅钢表面氧化铁皮处理困难，需抛丸处理后再经一段时间的酸洗，才能去除氧化铁皮和铁橄榄石；）圆盘剪及碎边剪也是常化酸洗机组，其设置位置需根据机组实际情况决定，也可单独设置一条预处理切边机组。参 考 文 献何忠治，赵宇电工钢北京：冶金工业出版社，：，陈龙宫，黄伟酸洗工艺与设备北京：冶金工业出版社，：王婷取向、无取向硅钢兼容性常化炉设计工业炉，（）：刘小江 热轧无取向硅钢高温氧化行为及其氧化铁皮控制技术的研究与应用 沈阳：东北大学，：刘天浩，宫永凤，张伟，等 抛丸机在常化酸洗线的应用矿冶，（）：，易正鑫，况群意，许彦波，等 高牌号无取向硅钢酸洗工艺的研究 电工钢，（）：第期许彦波，等：浅谈常化酸洗机组关键工艺设备选型