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【簡(jiǎn)介】
（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上?！?01299）
摘要：為滿足市場(chǎng)和冷軋薄板廠自身發(fā)展需求，進(jìn)一步增加產(chǎn)品規(guī)模、擴(kuò)大品種范圍，在食品包裝行業(yè)采用鍍鉻板代替鍍錫板。為便于鍍鉻板的生產(chǎn)，設(shè)計(jì)、組建、投產(chǎn)了連續(xù)鍍鉻機(jī)組。該機(jī)組經(jīng)三年時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐，其產(chǎn)能已達(dá)到設(shè)計(jì)水平，產(chǎn)品質(zhì)量滿足了用戶要求。對(duì)該機(jī)組作簡(jiǎn)要的介紹，以供同行參考。
關(guān)鍵詞：冷軋薄板；電鍍鉻；機(jī)組
中圖分類(lèi)號(hào)： TG150. 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B
文章編號(hào)： 1001-3849（2011）04-0022-04
引 言
食品包裝行業(yè)大多采用鍍錫板進(jìn)行包裝，但由于我國(guó)是錫資源稀缺的國(guó)家，鍍錫板的價(jià)格較高，為此尋求鍍錫板的替代品是食品包裝行業(yè)所迫切需要解決的問(wèn)題，根據(jù)國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，鍍鉻板（TFS）是最佳的選擇。鍍鉻板與鍍錫板相比具有鍍層薄、附著力好、耐蝕和良好的印刷性等特點(diǎn)，因此該種板材在國(guó)外已有30余年的應(yīng)用歷史，鍍鉻板在我國(guó)尚屬于起步階段，目前僅有少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)鍍鉻板，且其基板全部由韓國(guó)浦項(xiàng)和日本JFE進(jìn)口提供，其產(chǎn)量有限，因此限制了鍍鉻板的消費(fèi)和使用。
為適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)鍍鉻薄板的需求，某公司冷軋薄板廠于2005年開(kāi)始建設(shè)TFS連續(xù)電鍍鉻機(jī)組，該機(jī)組是某公司第一條鍍鉻機(jī)組，也是目前國(guó)內(nèi)速度最快、規(guī)格最薄、工藝最先進(jìn)的鍍鉻板專(zhuān)用生產(chǎn)線。該電鍍機(jī)組于2007年底建成并投入試運(yùn)行，至今已運(yùn)行了將近3年的時(shí)間，該電鍍鉻機(jī)組能夠生產(chǎn)最大寬度為1 050mm的鍍鉻板，實(shí)際生產(chǎn)能力已超過(guò)原設(shè)計(jì)的20萬(wàn)噸/年。機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)形貌如圖1所示。
該機(jī)組選用“兩步法”工藝和含氟化物型鍍液。主要工藝為：冷軋薄帶鋼首先在高濃度CrO3一步液中鍍金屬鉻、再在低濃度CrO3二步液中鍍氧化鉻，這樣可獲得厚度理想且均勻的鉻層和氧化膜。該鍍鉻工藝允許的電流密度大、Cr沉積效率較高，適合高速機(jī)組生產(chǎn)，該機(jī)組的技術(shù)參數(shù)如表1所示。
鍍鉻機(jī)組的組成與鍍錫機(jī)組十分相似，可分為入口段、工藝段和出口段，但其具有一定的特殊性，本文將對(duì)冷軋薄板廠的TFS機(jī)組構(gòu)成作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，以供國(guó)內(nèi)同行參考。
1 入口段
入口段包括上卷和卸卷、傳帶、焊接和活套等工序，所有工作實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，套筒和尾卷也可以自動(dòng)卸下。
1）開(kāi)卷機(jī) 采用懸臂漲縮式卷筒結(jié)構(gòu)。卷筒通過(guò)旋轉(zhuǎn)油缸可以漲開(kāi)和收縮，它由四塊扇形板、帶有斜鍥面的滑動(dòng)銅板、空心軸、拉桿等組成。第二套開(kāi)卷機(jī)輪流作業(yè)。
2）焊機(jī) 帶鋼經(jīng)雙層剪切除不合要求的頭部后，帶鋼頭部停留在焊機(jī)入口前面，待前鋼卷生產(chǎn)完后，在焊機(jī)處將前行鋼卷帶尾和后行鋼卷帶頭焊接起來(lái)，使生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行。
焊機(jī)采用窄搭接滾壓焊機(jī)，搭接量的設(shè)置根據(jù)帶鋼的厚度進(jìn)行調(diào)整，v焊接約15 m/min,在帶鋼中心線上，離焊縫80mm的位置進(jìn)行沖孔，以便焊縫檢測(cè)裝置探知焊縫的位置，方便對(duì)帶鋼進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。焊縫的焊接質(zhì)量主要通過(guò)檢測(cè)焊接溫度，在下焊輪處安裝有一個(gè)溫度探測(cè)器用于檢測(cè)焊接時(shí)的焊接溫度，對(duì)于焊接溫度沒(méi)有處在允許范圍內(nèi)的焊縫，焊機(jī)將自動(dòng)報(bào)警，進(jìn)行重焊。
在焊機(jī)操作中，為每種規(guī)格的鋼卷預(yù)先設(shè)置了焊接參數(shù)，包括鋼卷硬度等級(jí)、規(guī)格及搭接量。因此，操作人員可以對(duì)每種鋼卷進(jìn)行自控焊接，不需要手動(dòng)操作。
3）圓盤(pán)剪和廢邊卷取機(jī) 圓盤(pán)剪是將帶鋼從某一寬度向設(shè)定寬度連續(xù)剪切的機(jī)械裝置，其剪刀由安裝在帶鋼兩側(cè)的上下兩片刀組成。圓盤(pán)剪型式為雙刀頭旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，主要由固定底座、滑動(dòng)底座、開(kāi)口度調(diào)整裝置、主傳動(dòng)裝置、機(jī)架回轉(zhuǎn)裝置及圓盤(pán)剪本體（機(jī)架、連接軸、離合器、刀架箱、重疊量調(diào)整裝置、側(cè)間隙調(diào)整裝置）等組成。除固定底座和寬度調(diào)整裝置以外，其余均可分為操作測(cè)和傳動(dòng)測(cè)兩部分，兩部分的結(jié)構(gòu)和功能完全相同，左右對(duì)稱(chēng)。正確調(diào)節(jié)刀片的間隙和刀片的重疊量，對(duì)于延長(zhǎng)刀刃的使用壽命和保證帶鋼的切邊質(zhì)量是非常重要的。
在圓盤(pán)剪切邊過(guò)程中，為保證邊絲不被帶入鍍鉻機(jī)組，劃傷鍍槽內(nèi)的膠輥，在圓盤(pán)剪處增加了溜槽。
4）壓毛刺機(jī) 圓盤(pán)剪切邊時(shí)，在帶鋼邊部會(huì)留下毛刺，若邊部存在的毛刺進(jìn)入電鍍機(jī)組，會(huì)增加膠輥的磨損，膠輥磨損的磨屑進(jìn)入到鍍液中會(huì)污染鍍液，影響到鍍層的質(zhì)量，為此帶鋼剪邊后，用一臺(tái)壓毛刺機(jī)將帶鋼邊部的毛刺輾平。壓毛刺機(jī)由一個(gè)具有轉(zhuǎn)向輥功能的支撐輥和分別在工作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的壓毛刺輥組成。壓毛刺輥螺旋壓下，壓下量通過(guò)彈簧進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可由氣缸快速打開(kāi)。其壓毛刺效果主要由帶鋼邊緣的壓入量及毛刺輥壓力有關(guān)。
5）入口活套 入口活套為垂直活套，用于儲(chǔ)存入口段鋼卷切換時(shí)間所需要的鋼卷長(zhǎng)度存儲(chǔ)量，能夠滿足工藝段最大速度的需要量。入口降速、焊接、鋼卷切換和入口加速等順序控制完全自動(dòng)化。入口活套由安裝在底部的固定輥、安裝在活套小車(chē)上的移動(dòng)輥、移動(dòng)小車(chē)和提供帶鋼張力的驅(qū)動(dòng)裝置（馬達(dá)，減速器，卷輪）以及支撐頂部機(jī)械裝置的鋼結(jié)構(gòu)組成?；钐姿?nèi)有24個(gè)固定輥， 22個(gè)活動(dòng)輥，這些輥?zhàn)拥谋砻娑煎冦t，輥型為梯形凸輥，防止帶鋼跑偏。另外，在兩個(gè)小車(chē)中間設(shè)有糾偏輥，將帶鋼糾偏到正常位置?；钐姿b有極限位置保險(xiǎn)裝置，防止小車(chē)與活套相撞。
2 工藝段
1）拉矯機(jī) 鍍鉻成品板要求在任何條件下都保持帶鋼的平直度，特別是對(duì)于極薄規(guī)格的產(chǎn)品，不僅要使生產(chǎn)出的卷材表觀平直，而且要保證長(zhǎng)度方向上彎曲極小且切板后仍能保持平直。也就是說(shuō)，在得到這種彎曲極小的帶鋼的同時(shí)，還必須使其殘余內(nèi)應(yīng)力低而均勻，這樣才能確保鋼板在后道工序如橫切、縱切以及沖切后仍保持平直，實(shí)現(xiàn)這一功能的重任落在拉矯機(jī)的身上。拉矯機(jī)安裝在工藝段的入口，保證帶鋼良好的平直度，才可以使工藝段獲得穩(wěn)定的高速度和高質(zhì)量的電鍍層。此外，該拉矯機(jī)不僅可以消除C翹，也設(shè)置了消除L翹的多輥單元。為滿足不同運(yùn)行模式的要求，該拉矯機(jī)設(shè)置有三種運(yùn)行模式，即使用（延伸率控制）、不使用（張力控制）及釋放模式（焊縫通過(guò)拉矯機(jī)時(shí)）。
2）電鍍 TFS機(jī)組電鍍鉻采用的是二步法，該方法是先在鉻酐質(zhì)量濃度較高的鍍鉻液（150g/L）中沉積一層金屬鉻（δ為0. 01~0. 02μm），再在較低鉻酐質(zhì)量濃度（50g/L）的鍍液中沉積一層鉻的水合氧化物（δ為0. 015~0. 030μm），從而獲得具有良好耐腐蝕性和印刷性能的鍍鉻層[1-2]。
鍍鉻槽由1個(gè)預(yù)浸槽4個(gè)鍍鉻槽組成，在鍍鉻槽的后面，設(shè)置了2個(gè)回收槽，回收槽將鍍液回收，通過(guò)清洗來(lái)防止電鍍?nèi)芤罕粠С?。圖2為鍍鉻段工藝示意圖。
鍍氧化鉻段由1個(gè)預(yù)浸槽1個(gè)電鍍槽和3個(gè)沖洗槽組成。鍍氧化鉻段是鍍鉻工藝的最終環(huán)節(jié)，需要徹底清除板面，因此3號(hào)沖洗槽采用的是去離子水，而1#沖洗槽內(nèi)的鉻離子質(zhì)量濃度控制在30g/L以下，以確保鍍層質(zhì)量[3]。
為滿足連續(xù)電鍍和鍍液強(qiáng)腐蝕的特性，電鍍陽(yáng)極板采用鉛-錫合金，為了使帶鋼邊部不產(chǎn)生增厚的鍍層，陽(yáng)極板除有效面積外全部用3 mm厚的玻璃鋼包制，圖3為陽(yáng)極板結(jié)構(gòu)示意圖。為防止槽電壓的上升，極板的安裝保持一定的傾斜度，極板與帶鋼之間的距離在40~50mm之間。
由于鍍液的強(qiáng)氧化性，陽(yáng)極板表面的鉛-錫合金會(huì)被氧化，生成的氧化物會(huì)從陽(yáng)極表面脫落污染鍍液，因此采用陽(yáng)極護(hù)套。在鍍鉻機(jī)組中，鍍液的強(qiáng)氧化性會(huì)對(duì)與鍍液接觸的材料產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，因此在電鍍段采用大量的防腐蝕材料和防腐蝕技術(shù)，包括電極板、管道、槽體，防止CrO3和氟化物的腐蝕。
3）靜電涂油機(jī)
靜電涂油機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)式霧化器將油霧化，霧化器與高壓供電連接在一起，使霧化的油粒子帶上電荷。在旋轉(zhuǎn)式霧化器的作用下，油微粒形成一個(gè)均勻的分散煙霧，由于同性電荷排斥和異性電荷吸引的原理，煙霧中帶電粒子和接地帶鋼之間形成靜電引力，霧化油被吸附到移動(dòng)的帶鋼上。霧化油的均勻性保證了在整個(gè)帶鋼寬度上的均勻沉積。涂油裝置利用壓力泵供油，每個(gè)噴霧器噴出精確的涂油量，而且流量控制與帶鋼速度成比例。
3 出口段
1）出口活套 出口活套用于儲(chǔ)存出口段鋼卷切換時(shí)間所需要的鋼卷長(zhǎng)度存儲(chǔ)量，能夠滿足工藝段最大速度的需要量。出口降速、鋼卷切換和出口加速等順序控制完全自動(dòng)化。
2）表面缺陷檢查 帶鋼表面缺陷檢查儀安裝在電鍍鉻出口段。該設(shè)備可以識(shí)別帶鋼表面不同的缺陷，包括白點(diǎn)、淬水斑、木紋、劃傷及凹坑。該設(shè)備基于多功能高速照相機(jī)和快速圖像處理能力。另外，還能自動(dòng)儲(chǔ)存缺陷數(shù)據(jù)，包括各種缺陷的位置信息等可以識(shí)別。
3）出口鋼卷處理 出口段帶鋼剪切由滾筒剪實(shí)施，包括樣品取樣和分卷。飛剪可以240m/min的速度進(jìn)行分卷，以100m/min的速度進(jìn)行剪切焊縫和取樣。剪切長(zhǎng)度和剪切數(shù)量還可以自由設(shè)定，樣品采用電磁皮帶分選，被集中收集在樣品箱內(nèi)。在出口處安裝了兩套卷取機(jī)，卸卷、傳帶及通道選擇完全自動(dòng)化，包括卷取鋼卷的套筒也可以自動(dòng)裝上。
4 電氣和自動(dòng)化
電鍍鉻機(jī)組配置了從L0到L3的自動(dòng)化系統(tǒng)，L0覆蓋傳動(dòng)、能源供給和介質(zhì)測(cè)量。其數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理形成易于在HMI上操作的格式固定的有效數(shù)據(jù)，例如張力、電鍍電流及軟熔溫度等狀態(tài)信息。1級(jí)機(jī)上的信息集中存儲(chǔ)在線提供給2級(jí)機(jī)使用，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量能自動(dòng)控制。3級(jí)機(jī)根據(jù)用戶的需求，控制全廠的生產(chǎn)，包括安排生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)度和及時(shí)交貨。通過(guò)這種方式，跟蹤生產(chǎn)的整個(gè)流程，不僅滿足更高的質(zhì)量需求，而且可以完成連續(xù)生產(chǎn)的任務(wù)。
5 安全和環(huán)保
電鍍鉻機(jī)組在設(shè)計(jì)過(guò)程中首要考慮的是環(huán)境友好性的問(wèn)題，對(duì)操作員工的安全和健康及環(huán)境保護(hù)作了充分的考慮。整個(gè)電鍍系統(tǒng)在密封的環(huán)境下進(jìn)行，槽蓋采用密封設(shè)計(jì)，電鍍過(guò)程產(chǎn)生的煙霧可以被廢氣系統(tǒng)排出，槽內(nèi)保持一定的負(fù)壓。各種化學(xué)原料集中管理，配置采用自動(dòng)化操作，鍍液成分的控制也自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，電鍍機(jī)組產(chǎn)生的廢液全部排放到能介車(chē)間集中統(tǒng)一處理。最大程度降低鉻對(duì)操作人員的危害，以及對(duì)環(huán)境的污染。
6 結(jié) 論
某公司冷軋薄板廠TFS機(jī)組于2007年底完成調(diào)試工作，機(jī)組的平均速度為400~450 m/min,達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。但由于鍍液的強(qiáng)氧化性，機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了一些對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響的問(wèn)題，經(jīng)工廠技術(shù)人員和國(guó)內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)的共同協(xié)作攻關(guān)，目前機(jī)組能穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力，產(chǎn)品的質(zhì)量滿足用戶要求，產(chǎn)品已出口到多個(gè)國(guó)家。
參考文獻(xiàn)
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