【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 碳鋼、硅鋼、不銹鋼焊接過(guò)程同時(shí)閃光、加熱、熔化走行、急熱、熔化、焊焊接周期~60秒~60秒對(duì)板形要求較嚴(yán)較松焊接質(zhì)量好更好熱影響區(qū)較大較小熱影響程度較高較低焊縫寬、凸出、要清縫焊縫平窄（似線）勿需清縫軋制斷帶率≤%%焊極夾具2對(duì)無(wú)頂鍛力400KN無(wú)、輥壓力40KN焊接夾緊力800KN80KN清焊縫裝置有無(wú)內(nèi)部剪剪切精度 mm 清除廢渣裝置大、較復(fù)雜小、簡(jiǎn)單焊機(jī)長(zhǎng) m 重量~180噸≤130噸變壓器焊接630kW，供電800kW激光源 6KW輔助傳動(dòng)250kW110kW控制系統(tǒng)較復(fù)雜較簡(jiǎn)單基礎(chǔ)、安裝、開工費(fèi)高低維修量較多較少因此，本設(shè)計(jì)擬選用激光焊機(jī)酸洗的任務(wù)為清除黏附在帶鋼表面的氧化層。這種氧化層是熱軋和退火是產(chǎn)生的氧化鐵皮或經(jīng)水腐蝕產(chǎn)生的鐵銹。熱軋帶鋼表面產(chǎn)生的氧化鐵皮通常是三層結(jié)構(gòu)，外層為Fe2O3，中層為Fe3O4，內(nèi)層為FeO。帶鋼表面氧化鐵皮由于具有多孔和開裂的性質(zhì)，加上機(jī)械破碎而造成的裂紋，因此，帶鋼一進(jìn)入酸液，其表面三層氧化鐵皮便與酸同時(shí)起反應(yīng)。酸溶液一般用硫酸和鹽酸兩種（在有限的范圍內(nèi)也使用其它酸種。如：硝酸、氫氟酸、混合酸和磷酸）。[26]（1）硫酸的酸洗機(jī)理硫酸溶液與氧化鐵皮的反應(yīng)如下：Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2OFe3O4 + 4H2SO4 = Fe(SO4)3 + FeSO4 + 4H2OFeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O氧化鐵皮中三種鐵的氧化物均溶解于硫酸溶液，生成溶于水的硫酸鐵和硫酸亞鐵，從而去除了帶鋼表面的氧化鐵皮，該作用稱為溶解作用。硫酸溶液通過(guò)疏松的氧化鐵皮直接與鋼中的鐵起化學(xué)反應(yīng)：Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑鋼中的鐵與硫酸溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣，氫氣的膨脹壓力把氧化鐵皮從帶鋼上剝落下來(lái)，稱機(jī)械剝落作用。其加快了酸洗速度，減少硫酸的消耗。硫酸酸洗主要是靠機(jī)械剝離作用除去帶鋼表面的氧化鐵皮的。 （2）鹽酸的酸洗機(jī)理 鹽酸溶液與氧化鐵皮的化學(xué)反應(yīng)如下： Fe2O3 + 4HCl = 2 FeCl2 + 2H2O +O2↑Fe3O4 + 6HCl =3 FeCl2 +3 H2O +O2↑FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑（甚弱）鹽酸酸洗是以化學(xué)溶解為主，對(duì)金屬基體的侵蝕甚弱。實(shí)驗(yàn)表明，鹽酸酸洗速率約為硫酸酸洗的兩倍，而且酸洗后板帶鋼表面銀亮、潔凈。帶鋼連續(xù)鹽酸酸洗與硫酸酸洗相比較，有如下優(yōu)點(diǎn)[ 5 ]： ① 鹽酸能溶解三層氧化鐵皮，因而不產(chǎn)生酸洗殘?jiān)?，而用硫酸酸洗時(shí)，就必須經(jīng)常清刷酸槽并中和這些粘液；硫酸不易除去壓入板面的Fe2O3，從而會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的表面缺陷。而鹽酸則可以溶解這種軋入的氧化鐵皮。② 鹽酸基本上不腐蝕基體金屬，經(jīng)鹽酸酸洗后板面平滑、銀亮、無(wú)酸洗痕跡，不會(huì)發(fā)生過(guò)酸洗；鹽酸酸洗的鐵損比硫酸酸洗降低20%；硫酸酸洗時(shí)，金屬鐵在酸液中溶解時(shí)會(huì)生成氫，氫擴(kuò)散進(jìn)入板面，可能引起氫脆。③ 氧化鐵皮很容易溶解，易于除去，故不易引起表面酸斑，這也是鹽酸酸洗板面特別光潔的原因之一，而硫酸鐵因形成不溶解的水化物，往往使板面出現(xiàn)酸斑。④ 鋼中含銅也會(huì)影響酸洗質(zhì)量。在鹽酸中，銅不會(huì)形成滲碳體，故板面的銀亮程度不因含銅而降低。而在硫酸酸洗中，因銅滲碳體的析出而使板面烏暗，降低了表面質(zhì)量。⑤ 鹽酸酸洗速率較高，特別是在溫度較高時(shí)，鹽酸酸洗時(shí)間與硫酸相比有很大差別。⑥ 廢鹽酸和清洗廢液可以完全再生為新酸，循環(huán)使用，從而解決廢酸污染問(wèn)題。 根據(jù)以上所述，本設(shè)計(jì)選用鹽酸為酸洗液。隨著冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展，酸洗機(jī)組的布置形式不斷進(jìn)步。幾種典型的布置形式如圖21，22，23所示：(1) 半連續(xù)酸洗機(jī)組 圖21 半連續(xù)酸洗機(jī)組示意圖 半連續(xù)酸洗機(jī)組也稱推拉式酸洗機(jī)組。它的工藝操作工程是：帶鋼板卷經(jīng)開卷之后，隨之進(jìn)入矯直機(jī)矯直帶鋼，以保證帶鋼順利通過(guò)機(jī)組，被矯直的帶鋼經(jīng)酸洗槽內(nèi)的酸液除掉其表面的氧化鐵皮；隨后進(jìn)入清洗槽，以除去帶鋼自酸槽中帶出的殘酸，再經(jīng)熱風(fēng)烘干裝置將其表面烘干，最后經(jīng)過(guò)剪邊、切掉帶鋼頭尾舌頭并在卷取機(jī)上卷成帶鋼卷。推拉式酸洗是一種適用于中、小型冷軋廠的較為經(jīng)濟(jì)的帶鋼酸洗機(jī)組，特別是窄帶鋼酸洗。在這種酸洗機(jī)組中，可以將多達(dá)10條窄帶鋼并排酸洗，各帶鋼的長(zhǎng)度還可互不相同。同連續(xù)酸洗機(jī)組比較，半連續(xù)酸洗機(jī)組設(shè)備簡(jiǎn)化，沒(méi)有頭部的剪切機(jī)、拉矯機(jī)、焊機(jī)、活套車等設(shè)備，且輸送輥道和拉料輥的數(shù)目較少，大大的縮短了機(jī)組的長(zhǎng)度，減少了占地面積，提高了機(jī)組生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，縮短了建設(shè)周期，并簡(jiǎn)化了操作。同時(shí)生產(chǎn)的帶鋼品種也較多，因此其在一定程度上得到推廣。其主要缺點(diǎn)是不能并卷，因此，對(duì)于采用小卷重板卷的冷軋廠不推薦使用這種機(jī)組[4]。(2) 連續(xù)酸洗機(jī)組根據(jù)布置形式的不同，又可分為連續(xù)臥式酸洗機(jī)組和連續(xù)塔式酸洗機(jī)組。連續(xù)酸洗機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是：能開卷，機(jī)組生產(chǎn)能力大，年產(chǎn)在100～200萬(wàn)t之間，生產(chǎn)效率大大提高。其缺點(diǎn)是：投資大，占地面積大，設(shè)備較復(fù)雜，操作較難，維修費(fèi)用高，不適合較多品種帶鋼生產(chǎn)。1）連續(xù)塔式酸洗機(jī)組連續(xù)塔式酸洗機(jī)組，就是帶鋼連續(xù)在立式的塔中運(yùn)行時(shí)，將熱的鹽酸溶液噴射到帶鋼表面上，以去除帶鋼表面的氧化鐵皮的酸洗方法。典型的塔式機(jī)組示意圖如圖22所示：圖22連續(xù)塔式酸洗機(jī)組示意圖酸洗塔由幾個(gè)塔節(jié)組成，塔節(jié)用工程塑料或者玻璃鋼制成，塔頂上有塑料或玻璃鋼蓋。在單套塔中，塔的上部裝有一個(gè)襯膠的導(dǎo)輥，下部有兩個(gè)導(dǎo)輥。在塔的第3～5節(jié)上裝有帶孔的管道，酸液從孔內(nèi)噴射到帶鋼表面上。塔的下部與收集槽連在一起，收集殘酸。 連續(xù)塔式酸洗的優(yōu)點(diǎn)有：在酸液參數(shù)相同的條件下，噴射酸洗要比浸泡酸洗縮短一半的時(shí)間，且噴射到帶鋼表面上的酸液壓力越大，酸洗效果越好。與連續(xù)臥式酸洗機(jī)組相比，酸液用量更少，生產(chǎn)效率提高，且建筑長(zhǎng)度短，占地面積少。缺點(diǎn)有：其一，中部有一個(gè)高的酸洗塔，橋式吊車無(wú)法通過(guò)，使中部的一些設(shè)備和塔本身維修不方便，增加了停車檢修的時(shí)間；其二，塔內(nèi)帶鋼的對(duì)中比較復(fù)雜，尤其是有鐮刀彎的帶鋼；其三，帶鋼在塔內(nèi)斷帶時(shí)，重新穿帶比較困難；其四，帶鋼在塔內(nèi)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生比較大的擺動(dòng)，會(huì)打壞壓力噴嘴，損壞設(shè)備[4]；其五，如果塔的密封不好，則工作環(huán)境比較惡劣[5]。2）連續(xù)臥式酸洗機(jī)組帶鋼連續(xù)地通過(guò)盛有酸溶液的酸洗槽的酸洗方法。其示意圖如圖23所示：圖23 連續(xù)臥式酸洗機(jī)組示意圖連續(xù)臥式酸洗機(jī)組的工藝操作過(guò)程是：被送到機(jī)組的帶鋼卷，經(jīng)帶有彎曲輥、給料裝置和矯直機(jī)的開卷機(jī)將帶鋼端頭拆開、矯直并被送入鍘刀剪切掉帶鋼頭尾，再將切完頭尾的帶鋼送入焊機(jī)，將前后兩條帶鋼的端頭焊接起來(lái)，焊接處的焊縫通過(guò)焊機(jī)自身的光整機(jī)光整，然后拉料輥將帶鋼送入入口活套貯存，以備酸洗工藝段生產(chǎn)。入口活套內(nèi)的帶鋼由拉料輥拉出，送入酸洗槽酸洗。酸洗后清除掉氧化鐵皮的鋼板在漂洗槽中經(jīng)高壓水沖洗、毛刷刷洗除去表面殘酸，進(jìn)入烘干裝置將帶鋼表面烘干，而后經(jīng)拉料輥將帶鋼送入出口活套之中。出口活套內(nèi)的帶鋼經(jīng)拉料輥拉出，送入圓盤剪進(jìn)行剪邊，毛邊用圓盤剪下方的碎邊剪碎斷。剪邊后的帶鋼經(jīng)涂油機(jī)涂油后，由張力卷取機(jī)卷成鋼卷。與連續(xù)塔式酸洗機(jī)組相比其優(yōu)點(diǎn)有：維修方便，斷帶時(shí)穿帶較容易，帶鋼的對(duì)中相對(duì)簡(jiǎn)單，活套的使用使工藝穩(wěn)定性好，形成主流。其缺點(diǎn)有：酸洗效果相對(duì)較差，酸洗液的用量較多，酸洗效率也較低，且酸洗槽等設(shè)備占地面積也大，工程造價(jià)提高[4]。近年來(lái)，新建高產(chǎn)量冷軋廠均采用連續(xù)酸洗機(jī)組，這表明了冷軋帶鋼酸洗的發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)采用酸洗－冷軋聯(lián)合機(jī)組，該機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是：1　 節(jié)省設(shè)備投資，如可省去酸洗卷取機(jī)及冷軋開卷機(jī)等設(shè)備，而卷取機(jī)、開卷機(jī)兩項(xiàng)設(shè)備在技術(shù)上要求很高，減少這些設(shè)備對(duì)于冷軋聯(lián)合生產(chǎn)線十分有利；2　 實(shí)現(xiàn)冷軋無(wú)頭軋制，成材率明顯提高；3　 精減冷軋生產(chǎn)線工作人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；4　 減少?gòu)S房面積與設(shè)備總重量，省去酸洗與冷軋中間庫(kù)，一般可減少?gòu)S房面積5000m2；5　 由于酸洗－冷軋聯(lián)合機(jī)組機(jī)械設(shè)備的減少，機(jī)組傳動(dòng)容量降低，同時(shí)節(jié)約了能源。當(dāng)然，酸軋聯(lián)合機(jī)組也是有缺點(diǎn)的，如影響軋制速度的發(fā)揮，原因是酸洗與連軋機(jī)的速度還不能完全匹配，即酸洗速度一般只能在6m/s以內(nèi)。另外如果酸軋聯(lián)合機(jī)組某一部位的設(shè)備發(fā)生故障，就會(huì)造成全生產(chǎn)線的停產(chǎn)[5]。冷軋高效率臥式酸洗機(jī)組的建設(shè)已不成問(wèn)題，考慮到其突出優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)本設(shè)計(jì)232萬(wàn)噸的高年產(chǎn)量，選擇臥式酸軋聯(lián)合機(jī)組，以滿足大量生產(chǎn)需求。連續(xù)臥式酸洗工藝又可分為深槽酸洗工藝和淺槽酸洗工藝。深槽酸洗存在酸槽容積大，排酸和充酸過(guò)程耗時(shí)多，不利快速控制等缺點(diǎn)。淺槽酸洗技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的，與傳統(tǒng)的深槽酸洗技術(shù)相比，酸洗槽液位高度僅有150mm，而深槽的液位高度達(dá)1m。帶鋼在淺槽中酸洗無(wú)需形成，省去了活套控制。其工藝特點(diǎn)主要有：1　 淺槽酸洗的酸洗液是用酸液泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)的，酸液與鋼帶間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使與鋼帶接觸的酸液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終處在較高的狀態(tài)，其酸洗效率較高，是深槽酸洗的120%。2　 酸洗槽淺，槽內(nèi)的酸洗液量較少，酸液升溫所用的加熱時(shí)間短，熱耗量相對(duì)減少。因此，當(dāng)機(jī)組新開車和停產(chǎn)后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，等待酸液加熱時(shí)間短，可使機(jī)組停車時(shí)間較短，作業(yè)率提高；酸液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度的控制靈活，改變酸洗制度容易；機(jī)組一旦發(fā)生斷帶或其他故障時(shí)，酸槽放空及重新充酸所需時(shí)間短。3　 淺槽酸洗鋼帶在酸槽內(nèi)是用張緊裝置使其保持明顯的張力狀態(tài)，無(wú)自由懸垂活套。槽內(nèi)鋼帶張力大小控制容易，控制設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便，消耗的電能也少。4　 淺槽酸洗的設(shè)備投資比深槽酸洗的設(shè)備要低。紊流酸洗是目前世界上最先進(jìn)的酸洗工藝，它是在淺槽技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在酸槽里，酸液通過(guò)噴嘴噴出，使酸液在帶鋼表面高速流動(dòng)形成紊流，加速了物質(zhì)傳遞，帶鋼表面接觸的酸液不斷得到更新，促使氧化鐵與酸的反應(yīng)加快，縮短了酸洗時(shí)間。同時(shí)酸洗溶液在酸槽中以紊流的形式流動(dòng)，在鐵損量相同的條件下，酸洗時(shí)間僅為普通深槽酸洗的65%；能量消耗少，僅為深槽酸洗的70%；酸耗僅為深槽酸洗的25%；而熱交換系數(shù)為深槽酸洗的7倍。淺槽紊流酸洗無(wú)需垂直控制，因此操作簡(jiǎn)單。從上表不難看出，淺槽和紊流酸洗工藝有突出的優(yōu)勢(shì)，因此自20世紀(jì)90年代后建設(shè)的酸洗線大部分都采用了紊流酸洗工藝[5]。本設(shè)計(jì)采用淺槽紊流酸洗工藝。帶鋼酸洗后表面上殘存的酸液，在酸槽出口處被兩對(duì)擠干輥擠干之后，帶鋼表面上仍留有約10～50mL/㎡的殘酸液膜。如不進(jìn)行干燥而讓液膜留在帶鋼表面上，則游離酸就要與帶鋼表面的鐵發(fā)生反應(yīng)，腐蝕基鐵。當(dāng)液膜中的水或鹽酸蒸發(fā)時(shí)，含鐵量越來(lái)越多，以至有鐵析出，F(xiàn)e(OH)2水解，氧化變成Fe(OH)3，形成褐色表面層，這種帶鋼既不好看又不利于進(jìn)一步加工。另外，帶鋼在與空氣中的濕氣氧氣相接觸時(shí)，表面的氯離子不斷腐蝕金屬基體，造成嚴(yán)重的銹蝕。其反應(yīng)過(guò)程如下：1　 鹽酸腐蝕金屬鐵：Fe + 2HCl ＝ FeCl2 + H22　 氧化亞鐵的水解：Fe Cl2 + H2O ＝ Fe(OH)2+ 2HCl3　 氫氧化亞鐵的水解：2Fe(OH)2 + H2O + 1/2O2 ＝ 2Fe(OH)3為了防止帶鋼酸洗后的氧化銹蝕，必須很仔細(xì)地沖洗帶鋼表面上的殘酸。經(jīng)驗(yàn)證明，從最后一個(gè)沖洗槽出來(lái)的帶鋼表面上殘酸的濃度不得大于50mg/L。酸洗液中鹽酸濃度為200g/L，如果沖洗效率為100％的話，則要稀釋4000倍。一般，沖洗方式有直接沖洗和多組逆水流沖洗兩種。(1) 直接沖洗采用直接沖洗帶鋼表面的方式，要獲得滿意的沖洗效果，所需水量非常大，水資源嚴(yán)重浪費(fèi)，而且所需的水泵也太昂貴。(2) 多級(jí)逆水流沖洗在現(xiàn)代化的酸洗機(jī)組中，常采用多級(jí)逆流水沖原理，以便在保證水沖效果的前提下，大大降低耗水量，提高沖洗效率，降低成本。具體操作過(guò)程是帶鋼先后通過(guò)幾個(gè)相互分離的水槽，沖洗水與帶鋼逆流而行，并在最后一個(gè)槽不斷添加冷凝水，以沖洗稍微不清潔的帶鋼表面，多余的水則溢流到前一個(gè)沖洗槽中。為了改善各級(jí)的沖洗效率，各級(jí)沖洗水都進(jìn)行多次循環(huán)，并以固定的水量加壓噴射到帶鋼的表面上，這樣，沖洗效率幾乎可達(dá)100％[4]。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇多級(jí)逆水流沖洗方式。酸洗工藝中，酸溶液的溫度是影響酸洗速度有很大影響。因此，采用有效的加熱方式能夠達(dá)到最佳的酸洗效果。酸溶液的加熱方式通常有兩種，即：熱蒸汽直接吹入酸溶液加熱和間接蒸汽加熱。(1)蒸汽直接加熱直接蒸汽加熱酸溶液的方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、加熱速度快、酸溶液攪拌均勻等優(yōu)點(diǎn)。但蒸汽在加熱酸液的同時(shí)將自身的潛熱通過(guò)熱交換傳遞給酸溶液而溫度下降并冷凝成水，從而稀釋了酸溶液，不利于酸洗。此外，使用蒸汽直接加熱時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生較多的酸蒸汽，增加了抽風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷。 (2)石墨熱交換器間接加熱為避免直接蒸汽加熱時(shí)酸液的過(guò)分稀釋，新建的酸洗機(jī)組，特別是鹽酸連續(xù)酸洗機(jī)組，酸溶液的加熱都是通過(guò)采用石墨熱交換器進(jìn)行間接加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。酸溶液的間接加熱，通常有特伏龍管束間接加熱、列管式石墨加熱器間接加熱及塊孔式石墨熱交換器間接加熱等。在鹽酸淺槽酸洗機(jī)組中，多數(shù)廠家選用了塊孔式石墨熱交換器。其特點(diǎn)是以石墨塊體在不同方向加工出孔眼來(lái)作為熱交換的塊體，兩種介質(zhì)（蒸汽和酸溶液）在不同方向的孔眼中流過(guò)以達(dá)到換熱的目的。避免了加熱時(shí)造成的酸溶液過(guò)分稀釋，從而不影響酸洗過(guò)程及其質(zhì)量，熱損耗小等優(yōu)點(diǎn)；：其與直接加熱相比具有設(shè)備復(fù)雜、操作不易、加熱速度較慢等缺點(diǎn)