连退高速薄带钢在电解清洗段断带原因与对策

刘冰扬

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200)

连退高速薄带钢在电解清洗段断带原因与对策

刘冰扬

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200)

对薄带钢高速通过立式电解槽时断带的原因进行分析。在不影响电解清洗效果的前提下，通过对电极板母排结构的改造来增大允许带钢抖动的空间；对电极板结构改进和张力优化来减小带钢摆动的幅度。

带钢；高速；电解；电极板；断带

0 前言

带钢在清洗段稳定运行是炉区高速生产的基本保证，京唐1420冷轧连退线使用的是立式清洗段，由三个喷洗立式槽、两个电解立式槽、三个刷洗卧式槽和两个热水漂洗卧式槽组成。自2014年提速生产以来发生多起带钢在清洗段断带的事故，且断带发生部位集中在电解立式槽，严重制约了生产线的高速稳定运行。通过对清洗段的电极板等设备进行改造后，该问题得到有效解决，至今再未发生同类断带事故。

1 电解清洗设备和原理

带钢在轧制后表面会附着一些轧制油、铁粉、乳化液等污染物，这些污染物会导致炉辊表面结瘤[1]，造成带钢表面压痕或划伤，影响带钢表面质量。这些污染物的清除依靠清洗段来完成[2]。京唐冷轧连退机组采用立式电解清洗型式，主要由转向辊、稳定辊、沉没辊和电极板组成，带钢位于电极板中间(图1)。立式电解的主要特点是占地面积小、清洗质量较好；但由于立式带钢行程较长易摆动，出现断带故障，处理时间较长。

1，2.带挤干辊的转向辊 3.转向辊 4，5.稳定辊 6,7.沉没辊 8,9.电极板图1 立式电解槽示意图Fig.1 Diagram of vertical electrolytic cell

清洗段一般采用化学清洗+电解清洗+物理清洗的方式，电解清洗相较于化学清洗，速度更快，除油更彻底[3]。电解清洗是将带钢通过热的强碱溶液，在带钢表面产生电解效应去除带钢表面的油、铁粉和其他松散杂质[4]。电解清洗时带钢本身并不直接带电，而是借助于通直流电的电极板的电磁感应，使带钢带电而发生电解反应。电解清洗实质是电解水的过程[5]。

当带钢作为阴极时，其表面发生还原反应并析出氢气：4H2O+4e=2H2↑+4OH-

当带钢作为阳极时，其表面发生氧化反应并析出氧气：4OH-+4e=2O2↑+2H2O

发生反应时，带钢表面相应的析出氢气或氧气的气泡，随着气泡的胀大，将杂质与带钢分离。当带钢为阴极时，除油效果好，但容易发生氢气渗入钢基内引起钢体氢脆。当带钢为阳极时，不会发生氢脆且能去除表面残渣，但当碱浓度低、温度低和电流密度高时，带钢容易产生斑点[6]。在实际生产过程中，为利用其优势，通常每过一卷钢交换电极板的极性。

2 电解槽断带原因分析

通过对比几次电解槽内断带的情况可以发现，带钢的断口形状十分一致，说明造成这几次断带的原因相同。根据带钢断口形状(图2)分析，断口边部有短距离斜坡，表明带钢断裂前被撕出裂口，断带中部整齐说明带钢是在大张力下由裂口处撕断。

检查电解槽内设备时发现，电极板上安装的衬条有明显刮蹭痕迹(图3)，个别位置已经被整体切断(图4)，刮蹭位置与带钢宽度相吻合。

电解立式槽高约7.4 m，稳定辊位于5.8 m处。带钢在沉没辊与稳定辊间行程较长，高速的薄带钢在张力和液体双重作用下会出现幅度明显的“抖动”。在高速通过电极板之间时，摆动的带钢边部与电极板衬条刮蹭产生裂口，随后在张力下撕裂导致断带。

图2 断带带头 Fig.2 Head of the broken belt

图3 刮痕Fig.3 Scratch

图4 衬条 Fig.4 Ledge

3 解决方法

3.1 增大电极板间距以增加允许带钢“抖动”空间

3.1.1 拆除电极板上的衬条

此处安装的衬条材质为PP聚丙烯，具有良好的抗酸碱腐蚀性、抗溶解性，在电极板上安装衬条的目的是为了防止带钢抖动与电极板接触造成短路、避免带钢被熔蚀。但其硬度较高与运行速度高于600m/min的薄带钢刮蹭时，极易将带钢刮出裂口。将其拆卸后在原位置粘贴10mm厚的绝缘胶条，既可以达到防止带钢与电极板直接接触，又消除了将带钢撕裂的隐患。

3.1.2 改进电极板母排的结构

薄带钢在高速运行时的“抖动”是不能完全消除的，增大电极板的间距相当于增大了带钢“抖动”幅度的可容度。原设计电极板间距为200 mm，两侧分别安装有20 mm厚度的衬条，所以允许带钢抖动的幅度最大为160 mm。根据槽体的宽度，改变电极板母排的结构可以将电极板间距增大为260 mm，将衬条更换胶条后，允许带钢“抖动”的最大幅度达到240 mm，相比于原来的160 mm扩大了50%。

调整电极板间距的同时需要保证电机清洗效果不变。电解清洗段整流器的输出电流设定值根据以下公式进行计算[7]：

式中，Iref为电流设定值A；Imax为最大电流A；b为实际带钢宽度，mm；bmax为最大带钢宽度mm；V为机组实际速度，m/min；Vmax为机组最高速度，m/min；X为电流补偿值，0～+200%。

电解过程的综合电阻R对系数X的影响最大。如果增加极板间距，则极板之间的电阻增加，电流会减少，电解效果会有影响。但是这种影响可以通过增加电压(最高到达36 V)或者电解液浓度的方式来补偿。

物体的电阻计算公式为[8]

式中，R为电阻，Ω；ρ为电阻率，Ω·m；S为截面面积，m2；L为长度，m。

目前使用参数：电解整流器为4×6000A；电解清洗最大电压为36 V；最大电流为2 697 A；电解液浓度为50 g/L；电导率为70 S·m-1；实际速度为740 m/min；最大带钢宽度为1 250 mm。

根据以上公式，要想保证清洗效果不变，即要保证调整前后电阻不变，电极板之间的距离扩大60 mm后，电导率相应应该调整为97 S·m-1。

3.2 减小带钢“抖动”幅度

3.2.1 改进电极板结构

对于高速薄带的电解清洗来说，带钢“带液”现象比较严重。尤其是对于电解槽来说，如果电极板为整块钢板，那么带钢的“带液”将反复冲击电极板和带钢，导致带钢“抖动”加剧。通过在电极板上加工规则排列的直径为50 mm的圆孔(图5)，可以大幅降低液体对电极板和带钢的冲击，从而达到减小带钢抖动的目的。

图5 改进后的电极板 Fig.5 Improved electrode plate

3.2.2 优化清洗段张力

连退机组立式电解槽带钢行程较长，速度又高，带钢的张力控制不稳会导致带钢跑偏和抖动，解决办法是对整个清洗段的张力进行软特性控制。由于清洗段距离过长，清洗段入口的张力并不等于出口的张力[9]，而且清洗段刷辊挤干辊很多，清洗各段的张力无法通过直接控制，可以在电解两个立式槽中间的2号转向辊处(图1)安装一套张力计，用于检测清洗段中部张力，为清洗段内部张力优化提供参考，而且可以增加此处失张与产线快停的连锁条件，防止带钢在清洗段内部断带。

带钢的抖动幅度与带钢厚度、所处高度也有关系，带钢厚度越大，固有频率越大，振幅越小。随着带钢高度的增加，带钢的固有频率呈现下降趋势，振幅呈上升趋势。可以根据不同厚度优化张力系数(表1)，在清洗段升速冲套前，根据带钢厚度和清洗段运行速度计算张力值，以减小带钢摆动[10]。

表1 各区域张力系数

4 结语

本文介绍了连退线高速薄带钢通过立式电解清洗槽断带的原因，以及针对此问题进行的相应改进措施。实践证明，通过上述的几点措施可以有效的解决带钢与电极板刮蹭的问题。自实施后至今再未发生类似的故障，大幅降低了清洗段断带停机时间，有效保证了带钢在清洗段稳定高速的运行。

[1] 刘丹，张民. 首钢连退清洗工艺的改进[J]. 轧钢, 2012, 29(4): 53-55.

[2] 肖文照, 侯煜, 王海珍. 连续退火线清洗段带钢跑偏问题分析及解决方案[J]. 传 感器世界, 2013(1): 38-40.

[3] 王业科. 冷轧带钢的电解碱洗工艺及设备[J]. 轧钢, 2001, 18(3): 30-32.

[4] 戴学诚. 冷轧带钢的现代电解清洗工艺[J]. 上海金属, 2007, 29(2): 48-53.

[5] 李娜, 周昌勇. 电解清洗技术在冷轧硅钢带表面处理中的应用[J]. 现代冶金, 2010, 38(2): 54-56.

[6] 李伟.带钢连退线清洗段的设计与研究[J]. 重型机械, 2015(2)：45-47.

[7] SMS, SIEMAG. CAL No.3 Continuous Annealing Line Functional Description-Electrolytic Cleaning Section [R]. 2012.

[8] 叶伟国, 余国祥.大学物理[M]. 北京：清华大学出版社,2012.

[9] 李珂. 双张紧辊组配置下连退机组清洗段的张力控制模式探讨[J]. 宝钢技术, 2011(2)：68-71.

[10]张哲, 林森木,徐波,等.一种连退清洗段变张力控制方法[P]. 中国:CN201310720252.7, 2014-4-16.

国内首套复合盾构机主轴承装机下线

中铁隧道集团和洛轴强强联合攻克行业难题

11月26日，我国首台使用国产主轴承的再制造盾构机在合肥顺利下线。这标志着，中铁隧道集团与洛阳LYC轴承有限公司(下称洛轴)联合攻克盾构机主轴承自主研制瓶颈，实现盾构机主轴承国产化，结束我国类高端轴承长期依赖进口的局面。

盾构机被广泛用于城市轨道交通建设、铁路及公路隧道工程、引水工程中。目前，大量盾构机面临性能下降严重、使用成本不断增加甚至报废的问题，对其实施再制造，具有显著的社会效益和经济效益。但是，盾构机关键部件——主轴承制造技术，一直被国际少数知名轴承企业所垄断，是盾构机再制造的瓶颈。

2014年，中铁隧道集团开创性采用科研+制造订单式生产模式，与洛轴强强联合，充分发挥双方各自优势，利用盾构及掘进技术国家重点实验室和航空精密轴承国家重点实验室创新平台，联手向盾构机主轴承国产化发起冲击。

“经过攻关，我们在原材料设计、轴承结构设计、热处理技术研究、精密制造技术、检测技术及装配技术等方面实现了突破，创立了原材料设计等6项自主知识产权及盾构机主轴承材料、加工、检测等多项专用标准。”洛轴相关负责人介绍，此次下线的主轴承直径2.6米，可以满足直径6米至7米的盾构机连续工作1.5万小时以上。这说明，我国已掌握盾构机主轴承制造技术，打破了少数跨国公司的技术垄断，为实现盾构机整机全面国产化迈出了关键的一步。

国家工业和信息化部节能与综合利用司综合处处长王孝洋，中国工程机械工业协会常务副会长苏子孟，中铁隧道集团党委书记、董事长于保林、洛轴总经理孙其林等出席了当天再制造盾构机下线仪式。

中铁隧道集团党委书记、董事长于保林表示，中铁隧道较早进入盾构施工领域，目前保有各类全断面隧道掘进机87台套。该单位以恢复和提升原机性能为标准，在多年探索中形成了盾构再制造“八步法”标准工作流程，制定了盾构的检测制度和标准，引入了专业设备监理工作机制，有效地解决了“再制造标准”、“市场认可”、“专业分包”、“部件检查”等方面的问题，成为国家认可的盾构再制造试点单位和行业主导企业。2016年，国家工信部明确了盾构再制造试点单位，中铁隧道集团是唯一一家施工企业被列入盾构再制造试点单位。

洛轴总经理孙其林在致辞中表示，中铁隧道集团有限公司在此次CT006H盾构机再制造中，敢于创新，勇于尝试，突破了盾构机再制造瓶颈，使用了由洛轴研发的自主知识产权的国产主轴承，实现了整机及关键零部件的高端装备再制造，对我国盾构机再制造起到了很好的引领作用，同时也极大的促进了盾构主轴承的国产化进程。主机用户与轴承制造企业协同研制的创新模式，也将为我国盾构主轴承国产化工作起到示范带动作用。

Reasons and countermeasures for the belt break of the high speed thin strip in the electrolytic cleaning section

LIU Bing-Yang

(Shougang Jingtang United Iron & Steel Co., Ltd., Tangshan 063200, China)

It analyzed the reason of strip break while thin strip passing through the vertical electrolytic cell in a high speed,which increased the vibration of space allow by the transformation of electrode plate busbar without affecting the effect of electrolytic cleaning.It can also reduced the vibration of the strip by improving the electrode plate and optimizing the tension.

strip; high speed;electrolysis; electrode plate; belt break

( 洛轴 余柯)

二○一六年度《重型机械》广告总目录

序号广告题录索引期页11易格斯〔上海〕有限公司用于驱动技术的预装配电缆1～2彩插12陕西多伦科技发展有限公司2,4彩插132016中国(上海)国际重型机械装备展览会3～5彩插14江苏省金象传动设备股份有限公司4,5彩插15中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司及其研制的冶炼、连铸、轧制、重型锻压和环保设备及其配套产品1～6彩插16中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司炉外精炼装备研究所及其研制的真空精炼设备1～6彩插17中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司冶金装备研究所及其研制的板坯、方坯连铸成套设备1～6彩插18中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司板带精整与处理研究所及其研制的金属板带轧制成套设备1彩插19中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司重型锻压装备研究所及其研制的重型锻压设备1～6彩插20中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司管棒型材装备研究所及其研制的管帮型材生产设备1～6彩插21中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司板带轧制装备研究所研制的各类板带轧机、平整机1～6彩插22中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司信息与控制研究所及其自主开发的电气自动化成套装置和企业一体化系统1～6彩插23中国机械工业集团公司中国重型机械研究院有限公司环保与节能装备研究所及其研制的环保设备1～6彩插24《重型机械》期刊之厚德载物2,4,6彩插25《重型机械》期刊理事会1～6彩插

2016-06-30；

2016-07-28

刘冰扬(1991-)，男，首钢京唐钢铁联合有限公司助理工程师。

TG335.12

A

1001-196X(2016)06-0110-04