我國的鋁工業發展雖然起步晚，但隨著近些年大規模推進基礎設施建設，以及工業進程的飛速發展，使得我國的鋁加工行業也在朝向著高精尖的方向不斷邁進。目前，鋁合金板材廣泛應用于航空航天、軌道交通、汽車以及電子產品等諸多領域。隨著產品的應用范圍不斷的擴大，用戶對于鋁合金板材的表面質量的要求也日益提高，鋁加工行業的競爭也日趨激烈。鋁合金板材經過軋制、拉伸以及沖壓等工序后，板材表面往往會存在軋制油等潤滑油的污染，如果不及時清洗去除油污，可能會在后續的工序中產生深褐色油斑，從而嚴重影響鋁板的產品外觀，甚至導致用戶退貨的情況發生。因此在目前完整的清洗拉矯機組生產線的基礎上，如何更好地利用現有設備以及更大程度地提高設備的清洗能力，使帶材表面質量達到用戶的要求顯得尤為重要[1-2]。
本文對現階段天津忠旺鋁業有限公司的2350 mm鋁合金板材清洗拉矯機組的清洗段設備和清洗工藝進行生產觀察、實驗對比，然后對設備及工藝方案進行優化改進，獲取更好的清洗效果從而提高帶材的表面質量，同時優化清洗段的系統穩定性。
1. 鋁合金板材清洗技術現狀分析
1.1 2350 mm清洗段主要設備及工作原理
2350 mm清洗拉矯機組清洗段主要包括預清洗槽、預清洗及高壓水噴淋循環水箱、高壓噴淋刷洗槽、堿洗槽、堿洗循環水箱、堿液配比系統、1#、2#、3#水漂洗槽、1#、2#、3#水洗循環水箱、邊部吹掃、熱風烘干和冷風干燥等。其生產過程示意圖如圖1所示。
2350清洗拉矯機組主要有重卷、切邊、清洗、矯直四大功能，其工作方式為帶材通過上卷小車從鞍座上輸送入開卷機，帶材經開頭機及五輥矯直機后經入口夾送輥送入縫合機，與上一卷帶材尾部進行縫合后自動穿帶，然后經過切邊后進入清洗系統。首先進入的是預清洗槽，水經過離心泵從預清洗循環水箱進入預清洗槽，通過噴淋桿上均布的扇形噴嘴進行常壓水預清洗，然后經過預清洗1#及2#擠干輥擠干帶材表面水分后進入高壓噴淋刷洗槽，高壓噴淋刷洗系統利用高壓往復泵將水加壓后送入高壓噴淋刷洗槽內進行高壓沖洗，刷洗槽內同時設有具備傳動的上、下刷輥，刷輥的旋轉方向與帶材運行前進的方向相反，作相對反向運動，從而達到清洗運動帶材的目的。經過高壓噴淋刷洗然后進入堿洗水槽，堿液由計量泵打入堿洗循環水箱后，通過堿液配比形成合適的清洗濃度，從而對堿洗水槽內板帶材進行堿洗，最后依次進入1#、2#和3#漂洗水槽，對帶材表面的殘余堿液進行沖洗。經過三個漂洗水槽末端的擠干輥，將帶材表面的水分擠干后出水箱，經過邊部吹掃裝置對表面的殘存水膜進行吹干后進入熱風爐進行徹底烘干，再通過冷風對其進行冷卻干燥處理避免其發生氧化。最后通過拉矯機進行板形矯正后經出口轉向輥進入卷取機卷成整齊的鋁卷進入下一道生產工序。
1.2 目前的清洗工藝
鋁帶材在經過冷軋等過程后殘留的軋制油以及附著在油污上的鋁粉等雜質嚴重影響板材表面質量，不能滿足下游產品廠家和客戶對于鋁板表面清潔度的要求。鋁加工行業現行的常用除油方法主要為高溫堿法化學去油以及有機溶劑去油[3]。目前清洗機組采用的是先進行預清洗加高壓噴淋刷洗去除帶材表面的大顆粒鋁屑以及附著在軋制油上的鋁灰粉等雜質；然后進入堿洗槽中，利用堿液自動配比系統，根據測量堿洗循環回路中的電導率數值以及實際清洗效果來調整堿液配比濃度進行堿洗；最后進入三個水漂洗槽依次進行循環漂洗。
而清洗段目前采用的工藝是預清洗、高壓噴淋刷洗、堿洗以及漂洗的全部噴淋桿噴嘴打開，這樣容易導致由于流量增大而噴射壓力減小，板材出現部分清洗不干凈，殘留鋁灰泥及油印。同時邊部積水增多易使得板材運行出清洗段時邊部仍然帶水較多，如圖2所示。邊部吹掃加烘干不能完全徹底地對板面進行干燥處理，影響板面質量，并且循環水回流的速度較慢時，水容易從溢流槽中溢出，影響生產線的整潔美觀。當帶材表面的帶油及鋁灰比較嚴重時，往往出現洗不干凈需要二次沖洗的情況，這樣也無形中增加了生產成本[4-5]。
帶材的最大寬度是2350 mm，而預清洗箱及堿洗箱中噴淋桿邊緣的兩個噴嘴的位置寬度是2420 mm。預清洗箱中原有噴淋桿有16根，其中8根噴淋桿上均布12個扇形噴嘴，8根噴淋桿上均布11個扇形噴嘴，因此將預清洗原有邊緣2個噴嘴拆卸下來，共拆除32個噴嘴，同時用堵頭進行密封封堵以免壓力泄露。堿洗箱原有噴淋桿28根，其中14根噴淋桿上均布12個扇形噴嘴，14根均布11個扇形噴嘴，同樣將邊緣的2個噴嘴拆下，共拆除56個噴嘴，同樣進行堵頭密封。在線的噴嘴數量減少88個后，預清洗循環以及堿洗循環水流量相對減小，壓力相對增大，使得帶材表面可以清洗的更為干凈，拆下邊緣位置噴嘴，不影響正常板材清洗的同時也減少了帶材邊緣積水的情況，使得帶材離開清洗段進入烘干及干燥段時板面水分相對較少。
清洗段末端的三個漂洗水槽中的噴淋桿在帶材板面的上、下分布，噴嘴分別朝向板面向下、向上，與板面成90°分布。這樣清洗的積水不容易從板面流下進入循環水箱，同時板面的積水容易從1#水洗槽被運行中的帶材帶入2#和3#水洗槽中，導致2#和3#漂洗循環水箱的水量過大而時常溢出，而1#漂洗水循環箱的水量不斷減少，系統會判斷自動補水，增加了生產線水量的消耗。
將靠近水槽連接處擠干輥位置的兩組噴淋桿朝向進行更改，將1#、2#和3#水洗槽的1組、2組噴淋桿改向與機組運行方向相反方向45°（圖3），不僅可以減少帶材將循環水帶進下一個水洗槽的情況，而且同時節約生產線的耗水成本。
生產線清洗段高壓噴淋刷洗循環系統采用的往復式活塞泵[6]，其耐壓性高，轉速范圍寬，傳輸效率較離心泵高，活塞泵的工況調節主要是改變壓力P和流量Q。調節壓力主要通過調節排出閥的開度大小來實現進入水槽的循環水壓頭的改變；而流量的調節需要通過改變電機的轉速。
生產線工作介質是循環水，由于清洗后循環水中雜質成分較多，調節排出閥則不好控制實際壓力的大小，容易使得高壓循環管路振動加劇，活塞泵的水流脈沖過大導致板材運行系統不穩定，或者過小導致泵的揚程不足，無法實現高壓沖洗。因此需要調節電機轉速匹配一個合適的壓力進行高壓沖洗。
對高壓往復泵進行電機轉速及壓力的對比實驗，結果如表1所示。
從表1中可以看出，當高壓往復泵電機轉速設定為70%時，管路壓力達到6.87 MPa，這時循環管路振動情況適中，板材受流量脈沖的影響較小，同時帶材系統運行平穩，清洗效果尚佳。
生產線清洗段除高壓噴淋刷洗采用的是高壓往復泵外，預清洗、堿洗以及三個漂洗循環均采用臥式單機離心泵，且均采用“一用一備”的方式并聯入循環系統。其中預清洗以及漂洗采用的是不可調速電機，堿洗采用的是可調速電機。
離心泵也同往復泵一樣，具有運行工況的特性曲線，泵在恒定轉速下，對應于泵的每一個流量Q，也相應對應著一個確定的揚程H、效率η、功率n和必需的汽蝕余量。
泵運行過程中，為使泵運行在高效區或者穩定區，需要對泵的工況點進行調節，而泵的實際工況點的改變途徑包括改變泵的特性曲線和裝置特性曲線調節。通過對預清洗循環泵和水漂洗循環泵進行恒轉速工況實驗，通過改變裝置來調節特性曲線，對比泵的特性。預清洗槽設置有8個入口手動球閥，分別關閉1個開啟7個；關閉2個開啟6個，以此類推進行循環泵特性實驗。根據預清洗水箱循環泵出口以及經過換熱器后管路的壓力表讀數來進行分析（表2）。
從表2實驗結果可以看出，當泵的轉速恒定的情況下，關閉閥門減小流量的同時，1#泵及2#泵的出口壓力從0.48 MPa上升到0.55 MPa，經過換熱器后壓力由0.43 MPa上升至0.53 MPa。
從表3實驗結果可以看出，調節泵的電機轉速，閥門的開關數量不變時，14對噴淋桿全部打開，壓力變化較為平緩，而當閥門總開關數量為7對打開，7對關閉時，壓力急劇增長，而當電機轉速超過額定轉速的90%后，對于循環水壓力的增長幾乎沒有太大的影響。
據此結果可知，在生產線的清洗段中，對于預清洗以及漂洗段，在來料板材表面的鋁灰及油污較多時，可以采用關閉若干組手動球閥，使得循環水的流量減小，而循環泵的轉速恒定時，其壓力呈現平穩增大的過程。而對于堿洗段，可以適當地增加電機轉速，使循環泵的特性曲線向右上方移動，減小節流損失，保持高效率，且變速范圍不宜過大，最低轉速不宜小于額定轉速的50%，否則泵本身的效率明顯下降，耗電經濟性差。
設備改進方案以及工藝優化已在天津忠旺冷軋一廠2350 mm鋁板帶清洗拉矯機組的調試階段完成，現清洗工藝穩定。在設備改造和工藝改進之后，鋁板表面清潔度顯著提高，鋁灰殘留以及軋制油斑減少，成品率提升，使得機組清洗效果以及機組運行有了較大改善，同時生產效率也得到提高，節能減耗成果顯著，為企業創造出較為可觀的經濟效益，也對未來鋁合金清洗生產線的技術研究開發具有積極意義。
參考文獻
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[3]賀曉慧.水基金屬油污清洗劑的研究.精細化工,1998,15(6):11doi:10.3321/j.issn:1003-5214.1998.06.003
[4]張國偉,楊啟杰,李志強.鋁板帶清洗工藝對表面質量的影.輕合金加工技術,2012,40(7):61doi:10.3969/j.issn.1007-7235.2012.07.014
[5]符可惠,楊建璽.高壓水射流在鋁板帶清洗設備上的應用.重型機械,2007(6):31doi:10.3969/j.issn.1001-196X.2007.06.007
[6]李云,姜培正.過程流體機械.北京:化學工業出版社,2008.
文章來源——金屬世界
2. 清洗技術改進措施
2.1 對預清洗及堿洗段的噴嘴數量進行改進
2.2 清洗工藝的改進
2.2.1 高壓往復式活塞泵的循環特性
2.2.2 清洗段循環泵特性調節
3. 結束語