盘条无酸洗拉拔技术及设备的研究与实践.doc

盘条无酸洗拉拔技术及设备的研究与实践李 湘 民 （江西渝州科技职业学院，江西 新余 338029）摘 要 针对传统酸洗工艺生产成本较高，操作不当易使盘条出现质量缺陷等不足，研究了盘条无酸洗拉拔技术及设备。无酸洗拉拔技术是通过机械剥壳除鳞的方式清除盘条表面的氧化铁皮，同时应用先进的压力模润滑工艺，改善盘条进入拉丝模的润滑条件，取代传统钢丝生产中的酸洗和磷化。给出组成无酸洗拉拔机组的弯曲剥壳机、钢刷除锈机和润滑压力模装置的主要参数。弯曲剥壳机盘条最大进线直径14 mm，延伸率7.7%，弯曲辊直径155 mm；钢刷除锈机的钢刷尺寸8 mm 150 mm，最高转速2 800 r/min，盘条在轮上最大包角156.5；润滑压力模装置中压力模的工作直径与配套的工作模直径相比略大0.30.5 mm，冷却压力模与拉丝模及压力腔的水流量为124较为合适。关键词 盘条除锈；无酸洗拉拔；弯曲剥壳；钢刷除锈；压力模润滑中图分类号 TG155.4 + 1金属制品行业盘条拉拔前需进行表面处理。酸洗技术作为传统的化学除锈方法，由于具有技术易于掌握、操作简单、酸洗质量稳定等特点而一直沿用至今，但酸洗的同时带来的环境污染使业内专家不得不寻求酸洗以外的方法来对盘条进行表面除锈。早在1999年，两年一届的德国杜塞尔多夫国际线缆会议的主要议题之一就是“机械除锈”。机械除锈的主要有弯曲剥壳、离心喷丸、高速钢刷以及它们的混合使用1。抛丸技术由于高碳钢的磁化现象，在企业应用的很不成功。国内外主要采用的方法是高碳钢盘条的弯曲剥壳+钢刷表面机械除锈，其中法国DECALUB公司的DCCD技术对于高碳钢盘条的表面机械除锈适用性能好，已在英国和澳大利亚成功应用，而国内主要在小直径盘条的表面机械除锈应用得较为成功。笔者在对某厂引进的欧美无酸洗拉拔设备进行消化吸收的基础上，经过几年的实践摸索，在盘条无酸洗拉拔技术及设备方面进行研究并取得成果。1 传统盘条酸洗工艺金属制品行业大多数企业仍采用的传统盘条酸洗工艺：盘条酸洗冲洗磷化冲洗涂石灰或硼化干燥。具体生产过程：（1）将表面附有氧化铁皮的盘条置入质量浓度约为250 g/L的硫酸溶液池中振荡酸洗38 min（锈蚀严重的需要延长时间）；（2）将盘条吊起，置入冲洗池中用水压0.6 MPa的高压水对盘条表面残留物进行冲洗；（3）快速置于磷化池中进行表面磷化处理，使盘条表面获得磷化膜，增加拉拔时的表面润滑带粉效果；（4）磷化后的盘条表面附有磷化碴需再次用高压水冲洗干净；（5）对盘条表面进行涂石灰或硼化处理，进一步改善表面润滑条件，同时硼化还可中和酸洗后钢丝盘条表面的残酸；（6）用约200 的热风烘干，脱去磷化层中的部分结晶水，待盘条完全干燥后进入拉拔工序。采用化学酸洗技术对盘条表面进行处理虽操作简单、易掌握，酸洗后盘条表面质量也能达到拉拔技术要求，但仍存在许多不足。（1）配制酸洗液、磷化液和硼化液需要大量的化学溶液，生产成本较高；（2）需要23名操作人员和专用起重机，增加了人工和设备成本；（3）操作不当可能会使盘条出现氢脆、欠酸洗、过酸洗等质量缺陷；（4）生产中产生大量的三废（废水、废气、废碴），对环境造成污染，废物的处理增加了生产成本。2 盘条无酸洗拉拔技术及设备2.1无酸洗拉拔技术研制的无酸洗拉拔技术是通过机械剥壳除鳞的方式（弯曲剥壳与钢刷除鳞）使盘条表面的氧化铁皮得以完全清除，同时应用先进的压力模润滑工艺，改善盘条进入拉丝模的润滑条件，取代了传统钢丝生产中的酸洗和磷化，实现钢丝的无酸洗拉拔生产。无酸洗拉拔生产工艺特点： （1）集机械除鳞、干涂覆及超高压润滑新技术于一体；（2）无酸，不需预涂化学物质；(3）在拉丝机上可以6 m/s或更高的速度在线完成清洁、准备及干涂（润滑剂）；（4）盘条表面粗糙度可随意调整，从光洁到粗糙；（5）可生产出无马氏体的、表面极其清洁的白钢丝；（6）据润滑剂的性能，盘条表面可由钢刷刷出单/双“交叉螺旋状”、“密网状”等表面网纹细痕，以提高带粉效果；（7）压力、温度及润滑剂黏度三因素均可控制,可调润滑压力高达45MPa；（8）满足高碳钢的苛刻拉拔条件；（9）极大改善了钢丝表面状况和韧性，无磨擦断丝。2.2无酸洗拉拔设备无酸洗拉拔机组由弯曲剥壳机、钢刷除锈机和润滑压力模装置3部分组成。2.2.1弯曲剥壳机主要参数：盘条最大进线直径14 mm，延伸率7.7%，弯曲辊直径155 mm，盘条在轮上最大包角156.5。液压弯曲剥壳机如图1所示。采用2组互成90平面布置的弯曲辊组，每组3个辊（2个固定辊和1个可上下移动的中间辊）对盘条进行弯曲，使盘条在360方向所有表面都能达到一定的弯曲变形，其变形程度（即钢丝弯曲曲率）由中间辊的压下位置决定2。中间辊的位置由液压系统执行元件实现在线压下调整，使钢丝在保证其力学性能的前提下，达到最佳的剥壳除鳞效果。整个机架由上板、底板和4根导柱联接组成，工作载荷由机架自行吸收，减轻了机座和地基的受力。在每组弯曲辊前各设置了一组井字导线辊，导线辊的开口度可根据原料规格进行调整，以确保盘条顺利地进入弯曲辊组。设计要点：设计该部分时主要是弯曲辊和间距的确定。实践证明，去除盘条表面氧化铁皮与盘条弯曲变形程度关系密切，当盘条弯曲变形率在3%5%时，氧化铁皮开始剥落，达到8%9%时大部分氧化铁皮剥落。采用大变形率能得到较好的除锈效果，但同时也会导致盘条力学性能和内部组织遭到破坏，选8%的变形率较为理想。盘条的弯曲程度还和盘条与弯曲辊的包角大小有关，即和弯曲辊辊间距有关。一般按下式计算，L=D+（23）d， （1）式（1）中：L 为弯曲辊辊间距，mm；D为弯曲辊直径，mm；d为盘条直径，mm。在弯曲辊设计时，可将轮槽设计成带肋条状，更有利于氧化铁皮剥落，提高除锈效果3。另外，弯曲辊直接与钢丝接触，辊面不仅要有很高的硬度，也要有较高的抗弯曲和抗扭转强度，因此辊子采用镶套式结构，即辊芯部位选用40Cr合金调质钢而辊环部位选用碳化钨硬质合金材料以增加耐磨性。2.2.2钢刷除锈机主要参数：钢刷尺寸8 mm 150 mm；钢刷最高转速2 800 r/min；除锈电机型号 Y802-2，电机功率1.1 kW；抽风机型号FD-5-4，功率 0.75 kW，排风量0.55 m3/h。钢刷除锈是在盘条弯曲除鳞后设置的二次除鳞，旨在将前次除鳞后的剩余氧化铁皮完全清除，同时也是控制盘条表面粗糙度及改善润滑剂携带的手段之一，其结构如图2所示。 钢刷除锈机主要由传动、除锈、除尘和吹扫几部分组成。传动和除锈部分由电机、皮带轮、空心传动轴、钢刷及刷力调节装置等构成。电机通过皮带轮驱动固定在传动轴上的4把钢刷高速旋转，通过磨擦方式除去盘条上的氧化铁皮。钢刷与盘条的接触压力（即刷力）由刷力调节装置上的调压块控制，根据工艺需要在一定的转速下配以合适重量的调压块，以达到最佳刷力。除尘装置是为了除去黏附在钢刷上的铁屑并风冷钢刷，以避免钢刷过热失效，它由抽风机、风管和磁性吸尘器组成。吹扫装置是在盘条二次除鳞后进行的最后一道清扫表面铁屑的工艺装置，由鼓风机和气刀组成，通过高速的气流在线吹扫盘条表面的水份和尘屑。设计要点：设计该部分时主要考虑如何调节除锈机钢刷与盘条的接触力，避免“锤”效应使盘条表面产生加工硬化或刮伤盘条表面。钢刷与盘条的接触力是由调压块旋转时产生的离心力通过杠杆作用于钢刷上的，它与钢刷旋转筒体的速度和调压块重量以及支承弹簧的刚度系数有关，合理的选择以上各参数变量并在生产中不断地调节，可达到理想的二次除锈效果。2.2.3润滑压力模装置润滑压力模装置5-6如图3所示，它是实现钢丝无酸洗拉拔的关键所在。压力模装置由模箱和粉夹2部分组成，模箱部分由压力模、拉丝模、模盒及模腔压力调节器组成。其工作原理是压力模、拉丝模、与模盒组成一封闭空间，位于模箱入口处的压力模的工作直径与配套的工作模直径相比略大0.30.5 mm，盘条在卷筒牵引下在2个模子中运动，产生 “泵吸”现象，将润滑剂带入模盒压力腔并形成高压；在高压和适当温度下，润滑剂呈流体状态，从而使进入拉丝模变形区中的盘条达到有效的润滑。压力腔及拉丝模由涡流水直接冷却，模腔中的压力、温度可根据工艺需要由压力调节器和冷却水流量控制器来调节。为提高润滑效果，在拉丝粉盒中设置了压粉夹机构，它由压粉轮、轮压调整丝杆等组成。5个压粉轮夹住盘条，将拉丝粉压到盘条上以提高带粉量。轮子与盘条的接触压力的改变通过轮压调整丝杆实现。 设计要点：盘条拉拔时模盒压力腔的高压状态取决于模盒的冷却状况、拉拔速度和原料质量等。模盒上开设的冷却水道决定了模盒的冷却状况，设计时取冷却压力模与拉丝模及压力腔的水的流量为124较为合适。循环冷却水的流向是先压力模、压力腔再拉丝模。调节压力润滑模盒的入水量，使压力模腔及拉丝模中的温度控制在所需的工艺范围内。另外，根据工艺调节压力模腔中的压力，即调节模腔压力调节器上的弹簧的弹力大小，使压力腔排气口的气隙保证在合理的间隙范围，这样压力模腔中的润滑剂即可保持在塑化状态并黏附在盘条表面进入拉丝模，保证拉拔的顺利进行7。对无酸洗拉拔而言，拉拔速度不宜过高，因为随着拉拔速度的增加，钢丝温度上升幅度增大，使润滑剂的黏度下降，润滑效果降低，从而造成拉丝模磨损加剧。正常拉丝速度一般控制在34 m/s，最大不能超过6 m/s，如果超过此速度，则钢丝易发白，造成拉丝模扁模，甚至破损。3 无酸洗拉拔效果在拉拔工艺上，每道次的压缩率和工作锥角均应认真考虑，反复尝试，保证无酸洗拉拔能够顺利地进行，其压力导向模的工作直径应选择比相应的拉丝模直径大0.3 mm。实际生产中，笔者在9道拉拔工艺上的1、3、7道次采用了压力模工艺，具体工艺见表1。 表1 无酸拉拔工艺道次拉丝模直径/mm压缩率/%角度/（ ）模套尺寸/（mmmm）压力模孔径/mm111.1021.1417694012.829.7023.6314604038.7219.1813534010.047.8419.1613604057.0818.4412534066.4317.5112604075.9015.801153406.7385.4414.9810604095.0513.8296040 注：因盘条直径为12.5 mm，所以第1道压力模孔径为12.5 mm+0.3 mm=12.8 mm。 值得注意的是原料质量对无酸洗拉拔起着决定作用，具有内部缺陷的盘条，如非金属夹杂物、组织不均、成分偏析、内裂纹等，拉拔时均易在卷筒处出现平口断裂，有的甚至在弯曲剥壳时就开始断裂，使无酸洗拉拔无法进行。研究和实践结果表明，盘条经过弯曲剥壳及钢刷除锈，能够完全除去其表面的氧化铁皮，得到白亮光洁的表面。其表面虽无任何涂层和载体（磷化或涂硼），但通过压力模装置的润滑作用使拉拔能够顺利进行。在总压缩率不大的情况下，无酸洗拉拔与传统酸洗生产工艺生产的钢丝在抗拉强度、扭转和弯曲等力学性能指标上无明显差别。4 结语目前直径小于8 mm的盘条在拉拔前已完全取消了酸洗和磷化预处理工艺，直径12.5 mm的盘条无酸洗拉拔工艺经过多次的试验与改进，也取得了一定的成效，只是生产成本和工效方面（如模耗、拉丝速度）稍有差距。相信经过金属制品行业技术人员的不断研究和探索，盘条无酸洗拉拔技术将日渐完善，终将完全取代传统的盘条酸洗生产工艺。参考文献1 曹清. 无酸洗拉拔在高碳钢丝生产中的应用J.金属制品，2003（2）：11-13.2 王华，周诚祥. 钢丝表面除锈设备的参数设计J.金属制品，2005（2）：18-19.3 周德涌. 钢丝与钢绳机械M.湘潭：湘潭钢铁职工大学，1992：149-152.4 赵仲前，余新刚. 低碳钢丝无酸洗拉拔工艺改进J.金属制品，2011（3）：10-12.5