铝带拉弯矫直机组中的物理清洗.pdf

第 3 2卷第 5 期 2 0 0 3 年 1 0月 有色金属加工 N ONF E R ROUS ME T A L S P R OCE S SI N G V以 3 2 N o 5 Oc t o b e r 2 0 0 3 铝带拉弯矫直机组中的物理清洗 张京诚 中色科技股份有限公司 河南洛阳 4 7 1 0 3 9 摘要 本文简要介绍了铝带材清洗的各种方法 并对我公司设计的铝带拉弯矫直机组采用的高压水射流清洗 刷辊刷洗等物理清洗方法进行了详细的分析与介绍 以促进这一清洗方法的推广应用 关键词 水射流 高压清洗 物理清洗 铝带 拉弯矫直 中图分类号 T G 3 3 3 2文献标识码 B文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 0 3 0 5 0 0 4 2 0 3 1 概述 随着近年来我国铝板带材加工工业的不断发展 铝带拉弯矫直机组迅速崛起 为了保证矫直过程稳 定 提高产品的表面质量 满足薄带材高速生产的需 要 要求在铝带拉弯矫直机组中配置清洗装置 由此 产生了早期的以化学清洗与溶剂清洗为主的传统清 洗方法和近期发展起来的以高压水射流为主的物理 清洗方法 本文结合我公司设计的铝带拉弯矫直机 组的实际情况对这种物理清洗方法进行详细介绍 2 铝带材清洗的目的 在铝带拉弯矫直机组的实际运行当中 由于来料 表面多残留有轧制油及游离铝粉 随着矫直速度的提 高这些残留的污物将迅速粘结在矫直辊表面 致使矫 直辊辊面产生高低不平的污垢 并在带材表面形成压 痕 不仅破坏带材的表面质量 而且还会造成矫直辊 系振动加剧 不能正常工作 另一方面 从满足铝带材表面质量的要求出发 也必须使带材表面达到一定的清洁度指标 例如铝 塑复合板 管 板基 亲水 彩色 涂层铝箔 带 P s 板 板坯等 都对带材表面清洁度提出了严格要求 由于上述两个方面的原因 绝大多数铝带拉弯矫 直机组中都配置了清洗装置 以去除带材表面的油 月 旨 及杂质 3 铝带材清洗方法分类 铝带材的清洗方法有很多种 按清洗介质可分 为化学清洗 有机溶剂清洗 水基表面活性剂清洗和 物理清洗 这几种清洗方法都曾在铝带材清洗中应 用过 各有特点 化学清洗是一种最为传统的清洗方法 它是通 过酸洗或碱洗的方法来去除带材表面的油 脂 杂质 再通过硝酸 铬酸溶液中的电解氧化 使铝材表面生 成致密的氧化层 清洗较为彻底 多用在成品复合的 前处理阶段 但这一清洗方式的速度较低 为保证足 够的反应时间 生产线往往较长 另外 清洗后的废 酸 废碱处理也是一个不容忽视的问题 有机溶剂清洗则是利用有机溶剂对油污的高效 溶解能力达到高效 高速除油的目的 所采用的有机 溶剂有汽油 煤油 四氯化碳等 清洗速度可达4 5 6 0 m m i n 2 但由于有机溶剂易燃 易爆 有毒 而 且 价 格昂贵 不易推广应用 因此逐渐被成本低 安全性 好的水基表面活性剂所取代 水基表面活性剂可使水的表面张力显著减小 同 时通过表面活性剂中亲水基与亲油基共存的双重结 构 达到快速溶解油脂的目的 这一方式已在民用洗 涤行业中广泛应用 在工业清洗中常作为添加剂与物 理清洗方法配合使用 需要考虑的是清洗后带材表 面残留活性剂的去除问题 一般只作为辅助手段 以 减小活性剂用量便于漂洗干净 物理清洗是利用物理作用使物体表面得到清洁 的方法 最为常见的形式有高压水射流清洗 超声波 清洗等 由于物理清洗具有清洗效果好 无损伤 速 度快 无二次污染 清洗介质成本低等优点 已被广泛 应用于钢材清洗 工业容器清洗 车辆清洗及高清洁 度电子零部件的清洗 我公司设计的铝带拉弯矫直机组的清洗系统 采 用了以高压水射流清洗与传统刷辊刷洗相结合的物 理清洗方式 在较短的距离内及较高的速度下取得了 第5 期有色金属加工 较 好的除油 除污效果 同时保证了拉弯矫直机的稳 定 运行 4清洗系统的组成 由于须拉弯矫直的铝带材多为薄带 为了达到一 定 的 产量就必须提高机组运行速度 一般要求 1 0 0 2 0 0 m m i n 传统的化学清洗 有机溶剂清洗 水基活性 剂 清洗较难实现这一目标 图1 是我公司设计的以高压水射流清洗为主 刷 辊 刷洗为辅的清洗系统简图 最高清洗速度可达 2 0 0 m m i n 整个系统由高压清洗机 刷辊刷洗装置 低 压 清洗机 挤干辊一 烘干单元 清洗供水系统等组成 图1 铝带高压清洗装 示意图 1高压清洗机2刷辊刷洗装置3低压清洗机 4挤干辊5烘干单元 高压清洗机是整个清洗系统的最主要环节 利用 7 一 1 O M P a 的高压水射流冲击来对铝带材表面进行除 脂 去污 刷辊刷洗装置 是在高压清洗机快速除油 去 污 后 针对铝带材表面特有的铝粉 黑 进行进一步 的 清除 低压清洗机则是利用大流量的低压水对带材 表 面剩余残留物进行快速漂洗 并通过最后一道软化 新 水的补水冲洗来保证带材表面的残水质量 再经过 挤 干 与 烘干 最终达到较高的表面清洁度 另外 在 清 洗供水系统中还设置了高压清洗机循环过滤系统 新 水补水加热系统 以及各区段阶递溢流式的补水及 加 热装置 5高压水射流清洗的基本原理与具体 应用 5 1高压水射流清洗的基本原理 高压水射流清洗的基本原理是 在较高压力下将 清 洗 介质 水 的静压势能转化为动能 使之产生极高 的 速度喷射到被清洗带材表面 在极大的冲击力作用 下 剥离表面的油脂与污物 从动量守恒定理可知 单位时间内所有清洗介质 动 量的总和 或称为射流介质的冲击力 应等于射流 在 喷嘴喷口处的动量 则有公式 F P Q V p V z A o 式中F 总冲击力 N p 清 洗介质密度 k g 时 V 喷嘴喷口处的平均喷射速度 m s Q 喷射流量 m 3 s A o 喷嘴喷口的断面积 zma 另外 根据伯努利方程可知 当清洗介质从喷嘴 喷射至大气中时 其喷射速度为 V 二 2 P p 2 式中P 喷嘴内的静压力 P a p 液 体密度 k g m s o 在清洗介质为水的情况下 并将 P的单位改为 M P a 则可将上式转化为更简单的公式 V二科 Pin 由此我们可以估算在 7 一 I O M P a 时喷嘴喷口处的 水流速度达 1 0 0 一 1 4 0 m s 其冲击力之大可而想知 实际上作用在清洗物体表面上的作用力并不等 同于喷射介质的冲击力 而应该是喷射水流作用方向 改变后损失的那部分动量 因此 作用在清洗物体表 面的冲击力应为 F m V s i n O 一 s in 0 2 式中m 冲击射流的质量 V 冲击射流的速度 T 冲击射流的作用时间 B 0 z 冲击射流的人射与出射角度 5 2 高压水射流清洗主要参数选择 高压水射流对物体表面的冲击是一个较为复杂 的过程 其压力与流量一般应通过试验或根据经验确 定 水压一般为2 一 3 5 M P a 流量为2 0 一 100L min I a 表 1 所列是一些实际高压水射流清洗工程的水压及 流量 在具体设计时应根据污染物质的附着能力确 定清洗水的压力与流量 对于铝带材表面残留的轧 制油与其它杂质 我们采用了7 一I O M P a 的喷射压力 与一 6 0 L m in 的喷射流量 表 1 一些实际高压水射流清洗工程的水压及流f 清洗名称 管道除垢 下水道 油脂油污 钢材除锈 压力 M P a 水流量 Um i n 1 4 2 11 9 0 3 0 8 4 5 5 5 7 1 04 0 5 5 在确定了高压清洗机的压力与流量后 喷嘴口径 刀便可以确定下来 高压清洗中射流水的速度非常 高 但受周围空气阻力影响速度降低 水流作用面积 也发散扩大 致使清洗效率降低 为使高压水流的喷 有色金属加工第3 2 卷 射冲击力与作用面积都达到一个最佳值 喷嘴的打击 距离 2 一般为1 5 0 一 3 0 0 D 为了使高压水射流对物体表面产生更大冲击力 射流与被清洗表面之间应有一定的倾角 也称人射 角 有资料介绍 对于表面除油清洗 人射角为 1 7 度 左 右 最 佳 2 高压清洗水流一般还采用热水 常用温度为6 0 8 0 左右 可使油脂快速溶化 提高清洗效力 对于 含有蜡质成分或灰分较多的油品来说 更高的温度将 使挥发性油分迅速挥发 反而使清洗表面残留下更为 坚固的附着物 降低清洗效果 5 3 高压水射流清洗设备 高压水射流的主要设备包括喷射喷嘴及高压水 泵 喷射喷嘴一般有圆锥形喷嘴 扇形喷嘴及棒形喷 嘴等类型 应根据具体的清洗对象选择喷嘴形式 对于铝带材表面清洗 一般采用扇形喷嘴 可以按不 同的散开角度 打击距离选用多个喷嘴对整个宽度方 向进行覆盖 同时这种喷嘴的散开面积较小 保证了 喷射的作用强度 喷嘴产品已经标准化 可根据不同 的喷射压力 喷射流量与喷射角度进行选择 另外应 当注意的是 由于喷射压力较高 喷嘴口径一般仅为 l m m左右 非常容易堵塞 所以 高压清洗用水多配 置有过滤系统 以保证喷嘴的正常工作 高压水泵是产生高压水流的动力源 现代工业常 用的高压水动力设备一般为高压往复泵 其压力从 几兆帕到几百兆帕 流量从每分钟几升到几百升 为 使压力均匀 多采用3 一 6 缸的高压往复泵 并且设置 蓄能器 同时 为使往复泵每一冲程排出水量恒定 还在往复泵人口加设了一级低压供水泵 以便及时提 供进水 往复泵的功率计算如下 N p g Q H 1 1 0 1 式中N 驱动功率 k W g 重力加速度 9 8 1 m s 2 p 液体密度 k g 衬 Q 喷 射 流 量 M I S H 扬程 m 泵效率 一般取0 6 一 0 9 0 6 刷辊刷洗的配合应用 刷辊刷洗是通过低压喷射冲洗与刷子机械摩擦 双重作用达到清洗污垢的目的 其清洗效果比单纯的 低压喷射冲洗效果显著 虽然此方式是最为传统的 清洗方式 但实际运行表明 它对于高压清洗后残留 在表面的铝灰有较好的去除作用 所以在我公司设计 的清洗系统当中仍采用了这一传统清洗方法 配合 高 压清洗机进行表面除灰清洗 刷辊刷洗的设计原则 已有较多论述 在此不再重述 7 表面清洁质量的检测 清洗后需要检测带材表面的清洁质量 但现在我 国还未形成统一的国家标准 所以多采用国外的有关 设计指标或产品检验标准 铝带材表面清洁质量的检测方法一般有两种 表 面称重法 刷水试验法 表面称重法是测量带材表面 残留 污物重量 较好的指标为单面3 0 一 5 0 m g 时 刷 水 试验法是检测带材表面清洗后的亲水姓 以其评定表 面清洁质量的好坏 表面含油时刷层水膜分布不均 匀 水膜接触角大 而清洗后则正好相反 较好的 指 标为A级 上述两法是简单实用的检测方法 随着检 测精度与污染对象的不同还有很多更为精确的检测 方法 g 结束语 以高压水射流清洗为主的物理清洗方法 因其具 有清洗效力高 速度快 成本低 无二次污染等诸多优 点 必将越来越广泛地应用于铝带材清洗 参考文献 t 1 任建新 物理清洗 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 0 幻 梁治齐 实用清洗技术手册 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 0 下转第5 7 页 第5 期有色金属加工5 7 R e f o r m o f F u r n a c e C o n s t r u c t i o n a n d S e a l i n g f o r R e a l i z i n g N e g a t iv e P r e s s u r e A n n e a l i n g B a s e d o n L i g h t P o s i t iv e P r e s s u r e A n n e a l i n g F u r n a c e C H E N X i a n g 一 d o n g L u o y a n g E n g in e e r in g a n d R e s e a r c h I n s tit u te f o r N o n f e r r o u s M e t a ls P r o c e s s in g L u o y a n g H e n a n 4 7 1 0 3 9 C h in a A b s t r a c t T h e p a p e r in t r o d u c e s t h e r e f o r m o f f u rn a c e c o n s t r u c t io n a n d s e a lin g f o r r e a l iz in g th e n e g a t iv e p r e s s u r e a n n e a l in g b a s e d o n t h e lig h t p o s it iv e p r e s s u r e f u rn a c e T h e p r o d u c t io n p r a c t ic e in d ic a t e s t h e r e f o r m is f e a s ib le a n d s u c c e s s f u l K e y w o r d s n e g a t iv e p r e s s u r e a n n e a lin g f u rn a c e l ig h t p o s it iv e p r e s s u r e a n n e a l in g f u rn a c e f u r n a c e c o n s t r u c t io n s e a lin g r e s u lt 上接第科 页 P h y s i c a l C l e a n i n g f o r A l u m i n u m S t r i p i n T e n s i o n L e v e l i n g L i n e Z H A N G J i n g 一 c h e n g C h i n a N o n f e r ro u s M e ta l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y C o L t d L u o y a n g H e n a n 4 7 1 0 3 9 C h i n a A b s t r a c t T h is p a p e r b r ie f ly in t r o d u c e s d iff e r e n t m e th o d s f o r a l u m in u m s t r ip c le a n in g a n a ly z e s a n d p r e s e n t s in d e t a il th e p h y s ic a l c le a n in g m e th o d s 1 e h ig h p r e s s u r e w a t e r j e t 一 f lo w c le a n in g a n d b r u s h r o ll s c r u b b in g u s e d f o r t h e a lu m in u m s t r ip t e n s io n le v e lin g lin e s d e s ig n e d b y o u r c o m p a n y in t h e h o p e o f p r o m o t in g th e a p p l ic a t io n o f t h e m K e y w o r d s w a t e r j e t 一 f lo w h ig h p r e s s u r e c le a n in g p h y s ic a l c le a n in g a lu m in u m s t r ip t e n s io n l e v e l in g lin e 上接第4 7页 C a l c u l a t i o n o f S t it c h i n g F o r c e o f S t r i p s S t i t c h i n g M a c h i n e H O U D i n g 一 k u n L u o y a n g E n g i n e e r in g a n d R e s e a r c h I n s t i tu t e f o r N o n