CN103909102B - 一种射流清洗的工艺布置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种金属板带射流清洗的工艺布置及控制方法，其包括依次设置，至少一套混合射流除鳞单元，其内设混合射流喷嘴；至少一套冲洗单元，其包括水清洗喷嘴；至少一套吹扫单元，其包括至少一对挤干辊、至少一套压缩空气吹扫喷嘴；至少一套对除鳞后的金属板带的上下板面进行有效光学检测的光学检测单元，其包括至少一个上板面检测探头、至少一个下板面检测探头；图像分析单元，电性连接光学检测单元；射流清洗控制单元，分别电性连接所述图像分析单元、混合射流除鳞单元。本发明充分利用高压射流的清洗作用与金属板带表面检测的反馈控制作用，实现了对冷态金属板面鳞皮的一次完全、连续、高效且带有自动反馈控制的除鳞处理。

Description

一种射流清洗的工艺布置及控制方法

技术领域

本发明属于冷态金属板带连续射流除鳞的技术领域，特别涉及一种射流清洗的工艺布置及控制方法，主要用于实现对冷态金属板带的全板面进行连续性射流除鳞时，通过对除鳞后板面的实时表面检测与检测结果分析，通过分析结果实现对前置射流除鳞工艺参数的调整，达到对除鳞板面的表面质量要求的有效控制，保证射流除鳞后的金属板带的正反面的各项指标满足用户工艺要求，是有关冷态金属板带表面处理技术的发明创造。

背景技术

金属材料在热态轧制或热处理过程中会在表面形成一层由金属氧化物组成的致密覆盖物，俗称“鳞皮”，该鳞皮的存在对进一步加工处理会造成影响：一方面使材料的表面裂缝不易被提前发现，从而使加工出的成品存在质量问题；另一方面易将鳞皮压入金属表面，造成表面质量问题；此外，坚硬的氧化物的存在，会加速轧辊或拉拔机的磨损。因此进入冷轧机前的钢板表面鳞皮去除工序，称为冷轧产线上必备的工艺装备之一。

针对于表面鳞皮的影响，国内外生产企业均采用化学湿法进行清洗的加工方式来清除板带表面的附着鳞皮，对于钢板来说，其通常采用硫酸、盐酸及氢氟酸的强酸性溶液。这种化学湿法酸洗工艺的生产环境非常恶劣，且因为生产而产生的大量残酸必须进行循环再生处理，目前算再生工艺也必然产生对应的废气排放，其排放的废气中含有大量的酸性、腐蚀性成分，如HCL、SO₂等，直接污染大气。

基于此，为解决化学方法清洗说带来的严重环境污染问题，科研工作者进行了大量的研究，研制了多种技术和设备，以替代这种化学方法去除金属表面的鳞皮，如电解除鳞、电解研削除鳞、放电除鳞、电子束除鳞、激光除鳞、研磨除鳞、抛丸除鳞、反复弯曲除鳞以及上述不同方法组合的除鳞方法。这些方法在这些年的发展过程中，其中高压射流除鳞技术发展最快，其工业化进程也越发明显。

为保证射流方式除鳞后的金属板带能顺利的进入下一步处理工艺环节，同时又不影响下一步工艺处理的效果，因此许多研发单位提出了一系列的针对性的解决措施，具体如下：

湖南有色金属重型机械有限公司就曾利用混合射流清除合金棒的表面鳞皮，除鳞后的棒材表面其采用高压空气的吹扫方式来进行表面清除；

德国Airmatic公司同样利用混合射流清洗金属平面，其后处理方式为：利用抽真空的原理，对表面处理后的表面进行净化处理；

日本专利JP06108277A公开了在连续冷轧线上采用喷酸与刷辊组合使用的除鳞工艺，日本专利JP55034688A公开了一种联合PV轧制破鳞—混合磨料高压射流除鳞方式。

美国的TMW公司公开了一系列的针对钢板表面鳞皮的清除技术US20080108281(A1)、US20080182486(A1)及US20090227184(A1)等。

另外，美国专利US5388602、日本专利JP05092231A、JP09085329A以及JP2002102915等均采用混合颗粒物的高速撞击来实现板面清理。

所有以上技术均只实现了表面的非酸性清洗，但是没有公布如何保证这种非酸洗清洗的效果控制手段与措施，而非酸洗清洗的表面质量受新工艺的影响参数极多，需要对其进行有效的反馈控制才能达到对最终板面质量的严格把控。

发明内容

本发明的目的是提供一种射流清洗的工艺布置及控制方法，能通过除鳞后金属板面的表面质量检测与判定，来实现前置射流除鳞工艺参数的精确调整，确保除鳞后金属板带的上下表面达到用户所需的鳞皮清除率要求。

本发明除鳞工艺主要采用射流除鳞、高压水冲洗、挤干与吹扫以及金属板面的光学检测，通过这些功能的串联布置来实现金属板带的最终板面质量达到工艺要求。

本发明的技术方案是：

一种金属板带射流清洗的工艺布置，其包括依次设置，至少一套混合射流除鳞单元，其内设混合射流喷嘴，混合射流喷嘴喷射的射流中含有至少两种介质，一种介质为水，另外一种介质为细小的砂状硬物颗粒，两种介质的混合射流通过喷嘴向金属板带表面喷射，实现对金属板带表面附着物的清除；至少一套冲洗单元，其包括水清洗喷嘴；至少一套吹扫单元H3，其包括至少一对挤干辊、至少一套压缩空气吹扫喷嘴；至少一套对除鳞后的金属板带的上下板面进行有效光学检测的光学检测单元H5，其包括至少一个上板面检测探头、至少一个下板面检测探头；图像分析单元，电性连接光学检测单元；射流清洗控制单元，分别电性连接所述图像分析单元、混合射流除鳞单元。

进一步，所述的混合射流除鳞单元包括呈矩阵排列的混合射流喷嘴及相应的喷嘴夹持机构、射流介质供给机构及相应的压力调节机构；喷嘴夹持机构包括喷嘴间距调节装置、喷嘴倾角调节装置。

所述的混合射流除鳞单元前还设多辊矫直单元、拉伸矫直的破鳞单元，或者抛丸、喷丸预处理工艺段。

所述的吹扫单元之后设置平整机工艺段，或厚度轧制单元，或涂镀单元。

本发明的金属板带射流清洗的控制方法，包括如下步骤：

1)冷态金属板带除鳞后，运至混合射流除鳞单元处，混合射流除鳞单元内部上下布置的混合喷嘴矩阵喷射出稳定的高压混合射流对向金属板带的正反面进行持续喷射，实现对金属板带上下表面鳞皮的完全去除；

2)去除完鳞皮的金属板带上下表面滞留一定量的磨料颗粒、鳞皮残片以及水，将其传输至冲洗单元与吹扫单元，通过冲洗单元水喷嘴喷出的高压射流、挤干辊的挤干以及吹扫单元的吹扫作用，最终输出的金属板带不仅无鳞皮残留，同时板面干燥、洁净；

3)对金属板带上下板面布置光学检测装置，通过光学方式实现表面形貌的在线检测，实现对金属板带的上下板面进行高速、高清晰度的快速拍摄与放大分析，利用图像分析软件确认鳞皮残留面积A1、A2及Ai，该i值大于等于1；同时对拍摄视窗的总面积A0进行测算，此时可计算如下比率值：

$K=\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i/A_0\]\·100\%$

根据产线的工艺要求，除鳞后板面的鳞皮残留率不能超过K₀值，K₀值通常取值0～5％，此时，当K>＝K₀时，则认为除鳞不彻底，需要进行工艺参数调整：

喷嘴的喷射压力参数：P；

喷嘴的喷射角度值：θ；

喷嘴之间的交叉错位量：ΔX；

具体调整方法如下：

当发现喷嘴之间的干涉区域存在超过比率的鳞皮残留时，则调整喷嘴之间的交叉错位量ΔX，减小错位量；

当发现喷嘴的有效除鳞区存在超过比率的鳞皮残留是，则需要调整喷嘴的喷射压力参数P，增大喷射压力值；

当压力P已经达到系统的最高工作压力水平，且错位量ΔX已经调整至系统最小错位值，则需要调整喷嘴的喷射角度值θ，增大喷射倾斜角度。

进一步，所述的金属板带为钢板、铝板、或钛板。

所述的射流清洗控制包括控制混合射流除鳞单元的射流输出压力、喷嘴间距调整、喷嘴倾斜角或喷射角度、冲洗单元的冲洗压力、吹扫单元的气体压力。

所述冲洗单元水清洗喷嘴喷射单一介质水，其水的水质标准为常温的工业用循环水：温度在100℃以下、PH值在6.5～9、砂状硬物颗粒含量低于5mg/L、砂状硬物颗粒的最大粒度为20目。

另外，本发明所述射流除鳞单元的射流喷射的砂状硬物颗粒包括天然的刚玉类磨料、碳化物磨料、金属加工丸类。

所述天然的刚玉类磨料包括棕刚玉、白刚玉或单晶刚玉；碳化物磨料包括黑碳化硅、绿碳化硅或碳化硼等；金属加工丸类包括钢丸、钢砂或钢丝切丸。

冷态金属板带(温度不高于200℃的金属板带，如钢板、铝板、钛板等)通过辊道完成前工艺段除鳞之后，运至混合射流除鳞单元处，此时混合射流除鳞单元内部上下布置的混合喷嘴矩阵已喷射出稳定的高压混合射流，当金属板带进入之后，高压混合射流立刻向金属板带的正反面进行持续喷射，实现对金属板带上下表面鳞皮的完全去除，待去除完鳞皮的金属板带上下表面总是会滞留一定量的磨料颗粒、鳞皮残片以及水，这对金属板带的存储或进入下工艺段必然会造成一定的影响。

如此将完成射流除鳞后的金属板带传输至冲洗单元与吹扫单元，通过水喷嘴喷出的高压射流、挤干辊的挤干以及板面吹扫的吹扫喷嘴4C的吹扫作用，最终输出的金属板带不仅无鳞皮残留，同时板面干燥、洁净。

此时，为确保完成除鳞的金属板带的上下表面质量满足下工艺段或最终用户的表面质量要求，在金属板带上下板面布置的光学检测装置通过光学方式实现表面形貌的在线检测，通过检测上下板面的表面，获知表面鳞皮残留，并通过分析单元的计算分析，获知拍摄视窗内表面的鳞皮残留面积之和与拍摄视窗的总面积之比，如果分析后明确实测指标与工艺段要求指标不一致，则通过分析单元直接传输至控制中心，控制中心针对影响各关键指标的关键工艺参数进行调整后并下发指令，如射流除鳞段的高压水压力需要进行调整，则直接清洗控制器下发压力升高指令，清洗控制器通过控制增压系统的压力输出单元，实现最终增压系统的输出压力水平升高，达到目标工艺要求所需的喷射压力水平，如此即实现了对最终金属板面表面质量要求的有效控制。

本发明的有益效果：

本发明充分利用高压射流的清洗作用与表面检测的自动反馈控制作用，实现了对冷态金属板面鳞皮的一次完全、连续、高效且带有自动反馈控制的除鳞处理。

附图说明

图1为本发明工艺布置示意图。

图2为采用射流除鳞后的样板表面微观形貌。

图3为图像采集软件进行鳞皮辨识后的残留面积确认分析图。

图4为图像分析软件计算的残留面积图。

具体实施方式

参见图1，本发明的金属板带射流清洗的工艺布置，其包括依次设置，至少一套混合射流除鳞单元1，其内设混合射流喷嘴，混合射流喷嘴喷射的射流中含有至少两种介质，一种介质为水，另外一种介质为细小的砂状硬物颗粒，两种介质的混合射流通过喷嘴向金属板带10表面喷射，实现对金属板带表面附着物的清除；至少一套冲洗单元2，其包括水清洗喷嘴；至少一套吹扫单元3，其包括至少一对挤干辊31、至少一套压缩空气吹扫喷嘴32；至少一套对除鳞后的金属板带的上下板面进行有效光学检测的光学检测单元4，其包括至少一个上板面检测探头41、至少一个下板面检测探头42；图像分析单元5，电性连接光学检测单元4；射流清洗控制单元6，分别电性连接所述图像分析单元5、混合射流除鳞单元1。

进一步，所述的混合射流除鳞单元1包括呈矩阵排列的混合射流喷嘴及相应的喷嘴夹持机构、射流介质供给机构及相应的压力调节机构(增压系统)；喷嘴夹持机构包括喷嘴间距调节装置、喷嘴倾角调节装置。

所述的混合射流除鳞单元1前还设多辊矫直单元、拉伸矫直的破鳞单元，或者抛丸、喷丸预处理工艺段。

所述的吹扫单元3之后设置平整机工艺段，或厚度轧制单元，或涂镀单元7。

在本发明除鳞工艺布置及控制方法中：

除鳞喷嘴采用混合射流喷嘴，其射流中含有大量的细小磨料，利用磨料的高速冲刷功能，实现对金属板带表面鳞皮的快速清除。

高压水冲洗，采用一定压力的密集布置的高压纯水进行板面的持续清洗喷射，实现除鳞后板面的连续清洗，去除硬物颗粒嵌入、鳞皮残留等。

挤干与压缩空气吹扫，利用挤干的作用实现大量板面残留水的去除，再利用压缩空气进行最终的干燥吹扫，实现金属板带表面干燥、洁净。

表面光学检测与判定，利用上下布置的表面光学检测探头，实现对金属板带的上下表面进行快速、高清晰度的表面光学拍摄，通过图像分析，明确表面各项关键指标要求是否满足目标工艺要求。

射流除鳞控制单元，利用表面光学检测探头的检测结果与对分析计算结果，通过控制中心实现对各个关键工艺指标的精确控制。

下面以冷态钢板的连续性除鳞的在线控制为实施例，具体如下：

钢坯经过热轧机轧制后形成热轧带卷(钢种为SPHC热轧卷)并卷曲，该带卷在进行后处理之前均需要对其进行表面鳞皮清除，如此当带钢在前后工艺段的联合作用下顺次进入混合射流除鳞单元、冲洗单元以及吹扫单元，其中：

除鳞段工艺参数为：喷射压力P₀＝35Mpa；

喷嘴错位量为50mm，喷射倾斜角度为15°；

冲洗单元喷射压力值：P₁＝0.5Mpa；

压缩空气吹扫单元压力值为：P₂＝0.6Mpa；

如此完成鳞皮清除、冲洗并最终吹扫干燥后的带钢进入表面质量检测段，此时表面质量检测段通过带钢上下板面布置的两个光学检测装置实现对其表面各关键质量指标的精确检测，具体检测系统性能参数指标为：

检测频度：f＝100Hz；

检测具体区域：分为五个区域，分别为板带两侧边部、带钢中心区域、距离两侧边部为100mm的方形区域；

每个检测点的视窗总面积为A₀＝5000um²；

微观放大率为：最高300倍；

同时，本次对SPHC钢种进行除鳞后的表面质量工艺要求为：其鳞皮残留率上线为K₀＝0.5％。

如此可通过本次检测单元对工艺参数进行检测、调整，具体如下：

快速拍摄除鳞+冲洗+吹扫后表面的微观形貌，参见图2所示；

对快速拍摄的高清晰微观形貌进行放大分析，利用图像分析软件确认鳞皮残留面积，如图3所示，A1与A2为鳞皮残留面积；

如图4所示，对分析后的图片进行清晰性处理，并明确A1与A2的具体面积值，同时对拍摄视窗的总面积A0进行测算，此时可计算如下比率值：

A₁＝15um²，A₂＝20um²；

且：A₀＝5000um²；

$K=\[\underset{i=1}{\overset{2}{\Σ}}{A}_i/A_0\]\·100\%=7\%\≥K_0$

根据产线的工艺要求，除鳞后板面的鳞皮残留率不能超过K₀值，此时，当K>＝K₀时，则认为除鳞不彻底，需要进行工艺参数调整；

调整喷嘴的喷射压力参数：P₀＝40Mpa；

再次光学检测+分析+计算，明确除鳞后样板是否满足：K<K₀，如果不满足该条件，则继续调整：

喷嘴之间的交叉错位量：ΔX＝45mm；

再次光学检测+分析+计算，明确除鳞后样板是否满足：K<K₀，如果不满足该条件，则继续调整；

喷嘴的喷射角度值：θ＝17.5°；

再次光学检测+分析+计算，明确除鳞后样板是否满足：K<K₀，如果已满足，则停止调整参数。

综上所述，本发明采用一种自带表面检测的工艺布置，通过自动检测方式实现对除鳞后的板面进行表面质量判定，并通过分析用于指导射流除鳞工艺段的关键参数的细微调整，达到最终用户要求的除鳞板面质量。

以上借助于具体实施例描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，该发明不仅适用于金属板带的连续除鳞处理，同样也可运用于金属条状物、金属管状物、金属棒状物的连续除鳞上，所有这些本领域内的普通技术人员在阅读本发明说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种金属板带射流清洗的工艺布置，其特征是，包括依次设置，

至少一套混合射流除鳞单元，其内设混合射流喷嘴，混合射流喷嘴喷射的射流中含有两种介质，一种介质为水，另外一种介质为细小的砂状硬物颗粒，两种介质的混合射流通过喷嘴向金属板带表面喷射，实现对金属板带表面附着物的清除；

至少一套冲洗单元，每套冲洗单元包括水清洗喷嘴；

至少一套吹扫单元，每套吹扫单元包括至少一对挤干辊、至少一套压缩空气吹扫喷嘴；

至少一套对除鳞后的金属板带的上下板面进行有效光学检测的光学检测单元，每套光学检测单元包括至少一个上板面检测探头、至少一个下板面检测探头；

图像分析单元，电性连接光学检测单元；

射流清洗控制单元，分别电性连接所述图像分析单元、混合射流除鳞单元。

2.如权利要求1所述的金属板带射流清洗的工艺布置，其特征是，所述的混合射流除鳞单元包括呈矩阵排列的混合射流喷嘴及相应的喷嘴夹持机构、射流介质供给机构及相应的压力调节机构；喷嘴夹持机构包括喷嘴间距调节装置、喷嘴倾角调节装置。

3.如权利要求1所述的金属板带射流清洗的工艺布置，其特征是，所述的混合射流除鳞单元前还设多辊矫直单元、拉伸矫直的破鳞单元或者抛丸、喷丸预处理工艺段。

4.如权利要求1所述的金属板带射流清洗的工艺布置，其特征是，所述的吹扫单元之后设置平整机工艺段或厚度轧制单元或涂镀单元。

5.金属板带射流清洗的控制方法，包括如下步骤：

1)冷态金属板带除鳞后，运至射流除鳞单元处，混合射流除鳞单元内部上下布置的混合喷嘴矩阵喷射出稳定的高压混合射流对向金属板带的正反面进行持续喷射，实现对金属板带上下表面鳞皮的完全去除；

2)去除完鳞皮的金属板带上下表面滞留一定量的磨料颗粒、鳞皮残片以及水，将其传输至冲洗单元与吹扫单元，通过冲洗单元的喷嘴喷出的高压水射流、挤干辊的的挤干以及吹扫单元的吹扫作用，最终输出的金属板带不仅无鳞皮残留，同时板面干燥、洁净；

3)对金属板带上下板面布置光学检测装置，通过光学方式实现表面形貌的在线检测，实现对金属板带的上下板面进行高速、高清晰度的快速拍摄与放大分析，利用图像分析软件确认鳞皮残留面积A1、A2至Ai，且i值大于等于1；同时对拍摄视窗的总面积A0进行测算，此时可计算如下比率值：

$K=\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{A}_i/A_0\&rsqb;\&CenterDot;100\%$

根据产线的工艺要求，除鳞后板面的鳞皮残留率不能超过K₀值，K₀值通常取值0～5％，此时，当K>＝K₀时，则认为除鳞不彻底，需要进行工艺参数调整：

喷嘴的喷射压力参数：P；

喷嘴的喷射角度值：θ；

喷嘴之间的交叉错位量：ΔX；

具体调整方法如下：

当发现喷嘴之间的干涉区域存在超过比率K₀的鳞皮残留时，则调整喷嘴之间的交叉错位量ΔX，减小错位量；

当发现喷嘴的有效除鳞区存在超过比率K₀的鳞皮残留时，则需要调整喷嘴的喷射压力参数P，增大喷射压力值；

当喷嘴的喷射压力参数P已经达到系统的最高工作压力水平，且错位量ΔX已经调整至系统最小错位值，则需要调整喷嘴的喷射角度值θ，增大喷射倾斜角度。

6.如权利要求5所述的金属板带射流清洗的控制方法，其特征是，所述的金属板带为钢板、铝板或钛板。

7.如权利要求5所述的金属板带射流清洗的控制方法，其特征是，所述的射流清洗控制方法包括控制混合射流除鳞单元的射流输出压力、喷嘴间距调整、喷嘴倾斜角或喷射角度、冲洗单元的冲洗压力、吹扫单元的吹扫压力值。

8.如权利要求5所述的金属板带射流清洗的控制方法，其特征是，所述冲洗单元的水清洗喷嘴喷射单一介质水，其水的水质标准为工业用循环水，温度在100℃以下、PH值在6.5～9；砂状硬物颗粒含量低于5mg/L、砂状硬物颗粒的最大粒度为20目。

9.如权利要求5所述的金属板带射流清洗的控制方法，其特征是，所述混合射流除鳞单元的射流喷射的砂状硬物颗粒包括天然的刚玉类磨料、碳化物磨料或金属加工丸类。

10.如权利要求9所述的金属板带射流清洗的控制方法，其特征是，所述天然的刚玉类磨料包括棕刚玉、白刚玉或单晶刚玉；碳化物磨料包括黑碳化硅、绿碳化硅或碳化硼；金属加工丸类包括钢丸、钢砂或钢丝切丸。