清洗机组.docx
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清洗机组
1总论
1.1设计依据
1）新轧钢公司2004年6月1日的《设计委托书》；
2）新轧钢冷轧厂与新日铁公司签定的《电解清洗线的技术附件》；
3）新轧钢冷轧厂提供的二冷轧厂房和公辅设施图纸及使用状况；
4）设计院与冷轧厂有关部门历次专题会议的会议纪要；
1.2设计的指导思想和主要原则
1.2.1坚持“高起点、少投入、快产出、高效益”的技术改造思路，采用先进、实用、可靠的工艺技术和设备，在保质量的前提下，尽可能节省投资、缩短工期。
1.2.2结合二冷轧现有生产能力和工艺布置的特点，根据工艺流程、物流关系设计清洗机组与4#、5#镀锌线和罩式炉之间的平面布置方案。
1.2.3重新整合冷轧厂内现有能源介质站的资源，优化能源介质的供应。
1.3项目建设的必要性
二号冷轧机的产量为150万吨/年，其中80万吨用于给4#和5#镀锌线生产镀锌板，70万吨送罩式炉退火，经过下道工序处理后销售。
冷轧后的带钢表面上附着轧制油和铁末，如果轧制后的带钢不经清洗，退火后这些污垢成为碳化物残留在带钢表面，既影响外观，也影响后部工序的质量，特别是在作涂层原板用时，也会使涂层的密着性受到不良影响；如果采用罩式炉进行退火，对于较薄带钢进行清洗和涂硅，可以防止退火工序中的黏结缺陷。
因此为了提高二冷轧产品的表面质量，提高高档次产品的市场占有率，减少因带钢表面残留物对汽车及家电外板的质量影响，同时抑制罩式炉退火的黏结缺陷的发生率，新建一条电解清洗机组对进入罩式炉退火的带钢先进行清洗和涂硅是十分必要的。
1.4工程主要内容
1.4.1项目概况
为了完善新轧股份有限公司冷轧厂二冷轧生产线系统，改善冷轧板的表面质量，鞍钢集团公司决定在二冷轧轧后库内新建一条年处理能力为70万吨的电解清洗机组，所需的能源及公辅设施等在二冷轧生产系统内就地就近平衡解决。
1.4.2工程内容
本工程主要是新建一条清洗机组及相应的配套公辅设施。
1.4.2.1生产工艺
清洗线设计能力为：
70万吨/年
带钢尺寸：
厚度：
0.3－2.0mm
宽度：
750－1600mm
最大卷重：
30t
产品标准：
钢板单面残油量≤10mg/m2
钢板单面残铁量≤10mg/m2
钢板单面涂硅量≤1－4mg/m2
机组速度：
最大运行速度：
400m/min
穿带速度：
50m/min
电解电流密度：
最大：
150A/dm2
正常：
100A/dm2
年净运行时间6773小时，年额定生产时间7968小时
机组负荷率：
85%
1.4.2.2清洗机组主要设备选型和特点
清洗机组的组成大致可以分为三段，即入口段、清洗工艺段和出口段。
从上料卷座至月牙剪后的第一个转向夹送辊为入口段，从碱液浸泡箱至3号转向辊为清洗工艺段，从3号转向夹送辊至机组尾部为出口段。
在入口段设有开卷机、CPC、矫头机、切头剪、重叠单焊缝焊机和月牙剪等设备，完成带钢清洗前的准备。
在清洗工艺段设有预脱脂、高密度电流电解脱脂、刷洗、冲洗和干燥等设备，保证了带钢的清洗质量。
在出口段设有张紧辊、EPC、张力辊、皮带助卷器和卷取机、打捆机等，保证了带钢的卷取质量。
1.4.2.3清洗机组自动控制水平
整个机组全部采用交流电机传动，单台最大容量的电机为500kw。
对于有调速要求的电机采用整流－逆变的公共直流母线的供电方式。
不调速的交流电机采用MCC供电。
机组自动控制系统分为两级，即基础自动化级和过程控制级。
自动化系统的主要控制功能如下：
机组速度控制，机组各段张力控制，带钢跑偏控制，整流器电流和极性改变控制，碱液的液位、浓度和温度控制，焊缝跟踪，生产数据建立、显示、打印报表，液压、润滑等辅助系统控制。
1.4.2.4能源和公辅设施
清洗机组所需的电源来自109#总降压变电所，负荷等级为三级，采用一路10kV供电电源。
电力负荷：
（1）机组计算负荷：
P30=2392kW，Q30=2008kvar，S30=3123kVA
机组的年耗电量1030×104kWh
（2）废水处理站增加装机容量168.2kW，计算负荷：
P30=135kW，Q30=101kVar，S30=169kVA
（3）中和池增加装机容量12.4kW计算负荷：
P30=11kW，Q30=8kVar，S30=14kVA
设整流变压器3台，动力变压器1台，均采用树脂浇注干式变压器。
整流变压器1台，向电解清洗槽的2套整流装置供电；整流变压器2台，向交流变频电机供电；动力变压器1台，向电机控制中心MCC供电。
现二冷轧含油废水处理站，处理能力为10m3/h，采用有机膜超滤处理。
现二冷轧排出含油废水量为8m3/h，4条镀锌线排出含油废水量为3m3/h，新建清洗机组排出的碱性废水为4m3/h，含油废水处理站处理能力不够。
所以需对含油废水处理站进行改扩建。
生产用加热蒸汽平均5.6t/h，最大6.4t/h。
采暖用蒸汽：
合计20kW，约需蒸汽0.5t/h，冬季使用。
压缩空气耗量合计：
平均610Nm3/h，最大1600Nm3/h。
仪表压缩空气耗量合计：
平均240Nm3/h，最大310Nm3/h。
除盐水耗量合计：
平均24t/h，最大100t/h。
工业水耗量合计：
平均3.0m3/h最大4.0m3/h，冷却水耗量合计：
平均101.2m3/h。
以上介质全部由2#冷轧现有公辅设施供给。
清洗间设轴流风机通风换气，电气室、操作室等房间设有空调装置，以保证室内一定的温、湿度要求。
1.5投资估算
本工程总投资为8071.44万元，其中含外汇218.67万美元。
1.6技术经济分析
本项目全部增量投资所得税后财务内部收益率为30.82％，投资回收期为3.2年（不含建设期），项目财务盈利能力很好。
因此，本项目从财务盈利能力看是可行的。
本项目实施后，可提高产品质量，这对于鞍钢提高产品竞争力，具有重大战略意义。
因此，建设本项目是极其必要的。
1.7工程建设进度
预计2004年11月开始土建施工，2005年5月试生产。
2工艺和设备
2.1轧钢工艺
2.1.1设计依据
新轧钢股份有限公司与新日铁公司所签订的电解清洗机组技术附件。
2.1.2生产规模和产品大纲
2.1.2.1生产规模
机组设计能力为年处理70万吨冷轧板。
2.1.2.2产品品种
产品品种主要DDQ以上的汽车板和家电板（CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ、IF、HSLA）。
2.1.2.3产品规格
厚度：
0.3～2.0mm
宽度：
750～1600mm
平均厚度：
0.75mm
平均宽度：
1250mm
最大卷重：
30t
产品标准：
钢板单面残油含量≤10mg/m2；
钢板单面残铁量（保证值）为≤10mg/m2；
钢板单面残铁量（目标值）为≤5mg/m2；
钢板单面涂硅量（保证值）为1—4mg/m2；
钢板单面涂硅量（目标值）为2mg/m2；。
2.1.2.4产品大纲
冷轧板电解清洗机组产品大纲
厚度（mm）
800-999（mm）
1000-1249（mm）
1250-1600（mm）
合计
0.3-0.49
5000t
10000t
5000t
20000t
0.5-0.69
20000t
134000t
32000t
186000t
0.7-0.89
20000t
174000t
53000t
247000t
0.9-1.19
10000t
104000t
23000t
137000t
1.2-1.59
10000t
50000t
20000t
80000t
1.6-2.0
20000t
10000t
30000t
合计
65000
482000t
153000t
700000t
2.1.3原料
2.1.3.1原料
本机组的年处理冷轧后硬状态的钢卷70万吨，其中：
DDQ占80%，CQ、DQ、EDDQ、HSLA和BH等占20%。
机械性能：
带钢屈服强度：
650N/mm2Max.950N/mm2
带钢抗拉强度：
650N/mm2Max.950N/mm2
2.1.3.2钢卷规格
厚度：
0.3～2.0mm
宽度：
750～1600mm
钢卷内径：
φ610mm
钢卷外径：
φ1200~2100mm
钢卷重量：
最大30t
2.1.3.3原料参数
钢板单面残油量：
（平均）350mg/m2 （最大）450mg/m2
钢板单面残铁量：
（平均）100mg/m2（最大）150mg/m2
原料卷的塔形：
≤50mm
带钢平直度：
≤20I
2.1.4金属平衡
成品量：
700000吨
原料量：
700980吨
金属消耗系数：
1.0014
原料量
700980吨
成品
700000吨
切头尾、焊缝
980吨
2.1.5生产工艺流程
2.1.5.1主要工艺流程
拆捆带→上料→开卷→切头尾→焊接→挖边→浸入碱洗→电解清洗→热水刷洗→热水漂洗→干燥→张力调节→出口剪切和取样→张力卷曲→卸料→称重→打捆→吊运→步进梁过跨
2.1.5.2生产工艺流程描述
原料通过吊车被放置到入口卷座，再由入口钢卷小车运送至开卷机，并在运送过程中测得钢卷的宽度和外径，钢卷上到开卷机后通过磁力皮带将带钢引至入口剪切头，之后进入窄缝搭接焊机与上一卷的带尾焊接。
然后带钢进入清洗段，清洗段主要依靠下述四个步骤完成对带钢表面的油和铁粉的清洗。
（1）碱浸洗，通过油与清洗液（清洗液为2%的碱液，温度为70-80℃）之间的化学反应除去带钢表面的部分油脂；
（2）电解，在电解槽内浸在电解液（电解液为3%的碱液，温度为70-80℃）中的带钢两侧设有电极，通过电化学反应所产生的大量气泡松动并除去带钢表面的杂质，电解槽的出口处设有两对刷辊，可以除去电解过程中已经松动但还没被彻底除掉的油和铁粉；（3）热水刷洗，带钢两侧设有喷头向带钢表面喷淋70℃的热水，通过刷辊刷洗除去带钢表面从电解槽带来的碱液；（4）热水漂洗，通过向带钢表面喷淋80℃热水冲掉残留在带钢表面的少量碱液。
清洗后的带钢进入热风干燥器干燥。
经过清洗段的处理带钢表面约95%杂质都已被除去，而且带钢表面形成了一种硅酸盐的薄膜，这种薄膜可以有效的防止钢卷在罩式炉退火过程中的粘连问题。
经过清洗的带钢进入出口区域的张紧辊、出口剪，在出口剪处将焊缝剪掉，然后进入张力卷取机，由卸卷小车将卷好的钢卷卸下送到出口钢卷座，称重打捆后，经门型吊运装置送到带翻钢机的步进梁上运入罩式炉跨。
2.1.6主要生产工艺选择
2.1.6.1电解清洗原理
用于带钢清洗线的电解液通常是含磷酸盐或硅酸盐的碱性混合物，电解液具有去污能力（也就是有溶解、皂化、乳化和污物絮结的能力）、亲水性，并有良好导电性。
带钢在电解清洗时，电解槽内发生电解反应如下：
H2O=H++OH–
阳极：
4OH–=4e-+2H2O+O2
阴极：
4H++4e-=2H2
电解反应使带钢和电极上产生大量的氢气和氧气，产生的气泡使钢表面的油和铁粉松动并脱离，并与电解液发生皂化、乳化反应，并絮结产生沉淀，将带钢表面清洗干净。
2.1.6.2电解清洗技术
通过试验，发现电解清洗的效果与库仑密度有关，库仑密度越大，清洗效果越好，在同样的库仑密度情况下，电流强度越大，电解时产生的气泡量越多，在带钢表面产生的力越大，清洗效果越好，同时清洗时间缩短。
目前电解清洗技术主要有低电流密度清洗和高电流密度清洗。
低电流密度电解清洗的电流密度为10-15A/dm2，用钢板做电极，电解时间一般在1秒左右，受电解时间的影响，低电流密度清洗的线速度较低，但如果增加电极数量也可以适当提高线速度。
高电流密度电解清洗的电流密度为100-200A/dm2，用镍做电极，电解时间只需0.1秒，机组线速度较高。
高电流密度电解清洗技术是近年来发展起来的一种电解清洗技术，主要有两种形式：
一种是电极对电极式，即带钢两侧设有电极（两块电极的极性可以相同也可以不同），同时清洗带钢的两侧，同时有喷头不断地向电解槽内补充电解液；另一种是环绕式，使带钢通过转向辊转向，并在对应位置设有弧形电极，电极位置可以根据带钢厚度的不同做相应调节，在靠近电极端头处设有高压喷嘴向电极与带钢的缝隙间喷电解液，使电解液充满电极与带钢之间发生电解反应，对带钢两面的清洗是分两次进行的，这种电解形式的结构比前一种方式复杂，维修时也会相对麻烦一些。
本项目采用的是高电流密度电极对电极式电解，电解槽内设有两对镍电极，每对电极的极性是相同的，这样可以确保带钢两面清洗效果一致，电解液为含硅酸盐的碱性溶液。
2.1.7机组主要技术参数
速度参数：
线速度：
400m/min（最大）
穿带速度：
50m/min
加速度：
0.833m/s2
电解反应参数：
电流密度：
150A/dm2（最大）
100A/dm2（一般情况）
电解时间：
0.1S
2.1.8生产能力计算
厚度
mm
宽度
mm
代表厚度mm
代表宽度mm
机组速度m/min
小时
产量t
年产量t
生产
时间h
0.3-0.49
800-999
0.4
900
400
54
5000
92.6
0.3-0.49
1000-1249
0.4
1125
400
64.2
10000
155.8
0.3-0.49
1250-1600
0.4
1425
400
76.4
5000
65.4
0.5-0.69
800-999
0.6
900
400
73.5
20000
272.1
0.5-0.69
1000-1249
0.6
1125
400
85.9
134000
1560.0
0.5-0.69
1250-1600
0.6
1425
400
100.2
32000
319.4
0.7-0.89
800-999
0.8
900
400
89.7
20000
223.0
0.7-0.89
1000-1249
0.8
1125
400
103.4
174000
1682.8
0.7-0.89
1250-1600
0.8
1425
400
118.7
53000
446.5
0.9-1.19
800-999
1.05
900
400
106.5
10000
93.9
0.9-1.19
1000-1249
1.05
1125
400
121
104000
859.5
0.9-1.19
1250-1600
1.05
1425
400
136.6
23000
168.4
1.2-1.59
800-999
1.35
900
400
121.1
10000
82.6
1.2-1.59
1000-1249
1.35
1125
400
135.4
50000
369.3
1.2-1.59
1250-1600
1.35
1425
400
150.4
20000
133.0
1.6-2.0
1000-1249
1.8
1125
400
153.6
20000
130.2
1.6-2.0
1250-1600
1.8
1425
400
167.9
10000
59.6
合计
700000
6713.9
2.1.9工作制度
采用连续工作制，节假日不休息，四班三运转，机组年检修制度、工作时间安排如下：
日历
时间
计划停机时间
非计划停机时间
年额定工作时间
机组作业率（%）
大修
小修
小计
设备故障
其它
小计
8760h
240h
190h
430h
850h
280h
1130h
7200h
82.2
机组负荷：
6713.9÷7200×100%=93.2%
2.1.10工艺布置
2.1.10.1工艺平面布置
电解清洗是冷轧后、罩式退火前的一道工序，因此在平面布置时考虑将电解清洗机组布置在轧机和罩式退火炉之间的一个位置，在充分研究二冷轧的工艺布置、并多方案比较后，将电解清洗机组布置在轧后库南侧，靠近2b柱列，机组中心线距2b柱列中心线距离为14m，电解清洗机组的平面布置详见工艺平面布置图。
此布置对现二冷轧影响最小，除利用现有厂房外，还可充分利用二冷轧的各种介质和轧后库吊车，投资最省。
2.1.10.2起重运输设备
目前轧后库有3台35t吊车，用于轧机卸料和罩式炉的上料，本机组的原料运输采用现有车间吊车，成品运输采用门型吊运装置，直接送到翻钢机步进梁上，不占用轧后库吊车，所有起重运输设备均利用厂房现有设备，并能满足生产要求。
2.1.10.3仓库计算
由于电解清洗机组布置在轧后库，占用了部分轧后库钢卷存放位置，余下面积可以布置卷座344个，可存放钢卷550个（轧后库内钢卷双层存放，第二层利用系数0.6）。
轧机平均规格：
宽度1204mm，厚度0.99mm，单重19kg/mm，卷重22.9t。
轧机平均小时产量：
295t/h，日产量：
7080t，钢卷数341个
轧后库可存放天数：
1.66天
可以满足冷轧厂要求的冷轧钢卷在轧后库存放30h的要求。
2.1.11主要设备组成
（1）托卷辊1套
（2）入口卷座2套
（3）入口上卷小车1台
（4）开卷机1台
（5）磁力运输机1台
（6）带矫直的夹送辊1套
（7）入口剪1套
（8）废料台1套
（9）焊机1台
（10）月牙剪1台
（11）No.1转向夹送辊1套
（12）浸入槽Alkalidiptank1套
（13）带刷辊的电解清洗槽1套
（14）热水刷洗槽1套
（15）热水漂洗槽1套
（16）挤干辊1套
（17）No.2转向夹送辊1套
（18）No.1转向辊1套
（19）干燥器1个
（20）No.2转向辊1套
（21）No.3转向夹送辊1套
（22）清洗循环系统1套
（23）排雾系统1套
（24）张紧辊1套
（25）出口剪1台
（26）出口切头和取样装置1台
（27）EPC传感器支架1个
（28）TR转向夹送辊1套
（29）导料台1个
（30）张力卷曲机1台
（31）皮带助卷器1个
（32）出口卸料小车1个
（33）打捆机1台
（34）出口卷座3套
（35）门型吊运装置1套
（36）钢结构1套
（37）液压系统2套
（38）EPC&CPC1套
（39）气动系统1套
（40）中间配管1套
2.1.12车间主要技术经济指标
车间主要技术经济指标
序号
指标名称
单位
数量
备注
I、车间主要产品
1
机组年产量
t
700000
II、主要基础资料
2
电解清洗机组设备总重量
t
683
3
入口段设备重量
t
169
清洗段设备重量
t
207
出口段设备重量
T
142
辅助设备重量
T
165
4
车间电气总容量
kW
1649
III、设备使用及工作制度
5
机组年净工作时间
H
7247
6
机组负荷率
%
93.2
7
成材率
%
99.86
IV、吨产品消耗指标
8
冷轧带钢
t/t
1.0014
9
电
kw/t
22.7
10
除盐水
l/t
232
11
工业水
l/t
29
12
蒸汽
kg/t
54
13
压缩空气
M3/t
5.9
14
压缩空气（仪表用）
m3/t
2.3
15
碱（na4sio4）
kg/t
0.7
2.2主要设备部分
2.2.1入口部分
清洗机组入口部分主要功能是完成钢卷的上料、开卷、带钢矫直、带头与带尾的剪切、带头与带尾的焊接以及焊缝处带钢的挖边处理等。
主要设备包括上卷小车、开卷机、矫直机、切头剪、焊机、月牙剪等。
2.2.1.1上卷小车
设备由走行小车、钢结构底座和盖板等组成。
小车升降为液压缸，小车走行为电机传动。
小车升降和走行具有快慢速功能。
车体、钢结构底座、盖板为焊接结构。
小车在运行过程中完成钢卷的测宽和测径。
性能参数：
液压缸：
φ250×1600；
速度：
min50mm/s；
max100mm/s；
电机：
齿轮马达11kW×11r/min；
速度：
min50mm/s；
max200mm/s；
钢卷：
max30t；maxφ2100mm。
2.2.1.2开卷机
由电机、减速机、联轴器、卷筒、液压缸等组成。
卷筒传动采用电动机，卷筒涨缩采用液压缸，卷筒结构为四扇形真圆式结构。
开卷机带有活动支撑，以保证卷筒具有足够的刚度。
开卷机设有CPC装置，保证带钢连续生产过程中的自动对中。
性能参数：
卷筒：
涨径φ620mm；
缩径φ560mm；
名义直径φ610mm；
卷筒长度：
1800mm。
电机：
250kW
钢卷：
卷重max30t；
外径maxφ2100mm；
旋转液压缸：
φ350mm×120mm；
对中液压缸：
φ280mm×300mm；
减速机速比：
6.91。
2.2.1.3矫直机
采用五辊式矫直机且带有夹送辊。
传动为电动机；压下为液压缸，压下微调采用电动机。
矫直机本体采用焊接结构。
性能参数：
矫直辊：
φ150mm×1900mm；5套
电机；齿轮马达22kW×137r/min；
液压缸：
φ100mm×120mm。
2.2.1.4切头剪
采用液压连杆式机构且带有夹送辊。
机架为焊接结构。
性能参数：
液压缸：
φ200mm×300mm。
剪刃：
20mmφ80mmφ1900mm。
钢板厚度：
max3mm，min0.3mm.
2.2.1.5焊机
采用窄缝搭接焊机。
该设备为进口设备，具有全自动焊接功能。
性能参数：
钢板厚度：
max2mm，min0.3mm；
钢板宽度：
max1600mm，min750mm；
焊缝厚度：
200%；
焊接强度：
＞100%。
2.2.1.6月牙剪
采用液压式下切式结构，由压下结构和横移结构组成。
机架为焊接结构。
性能参数：
钢板厚度：
max2mm，min0.3mm；
钢板宽度：
max1600mm，min750mm；
上剪刃：
70mm×300mm×915mm；
下剪刃：
70mm×350mm×950mm；
压下缸：
φ200mm×80mm2个
横移缸：
φ80mm×750mm2个
最大剪边量：
150mm（每边）
2.2.2工艺清洗段
清洗段主要由浸洗槽，电解清洗槽，热水刷洗槽，热水漂洗槽，干燥器，清洗液循环系统及雾气净化系统所组成。
工作槽设在平台上，循环系统设在平台下的地坑内，便于排放液体。
碱液贮存配制及排气风机室设在新建厂房内，清洗段处理能力70万t/a。
2.2.2.1工艺流程
带钢进入清洗段后,首先进入浸洗槽,除去表面油污及铁粉后,进入带刷辊的电解清洗槽,带钢通过刷洗及电解清洗
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