一种带钢表面处理方法及系统与流程

本发明涉及轧钢技术领域，特别是涉及一种板带后处理连续生产线带钢表面清洗和高强钢镀锌带钢表面预氧化的控制方法及其应用，具体涉及一种带钢表面处理方法及系统。

背景技术：

冷轧带钢表面带有大量残留物，主要是以铁粉和轧制油为主，其总量一般高达300mg/m²～600mg/m²(单面)。冷轧后处理线的镀锌和连退机组中均设置有清洗段，目的是清除带钢表面的这些污垢。而清洗不良的原料表面会存留的油泥和铁粉，会严重影响镀锌板的可镀性以及连退板的表面质量。

传统的清洗段的清洗工艺是：喷淋浸泡碱洗(化学)+碱刷洗(物理+化学)+电解清洗+水刷洗+水漂洗的组合式多级清洗，工艺复杂，设备庞大，运行成本较高。这样的清洗段，使用大量的以碱的成份为主的脱脂剂和脱盐水。为了避免泡沫的产生，还要使用消泡剂。生产中，会造成大量的废水排放，含碱废水的处理成本非常高，而且对环保造成很大的压力。脱脂剂本身的成本也比较高。这样的工艺特性不符合现代化工厂的环保和节能要求，减少排放和减少化学药剂的使用是我们这个行业现在和今后重点关注的课题。

高强钢的机体内含有较多的合金元素，比如锰、硅等。这些合金元素会造成镀锌线带钢表面与锌液的浸润性变差造成的可镀性能差。一般高强钢镀锌线，采用的是炉内预氧化的方法，将合金元素氧化后固化在亚表层，阻止了合金元素在带钢表面富集发生选择性外氧化，使得带钢表面与锌液的浸润性大为改善，从而实现了高强钢可镀。但是炉内预氧化工艺复杂，控制难度非常大。主要原因是带钢在退火炉的炉内，表面的氧化层厚度无法测量，且氧化层厚度与多种因素有关，比如：原料的合金元素种类、前工序工艺控制因素、退火炉气氛分布曲线、退火炉温度曲线等等。氧化层太薄，不能起到将合金元素氧化后固化在亚表层的作用，合金元素将降低可镀性。氧化层太厚，退火炉的后工序不能将氧化层还原成纯铁，也无法实现镀锌。目前还没有成熟的数学模型可用。可控的带钢表面氧化技术是突破高强钢镀锌技术的关键。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带钢表面处理方法及系统，用于解决现有技术中对带钢表面处理时需要采用大量的碱液、对高强钢的预氧化层厚度难以控制等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种带钢表面处理方法，至少包括如下步骤：

1)将高温气体加压后喷射至焚烧炉中的带钢表面；

2)对带钢表面进行一次刷洗；

3)对带钢表面进行二次刷洗。

进一步地，步骤1)中，所述高温气体包括退火炉的燃烧废气。

更进一步地，步骤1)中，所述高温气体包括退火炉的燃烧废气、空气。退火炉燃烧废气温度一般为300℃～600℃，废气中混入空气达到调节炉内温度和炉内的氧气含量等目的。

进一步地，步骤1)中，焚烧炉中的带钢表面温度控制在200℃～350℃。带钢的表面温度是最终控制目标(测量带钢的表面温度的辐射高温计设置两个：带钢运行的方向上，焚烧炉的中间位置设置一个，出口位置设置一个)，根据前工序冷轧轧制油的品种，采用不同的温度，焚烧炉内带钢表面温度控制在200℃～350℃。炉内气氛的温度是高于带钢的表面温度的，因此，炉内气氛的温度不作为控制目标。

进一步地，步骤1)中，还包括向焚烧炉中通入燃气，并将燃气与高温气体的混合气体点燃。当高温气体的温度较低时，向焚烧炉中通入燃气，并将燃气与高温气体的混合气体点燃，进而提升焚烧炉内的气体温度。

更进一步地，所述燃气为可以为天然气、混合煤气、液化石油气等。

进一步地，步骤2)中，采用硬毛刷对带钢表面进行一次刷洗；步骤3)中，采用软毛刷对带钢表面进行二次刷洗。

更进一步地，步骤2)中，先对带钢表面进行喷水，再采用硬毛刷对带钢表面进行一次刷洗；步骤3)中，先对带钢表面喷淋脱盐水，再采用软毛刷对带钢表面进行二次刷洗。

进一步地，还包括步骤4)，将步骤3)处理后的带钢进行挤压、烘干。

进一步地，所述带钢为高强带钢，步骤1)中，带钢进入焚烧炉前，先对带钢表面喷射水雾，改变炉内的露点，达到控制氧化层厚度的目的；步骤4)中，对烘干之后的带钢进行氧化层厚度检测，并将检测结果反馈至步骤1)，根据该检测结果调整焚烧炉内的气体温度以及炉前带钢水雾喷射量。调整焚烧炉内气体温度的方法主要有：当炉内温度较低时，通入燃气并点燃，进而提高炉内气体温度；当炉内温度较高时，减小退火炉废气的进入量，并向废气中通入新鲜空气，进而降低焚烧炉内的气体温度。氧化层厚度的检测信息的传送、焚烧炉内的气体温度、炉前带钢水雾喷射量等均通过电控系统实现。

进一步地，对烘干之后的带钢进行退火，退火炉的燃烧废气回流至步骤1)的焚烧炉中循环利用。

进一步地，步骤1)中，将焚烧炉中的气体排放至炉外。

本发明第二方面提供一种带钢表面处理系统，包括依次对带钢进行表面处理的焚烧炉、第一刷辊、第二刷辊。

第一刷辊为带有硬毛刷的刷辊，对带钢表面的进行第一次刷洗，第一刷辊具体可以为研磨刷辊等，刷辊上的硬毛对带钢表面的进行刷洗，研磨刷辊的硬毛刷对带钢表面同时起到研磨和刷洗作用。

第二刷辊为带有软毛刷的刷辊，对带钢表面的进行第二次刷洗，第二刷辊具体可以为软毛刷辊等，带钢经过第一次刷洗后，表面还残留少量的铁粉以及工业水含有的各种杂质以及重金属等，需要通过第二刷辊的软毛进行第二次刷洗。

进一步地，所述焚烧炉连通有用于输送退火炉废气的废气引入管道。

进一步地，所述废气引入管道依次通过集气箱、喷射机连通至所述焚烧炉。退火炉的废气通过废气引入管道进入集气箱，再经喷射机加压后喷至带钢表面，即可去除带钢表面的大量轧制油、铁粉等附着物，同时也对带钢表面起到氧化作用。

进一步地，所述集气箱连通有空气引入管道，当通入的退火炉废气温度过高时，向集气箱中通入空气，使得空气与废气混合，起到降低气温的作用，另外，空气中的氧气、水等也能对带钢表面起到氧化作用。

炉内设置有氧分析仪和露点分析仪，用以检测炉内气氛的氧含量以及露点。炉内还设置有辐射高温计，用来测量带钢表面的温度。氧分析仪、露点分析仪、辐射高温计均电性连接至电控系统，将检测结果反馈至电控系统，电控系统根据需要调整废气、空气的进入量，也可调整燃气的进入量并点火，对于高强带钢，电控系统还可调整炉前带钢的水雾喷射量等。

进一步地，所述焚烧炉内设有与所述喷射机的出风口连通的喷管，喷管散布在焚烧炉内壁，使得带钢表面的各个部位均被喷射气体处理，不存在死角。

进一步地，所述焚烧炉内设有燃气通入管道以及用于点火的火花塞。

进一步地，还包括位于所述焚烧炉上游且对带钢进行水雾喷射的水雾喷嘴。

进一步地，还包括用于排除焚烧炉内气体的风机。风机将焚烧炉内处理带钢之后的气体抽走，进而带走杂质，避免其重新残留在带钢表面。

进一步地，所述焚烧炉、第一刷辊之间设有用于对带钢进行转向的第一转向辊，所述第一刷辊、第二刷辊之间设有用于对带钢进行转向的第二转向辊。两个转向辊有效利用了场地空间，避免系统的直线长度过长，并且，第一转向辊还可有效避免下游的喷淋水反冲至焚烧炉中。

进一步地，还包括在第一刷辊处理带钢时对带钢进行喷水的第一喷淋装置、在第二刷辊处理带钢时对带钢进行喷脱盐水的第二喷淋装置，所述第二刷辊的下游依次安装有对带钢进行挤干处理的挤干辊、对带钢进行烘干处理的烘干箱、用于检测带钢表面氧化层厚度的氧化层检测装置；还包括用于收集第一喷淋装置、第二喷淋装置处理水的工作箱，所述工作箱的出水口连通至所述第一喷淋装置的进水口。

更进一步地，工作箱的出水口依次通过磁过滤器、循环箱、水泵连通至第一喷淋装置的进水口，磁过滤器起到过滤水中铁粉的作用，经过磁过滤器处理后的水经过循环箱收集，通过水泵泵送至第一喷淋装置，实现水的循环利用。

如上所述，本发明的带钢表面处理方法及系统，具有以下有益效果：本发明可用于热镀锌(GI和GA)、热镀铝锌硅(55％Al－Zn－Si)、热镀锌铝硅(5％Al－Zn－Si)、热镀铝锌镁、热镀铝硅等普通板热镀锌和高强钢热镀锌领域，可用于带钢连续退火机组。

本发明与传统清洗段相比较，有如下优势：

1)可以不使用任何化学药剂，减少污染，降低成本。

2)运行中的排放仅为含铁粉废水，不含任何化学药剂成份，不用做特殊的处理，仅简单沉淀后即可排放，对环境保护没有压力。

3)由于本发明使用了退火炉的废气热量，使得运营成本大为将低，总的运营成本约为传统清洗段的1/5。

4)由于本发明设备简单，一次性设备投资低。

本发明与传统的高强钢热镀锌工艺对比的优势：炉外氧化方式开辟了新的工艺路线，板面氧化程度可控，控制方法简单、直接、有效。

对于普通镀锌线改造成高强钢镀锌线比较方便，不需要对退火炉进行改造，即可实现高强钢热镀锌的生产。

附图说明

图1显示为本发明实施例的带钢表面处理系统结构示意图。

图2显示为本发明实施例的循环系统结构示意图。

零件标号说明

1—带钢

2—水雾喷嘴

3—焚烧炉

4—喷射机

5—喷管

6—燃气通入管道

7—空气喷射密封

8—风机

9—第一转向辊

10—第一喷淋装置

11—第一刷辊

12—第二转向辊

13—第二喷淋装置

14—第二刷辊

15—挤干辊

16—烘干箱

17—氧化层检测装置

18—废气引入管道

19—集气箱

20—空气引入管道

21—工作箱

22—磁过滤器

23—循环箱

24—水泵

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

一种带钢表面处理方法，包括如下步骤：

1)将高温气体加压后喷射至焚烧炉中的带钢表面，所述高温气体主要为退火炉的燃烧废气，由于各时间段的废气温度高低不同，为了降低炉内气体温度，还可向废气中引入新鲜空气，为了提高炉内气体温度，还可向焚烧炉中通入燃气，并将燃气与高温气体的混合气体点燃。废气、空气的引入、燃气的引入及点燃均通过电控系统控制，达到控制炉内气体温度的目的，高度自动化。

2)对带钢表面进行一次刷洗，具体地，采用硬毛刷对带钢表面进行一次刷洗；为了提高清洗效率，先对带钢表面进行喷水，再采用硬毛刷对带钢表面进行一次刷洗；

3)对带钢表面进行二次刷洗，具体地，采用软毛刷对带钢表面进行二次刷洗；为了提高清洗效率，先对带钢表面喷淋脱盐水，再采用软毛刷对带钢表面进行二次刷洗。

4)将步骤3)处理后的带钢进行挤压、烘干。

进一步地，当带钢为高强带钢时，步骤1)中，带钢1进入焚烧炉3前，先对带钢1表面喷射水雾，改变炉内的露点，达到控制带钢表面氧化层厚度的目的；步骤4)中，对烘干之后的带钢进行氧化层厚度检测，并将检测结果反馈至步骤1)，根据该检测结果调整焚烧炉内的气体温度以及炉前带钢水雾喷射量。调整焚烧炉内气体温度的方法主要有：当炉内温度较低时，通入燃气并点燃，进而提高炉内气体温度；当炉内温度较高时，减小退火炉废气的进入量，并向废气中通入新鲜空气，进而降低焚烧炉内的气体温度。氧化层厚度的检测信息的传送、焚烧炉内的气体温度、炉前带钢水雾喷射量等均通过电控系统实现。

如图1所示，上述方法可以采用如下系统：一种带钢表面处理系统，包括依次对带钢1进行表面处理的焚烧炉3、第一刷辊11、第二刷辊14。冷轧后处理线的退火炉都会产生大量的燃烧废气，未经过余热利用的温度大约是300℃～500℃(烟道热量损失后)，流量大约是15m³/t～35m³/t(退火炉处理能力不同)，截取退火炉燃烧废气总量的1/10～1/5用于本系统的焚烧炉3即可。

焚烧炉3连通有用于输送退火炉废气的废气引入管道18。具体地，废气引入管道18依次通过集气箱19、喷射机4连通至焚烧炉3，废气经过喷射机4加压后喷至带钢1表面。

集气箱19连通有空气引入管道20，当废气温度较高时，引入空气进行降温，同时，空气中也含有大量氧气，焚烧炉3中通入燃气时也起到助燃作用。

焚烧炉3内设有与喷射机4的出风口连通的喷管5，喷管5散部在焚烧炉3的内壁，对带钢1表面进行高压喷气。

焚烧炉3内设有燃气通入管道6以及用于点火的火花塞，当炉内气体温度较低时，通入燃气并点燃，以提高炉内气体温度。

焚烧炉3中的带钢表面温度控制在200℃-350℃。带钢1的表面温度是最终控制目标(测量带钢的表面温度的辐射高温计设置两个：在带钢运行的方向上，焚烧炉的中间位置设置一个辐射高温计，出口位置设置一个辐射高温计)，根据前工序冷轧轧制油的品种，采用不同的温度，焚烧炉3内带钢表面温度控制在200℃～350℃。炉内气氛的温度是高于带钢1的表面温度的，因此，炉内气氛的温度不作为控制目标。

进一步地，还包括位于焚烧炉3上游且对带钢1进行水雾喷射的水雾喷嘴2。喷射水雾能起到改变炉内露点的作用，实现控制带钢氧化层厚度的目的。带钢1是不断运行的，水雾喷在带钢1上，带钢1带着水进入到炉内，遇到高温挥发成蒸汽，弥散在炉腔内，从而升高了炉内的露点。当然，也可以将水雾喷嘴2设置在焚烧炉3内，但由于炉内温度较高，因此，将水雾喷嘴2设置在焚烧炉3的前方更合适，以便于带钢1表面的氧化。

进一步地，还包括用于排除焚烧炉3内气体的风机8，焚烧炉3内喷至带钢1表面处理之后的气体中含有大量杂质，处理气经过风机8抽放至炉外，避免杂质重新残留在带钢1表面。

焚烧炉3、第一刷辊11之间设有用于对带钢1进行转向的第一转向辊9，第一刷辊11、第二刷辊14之间设有用于对带钢1进行转向的第二转向辊12。两个转向辊有效利用了场地空间，避免生产线的直线长度过长，并且，第一转向辊9还可有效避免下游的喷淋水反冲至焚烧炉3中。

进一步地，还包括在第一刷辊11处理带钢1时对带钢1进行喷水的第一喷淋装置10、在第二刷辊14处理带钢1时对带钢1进行喷脱盐水的第二喷淋装置13，第二刷辊14的下游依次安装有对带钢1进行挤干处理的挤干辊15、对带钢1进行烘干处理的烘干箱16、用于检测带钢1表面氧化层厚度的氧化层检测装置17。

如图2所示，为了充分利用水，本发明还包括循环系统，该系统包括用于收集第一喷淋装置10、第二喷淋装置13处理水的工作箱21，第一喷淋装置10喷出的水全部流至工作箱21，第二喷淋装置13的喷淋水通过管道流至工作箱21(未图示)，工作箱21的出水口连通至磁过滤器22，磁过滤器22对水进行铁粉过滤，磁过滤器22的出水口再连通至循环箱23，循环箱23的水经过水泵24泵送至第一喷淋装置10，实现水的循环利用，节省生产成本。

本发明提供的一种带钢表面处理系统，无碱液清洗，也能对带钢表面预氧化，使用一种装置实现两种功能。本发明可用于热镀锌(GI和GA)、热镀铝锌硅(55％Al－Zn－Si)、热镀锌铝硅(5％Al－Zn－Si)、热镀铝锌镁、热镀铝硅等普通板热镀锌和高强钢热镀锌领域。可用于带钢连续退火机组。本系统的运行过程如下：

1)从机组的退火炉烟道废气管道引入一定量的高温废气(未经过换热)从废气引入管道18进入到集气箱19。同时，根据需要通过新鲜空气(区别与废气中的残留空气所以成为新鲜空气)空气引入管道20引入一部分新鲜空气进入集气箱19。

2)喷射机4将集气箱19中的气体加压，通过管道分配到焚烧炉3的炉壁两侧的若干喷管5。

3)带钢1进入焚烧炉3，加压后的高温燃烧废气和混合空气通过喷管5喷射到带钢表面，使轧制油挥发。

4)通过分散布置在焚烧炉3炉壁两侧的若干燃气通入管道6，在焚烧炉3内通入一定量的燃气，使之弥撒在炉腔内。退火炉的燃烧废气中含有大量过剩的空气，再加上从集气箱19进入的新鲜空气，遇到燃气后经过火花塞点火发生燃烧，使焚烧炉3内的温度上升，补充退火炉废气温度的不足(机组在刚启动的时候，退火炉废气温度较低)。

5)轧制油挥发后，铁粉的附着力下降，高压气体冲刷搅拌带钢表面，部分铁被冲刷搅拌后脱离带钢表面，变成粉尘，弥散在炉腔内，挥发成气态的轧制油和弥散在炉腔内的铁粉粉尘通过风机8抽到烟道排放出去。焚烧炉3上输出带钢1的一端安装有空气喷射密封7，用于密封焚烧炉3的出口，使得焚烧炉3内的处理气体全部从风机8排出，带钢1从空气喷射密封7上穿出，进入后续工序。

6)通过焚烧炉3初步处理的带钢1经过第一转向辊9进入到研磨刷洗工序。经过第一喷淋装置10的高压水喷淋之后，进入到第一刷辊11之间，第一刷辊11为研磨刷辊，刷辊上的硬毛刷对带钢1表面同时进行研磨和刷洗，第一喷淋装置10的喷淋水使用普通的工业水即可。

7)经过研磨的带钢1经过第二转向辊12的转向，进入到第二喷淋装置13进行脱盐水喷淋，再进入到第二刷辊14之间，第二刷辊14为软毛刷辊，刷辊上的软毛对带钢1表面进行刷洗，将带钢1表面残留的铁粉和炭黑(如果有)刷洗干净。优选地，在第二转向辊12的区域，带钢1是处于水的浸没状态中，便于下游的软毛刷对带钢1表面进行刷洗。

8)最后带钢1进入到挤干和烘干区域，挤干辊15、烘干箱16将带钢1表面残留的水分处理干净。

9)循环系统和废水排放：第一喷淋装置10要使用大量的工业水，第二喷淋装置13也要使用一定量的脱盐水，这些水全部收集在工作箱21中，依靠重力流经若干台磁过滤器22进行铁粉过滤，过滤后的水依靠重力再流回到循环箱23箱体内，进行二次利用，水泵24则安装在循环箱23旁边，水泵24为高压水泵，抽取箱体内的水进入第一喷淋装置10进行喷淋，实现喷淋水的循环利用。循环箱23进行定期排水，排放量与第二喷淋装置13的供水量平衡，以保持水的洁净。第二喷淋装置13的进水不使用该循环水，而是采用新的脱盐水，避免二次刷洗时普通水的杂质附着至带钢1的表面。

具体的处理过程说明如下：

从机组的退火炉燃烧废气管道引入一定量未经过换热的高温废气通过管道引入到焚烧炉3前的集气箱19内，在焚烧炉3内通入一定量的燃气使之弥撒在炉腔内，燃烧废气中含有大量过剩的空气，再加上燃烧废气管道混入的新鲜空气，遇到燃气后经过火花塞点火发生燃烧，燃烧反应发生在废气管道通入到焚烧炉3的管道口，使焚烧炉3温度上升，补充废气温度的不足(机组在刚启动的时候，退火炉废气温度较低)。

通过控制燃烧废气混入空气的流量和通入焚烧炉3燃气的流量，可以实现对焚烧炉3炉温的控制。当炉温较高时，减少或者切断燃气的流量，加大燃烧废气混入新鲜空气的流量；当炉温较低时，加大燃气流量，同时根据需要调节新鲜空气流量，使空气与燃气发生燃烧反应，升高焚烧炉3的炉温。

经过焚烧炉3后，带钢1表面残留了一些铁粉和炭黑(炭黑的多少取决于退火炉燃烧是否充分，冷轧后处理线的全辐射管加热退火炉都是空气过剩的燃烧方式，所以炭黑较少)，带钢1从焚烧炉3出来后，进入研磨刷洗工序，经过高压水喷淋后，先通过研磨刷辊的硬毛刷对带钢1表面进行研磨和刷洗，再经过软毛刷辊的软毛刷对带钢1表面进行二次刷洗，将带钢1表面残留的铁粉和炭黑(如果有)刷洗干净，同时将带钢1的温度降低。刷洗干净的带钢1依次进入到挤干辊15、烘干箱16，将带钢1表面的水分处理干净。

烘干箱16的下游设有对带钢1进行氧化层厚度进行检测的氧化层检测装置17，该装置主要是用于高强带钢处理时对氧化层厚度进行检测，氧化层检测装置17主要是通过检测带钢厚度方向上的电阻，间接计算得到氧化层厚度。氧化层检测装置17电性连接至电控系统，氧化层检测结果反馈至电控系统，电控系统根据检测结果控制焚烧炉3中废气、空气、燃气的进入量以及水雾喷嘴2的喷水量，若干个水雾喷嘴2布置在带钢1的两个面所对应的侧方，保证喷射范围覆盖带钢1的整个表面，总流量通常为0～1.2L/min，控制带钢1表面的氧化程度，根据高强钢不同的钢种需要，确定不一样的氧化层厚度，氧化层厚度范围通常为0～3μm。普通带钢需尽量减少氧化。该系统可用于高强钢热镀锌等产品的生产。处理后带钢表面残留物≤20mg/m²/单面。

综上所述，本发明有效去除带钢表面的轧制油、铁粉等附着物，充分利用退火炉燃烧废气中的热量，不再使用大量碱液，节能环保，对于高强带钢，还可有效控制预氧化层的厚度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。