中高碳钢盘条表面处理生产线

第３７卷Ｖ０１．３７第１期ＮＯ．１金属Ｍｅｔａｌ制品Ｐｒｏｄｕｅｔｓ２０１１年２月Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１１ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—４２２６．２０１１．０１．０１３中高碳钢盘条表面处理生产线陈晓娟（上海拓盛投资管理有限公司，上海２０１９００）摘要介绍中高碳钢盘条表面处理生产线的产能、生产流程及生产工艺控制要点，给出中高碳钢盘条表面处理生产线的剖面图。该生产线采用逆工序溢流酸洗和水洗，酸洗控制Ｐ（Ｆｅ２＋）小于１５０∥Ｌ；磷化控制总酸度３５—６０点，游离酸度３～７点，酸比５—８；拉拔速度６—７ｍ／ｓ时，磷化膜厚度控制在ｌＯ一１５¨ｍ；皂化温度大于７０℃。可处理直径５．５—１３ｍｍ、盘卷直径８５０～１５００ｍｍ、最大单卷质量２．５ｔ的盘条，生产线最大生产能力１５万ｔ／ａ，最高工艺速度为６卷／ｈ。生产线关键的机械手、酸洗工艺槽、隧道等全部实现国产化。关键词中高碳钢；表面处理；生产工艺；酸洗；磷化中图分类号ＴＧｌ５５．４２ＳｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｆｏｒｈｉｇｈａｎｄｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄＣＨＥＮＸｉａｏ－ｊｕａｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＴｕｏｓｈｅｎｇＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１９００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｎｔｒｏｌｐｏｉｎｔｓｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｓｈｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ．ａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｓｓｉｗｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｈｉｓｈａｎｄｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ．Ｔｈｉｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｕｓｅｓａｎｔｉ－ｐｒｏｃｅｓｓＯＶｅｌ＇ｆ［ｏｗｐｉｃｋｌｉｎｇａｔａｎｄａｔｒｉｎｓｉｎｇ，ｐｉｃｋｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｆｅｒｒｏｕｓｉ—３—７，ａｃｉｄｒａｔｉｏａｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｌ５０ｇ／Ｌ；ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｏｔａｌａｃｉｄｉｔｙａｔ３５～６０，ｆｒｅｅａｃｉｄｉｔｙ５—８；ｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓ６—７ｍ／ｓ，ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｐｒｏｄｕｃｅｓｉｎｇｌｅｒｏｌｌｉｎｇｔｉｏｎａｔ１０—１５ｍｉｃｒｏｎ；ｓａｐｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ７０℃；ｔｏ２．５ｔｗｉｒｅｒｏｄｗｉｔｈｄｉａｍｅｔｅｒ５．５～１３ｍｍ，ｃｏｉｌｄｉａｍｅｔｅｒｉｓ８５０—１５００ａｍ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｒｏｄｕｅ－ｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｓ１５０ｔｈｏｕｓａｎｄｔ／ａ，ｔｈｅｆａｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｓｐｅｅｄｉｓ６ｒｏｌｌ／ｈ．Ｔｈｅｋｅｙｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｐｉｃｋｌｉｎｇｔａｎｋａｎｄｔｕｎｎｅｌｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｈａｖｅｂｅｅｎｌｏｃａｌｉｚｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓｈｉｇＩｌａｎｄｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄ；ｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｉｃｋｌｉｎｇ；ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ１生产线产能及工艺流程１．１生产线概述中高碳钢丝是中碳钢（彬（Ｃ）＝０．２５％～０．６％）和高碳钢（Ｗ（Ｃ）＞０．６％）制造的钢丝统称…。中高碳钢丝用途非常广泛，其主要分类和用途见表ｌ。表１Ｔａｂｌｅ１在吸收消化国内外先进技术的基础上，结合我国酸洗线使用的实际情况，自主设计的中高碳连续自动化盘条酸洗生产线，如图ｌ所示。该生产线可处理直径５．５—１３ｍｍ、盘卷直径８５０～１５００ｍｍ、最大单卷质量２．５ｔ的盘条，生产线最大生产能力１５万ｔ／ａ，最高工艺速度为６卷／ｈ。生产线关键的机械手、酸洗工艺槽、隧道等全部实现国产化，居于国内领先水平。１．２生产工艺流程在拉拔中高碳钢丝前要对盘条进行酸洗、磷化等表面处理，主要是去除氧化铁皮和锈蚀，以便后续拉拔。一般表面处理工艺流程为：上料一酸洗一高中高碳钢丝主要分类和用途ｐｕｒｐｏｓｅｏｆｈｉｇｈＭａｉｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｎｄｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄ分类碳素工具钢丝自行车辐条钢丝伞骨钢丝冷顶锻钢丝制绳钢丝用途制造工具、零件制造自行车辐条制造各类布伞长骨和扁骨骨架制造铆钉、螺栓、螺母、螺丝等制造钢丝绳等压水冲洗＿＋水洗一磷化＿＋水洗叶热洗－十皂化一烘干＿下料。叉车将盘条送到上卷处上料框架的Ｃ型钩上，万方数据・５０・金属制品第３７卷图１Ｆｉｇ．１Ｐｒｏｆｉｌｅｏｆ中高碳钢盘条表面处理生产线剖面图ｈｉｇｈａｎｄｍｅｄｉｕｍｃａｒｂｏｎｗｉｒｅｒｏｄｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ人工打开盘卷，机械手挂起带盘条的Ｃ型钩进入酸洗处理线。酸洗线的盘条由上料小车交接给相应处理的Ｃ型钩，机械手将挂有盘条的Ｃ型钩按程序在酸洗处理线上往复运行，整个酸洗作业以全自动方式进行生产。作业线设置了Ｃ型钩储存区，方便ｃ型钩的空钩与上下卷ｃ型钩的交换。机械手按不同的储存程序全自动操作，一旦盘条进入上卷位置，操作人员可根据钢种选择程序号。酸洗处理完成后，将挂有盘条的Ｃ型钩送至下卷处的下料框架上，同上卷一样，由叉车将盘条从下料框架上运出。自动控制系统的程序包括：选择处理槽、每个处理槽的处理时间、选择振动、选择振动时间、运行装置实际程序的预选择、操作方式选择等。为了防止酸洗段腐蚀性气体的外泄，作业线上的所有处理槽全部密封在隧道内；酸洗槽、磷化槽和热水槽产生的外溢气体，经吸收塔洗涤，通过烟囱排人大气。隧道内保持低气压，保持环境清洁，空气新鲜，设备不易受腐蚀性气氛侵蚀。隧道两端装有升降门，以便控制处理腐蚀性气体的散发，机械门的关闭装置是由中心控制系统自动控制。所有酸洗槽配备排放阀、溢流管式液位计、温度自动控制和自动调节装置、自动控制的事故出１３阀和通向事故坑管道。所有酸洗槽的槽底处还配备喷管系统，以防止淤泥沉积。各槽液体的加热都通过外接的石墨热交换器，由泵进行外循环。外接泵使酸液循环，既可使酸液更好地渗入盘条内部，又可更大程度地避免盘条内局部大量的热产生和结聚，从而避免过酸洗。作业系统是由多个单独传动和自动控制的运输装置组成，根据预定的程序，全自动化操作。盘条自动下降至不同的处理槽，振动、提升并送至下一个处理槽。２工艺控制要点２．１酸洗酸洗是钢丝生产的关键工序，目的是去除盘条表面残留的氧化皮。氧化皮的存在，不但会给拉拔带来困难，而且对产品性能和表面镀锌有极大危害。酸洗是彻底去除氧化皮的有效方法旧１。中高碳钢丝酸洗所使用的酸通常是硫酸或盐酸。盐酸和硫酸相比较，具有与氧化铁皮反应快、生成的铁盐溶解度大等优点，因此，使用盐酸可加快酸洗的速度，提高生产效率。为提高酸洗效率，酸洗时应注意以下几点。２．１．１打开盘条酸洗尽量使盘条松散，以便彻底洗净盘条间的氧化铁皮，对于锈蚀严重的盘条要先用水冲洗或带卷振动后再酸洗，同时注意酸雾抑制剂的添加量，抑制剂主要用于控制盐酸蒸发对环境、人体造成伤害。酸洗初期，抑制剂投入量应为酸洗液质量的２．５％一３．Ｏ％。２．１．２采用逆工序溢流酸洗以盐酸酸洗为例，如果酸洗线产量较大，可把酸槽分成４个小酸洗槽，如图２所示。第１个槽使用第２个槽溢流过来的回收酸液，酸液中含大量的Ｆｅ２＋，训（ＨＣ］）约为１０％。回收酸对铁基体侵蚀能力大大降低，但去除氧化皮及铁锈的能力可基本满足作业需求，所以可先在此槽中除锈和氧化皮。Ｆｅ２＋达到饱和时析出绿色ＦｅＣｌ：。４Ｈｚ０晶体，对酸洗盘条不会造成影响。第２个槽使用第３个槽溢流过来的回收酸液，埘（ＨＣ］）控制在１２％～１５％。同样第３个槽使用第４个槽溢流过来的回收酸液，第４个槽是酸浓度更高的酸洗槽，埘（ＨＣ］）约为２０％。．－－－］－根据化验结果添加新酸调节盐酸浓度，多余的酸液可以溢流到第３个槽，第３个槽内彬（ＨＣ１）为万方数据第１期陈晓娟：中高碳钢盘条表面处理生产线・５１・图２逆工序溢流酸洗Ｆｉｇ．２１５％～２０％。Ａｎｔｉ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｖｅｒｆｌｏｗｐｉｃｋｌｉｎｇ下降到振动架上，振动架位于酸洗处理槽侧边，盘条在酸处理液中振动，可强化酸处理液渗入盘条内部的效果，使盘条的内外部都可得到均匀酸洗，并加快处理效果，避免点缺陷，缩短处理时间，还可防止盘卷外部过酸洗，提高表面处理质量＂Ｊ。２．２高压水冲洗高压水的ｐＨ为７～８，应采用地下水做循环水，由于我国大中城市不同程度存在地下水污染，水质偏碱性，因此在水质ｐＨ异常时，应在备用池中进行必要的中和。高压冲洗期间间断运行振动器，提供不同幅度和频率的振动。在振动期间，盘条在钩子上往返运动，这样的冲击能够提高盘条冲洗的质量。２．３磷化磷化质量的好坏将直接影响钢丝拉拔质量、产量和成本，要求盘条表面生成的磷化膜有一定的厚度、良好附着力、表面相对粗糙，以便在后续拉拔时吸附润滑剂，形成润滑膜ＨＪ。磷化的种类很多，中高碳钢丝采用中温（６５～８０℃）锌盐磷化，磷化时间４～７ａｃｉｄ２．１．３控制Ｆｅ２＋的含量盐酸酸洗中所含的铁盐主要是氯化亚铁，Ｆｅ２＋对酸洗有活性作用，能加快酸洗速度。酸液中Ｆｅ２＋含量要控制在一定范围内，其质量浓度一般不超过１５０ｇ／Ｌ。在更换盐酸溶液时，池内要放些废酸，以保持一定的Ｆｅ２＋含量。２．１．４循环换热系统酸洗槽配备换热的循环系统，酸洗溶液可由换热器间接进行加热，提高酸洗效率，酸液温度对酸洗时间的影响见表２，温度越高酸洗速度越快，但同时盐酸的挥发越快。表２酸液温度与酸洗时间的关系Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｉｑｕｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｉｃｋｌｉｎｇｔｉｍｅｒａｉｎ，具有溶液稳定，磷化膜牢且厚的特点。磷化液有３个主要指标：总酸度、游离酸度和酸２．３．１磷化工艺比【５］。总酸度是磷酸盐、硝酸盐和游离酸度的总２．１．５酸液涡流系统采用酸液涡流系统，循环泵与槽内的喷嘴相连可产生高强涡流，从而达到良好的酸洗效果，同时避免固体颗粒和淤泥在槽底部沉积。２．１．６配备振动装置为提高酸洗效果，配备了振动装置，即Ｃ型钩Ｔａｂｌｅ３和。总酸度过高，产生的沉渣和粉末附着物多。游离酸度是指磷化液中游离磷酸的含量。酸度过高或过低，都不利于磷化成膜。酸比是总酸度和游离酸度的比值。一般控制酸比为５～８。总酸度沉积性强，游离酸度浸蚀性强，控制好酸比能够控制总酸度和游离酸度的相互关系。磷化液工艺参数见表３。表３磷化液工艺参数Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇｌｉｑｕｉｄ２．３．２磷化膜物，具有耐高温、耐高压、可塑性和吸附润滑等特性。这种具有微孔结构的磷化膜富有延展性，可作为高磷化膜是盘条基体与磷化液间化学反应的产万方数据・５２・金属碳钢丝拉拔生产时润滑剂的载体，提高钢丝拉拔时的润滑效果。钢丝在连续拉拔时，会在模具中产生大量的热，磷化膜能耐４００—５００℃的温度，可以有效地带入润滑剂，降低钢丝与模具间的摩擦力，延长模具使用寿命。磷化膜厚度（∞是十分重要的指标，厚度不同会影响拉拔的效果。膜太薄，起不到吸附润滑剂的作用；膜太厚，在拉拔时易“叫模”，影响拉拔速度。不同企业，不同的拉丝机对磷化膜厚度要求不同，因此磷化工艺参数的选择也不同。对于连续式拉丝机，速度在６～７ｍ／ｓ时，磷化膜的厚度以１０～１５斗ｍ为宜。２．４水洗酸洗、中和、磷化、钝化后均应水洗，以清除盘条表面污物，同时防止前一种处理液进入下一种处理液。清洗槽应设溢流装置，保持清洗水不断流动更新，清洗时间保持ｌ一２ｍｉｎ。除油后常水洗２次，１次热水洗（水温约８０℃），１次冷水洗，以洗净为原则，安排前后水洗次序。逆工序溢流水清洗。磷化后为洗净附着在盘条表面的化学药剂，需要进行多次水洗。为节约用水，将前处理的各水洗工序设计成两个节水单元，使清洗用水由以前各个工序槽单独排放变为单元排放，并采用后段水洗给水，顺次向前段水洗槽溢流供水，最终排放至地沟，提高了清洗水的利用率。在一些生产线的工艺设计中，磷化和漂洗采用各自后清洗水补水，不直接添加新工业用水，从而达到节约用水的目的。２．５皂化皂化用于中和盘条表面磷化残酸，改善拉拔时润滑效果。皂化温度极为关键，一般为７０℃以上。温度低时，皂液附着在盘条表面，不易干燥，影响拉拔‘６—７１。２．６干燥酸洗后盘条应进行充分干燥，否则将影响拉拔质量，干燥能避免生锈和稳定磷化膜，应采用流动热空气或冷空气干燥，若在空气不足条件下干燥，会因失去更多的结晶水而造成更大的孔隙和开裂，使盘条防护性降低。烘干应注意防爆、控温和通风。万方数据制品第３７卷３结语中碳钢盘条表面处理是钢丝拉拔前的重要步骤，不同钢种的处理程序是不同的，应根据钢的特性、钢丝状态，选择合理的表面处理工艺。总结该生产线有如下特点。（１）整条生产线采用ＰＬＣ全自动控制，操作人员少，自动化程度高。（２）采用酸洗槽内的盘条振动装置，产品质量高且稳定，生产效率较高。（３）逆工序溢流酸洗和水洗工艺可以节省运行成本。（４）在线传动采用交流电机、变频调速，设备运行稳定，维护量小，动态响应快，生产运行费用低。（５）由于该生产线采用密闭隧道式收集酸雾并集中处理，车间环境良好，操作人员的劳动环境大为改善。该生产线是目前国内较先进的全自动化程度较高的生产线，技术成熟，产品质量稳定，环境污染小，劳动环境大大改善，经济效益和社会效应双赢，应大力推广。参考文献［１］徐萍，王伯健，马雪姣．高碳钢丝生产中的失效分析［Ｊ］．材料开发与应用，２００８（４）：８—１２．［２］蒋克昌．钢丝拉拔技术［Ｍ］．北京：轻工业出版社，１９８２：３０．［３］田廓，译．振动酸洗技术的发展［Ｊ］．湘钢译丛，１９９４（２）：４６—５２．［４］冯跃平，张红田．高强度棉花打包用镀锌钢丝的生产试制［Ｊ］．金属制品，２００９（２）：１－３．［５］王全庭．中高碳钢丝拉拔前盘条的表面处理［Ｊ］．金属制品，２００７（３）：２３—２５．［６］张涛．隧道式盘条表面处理生产线［Ｊ］．金属制品，２０１０（１）：４２－４５．［７］曹清．线材表面预处理生产线工艺探讨［Ｊ］．金属制品，２００７（５）：１９—２１．（收稿Ｅｔ期：２０１０—１１—２６）作者简介陈晓娟１９７６年生，工程师，上海拓盛投资管理有限公司技术主管。