MEC热轧钢材生态除鳞技术与成套机组

一、研究的背景与问题

氧化皮是钢材在高温下发生氧化作用形成的腐蚀产物，氧化皮面积越大，钢材基体腐蚀速度越快、腐蚀越严重，因此钢材加工前需要去氧化皮。传统去除氧化皮采用酸洗法，通过酸液和钢材表面的氧化皮发生化学反应除鳞，是国内外应用最广泛的除鳞技术，具有效率高、生产速度快等优点。但酸洗过程中产生的大量酸雾、含重金属离子废酸、含重金属酸泥、含金属离子的废水等危废，成为了环保重点管控的高污染源头，必须通过燃烧酸再生或中和处理后才能达到排放标准，严重影响了“碳达峰、碳中和”的目标实现，制约了当前钢铁工业的绿色、低碳、高质量发展。

多年来，国内外加大研发绿色环保的除鳞技术，但至今尚有多项关键技术未能突破，规模化工业化生产依然在研究探索中，主要原因是表面处理质量、处理速度、作业效率、运行成本、机组设备的投资规模，仍未达到工业化量产机组的标准，效果、效率和效益与当前主流酸洗技术差距巨大。

二、解决问题的思路与技术方案

为了解决上述环保与效益兼顾的难题，浙江谋皮环保科技有限公司自主研发了国际首创的热轧钢材MEC（Mopper Ecology Clean简称MEC）生态除鳞技术，其基本原理是，利用硬质材料研磨刷磨轧钢表面的氧化皮，但如何将分散的硬质研磨材料均匀牢固的附着在除鳞辊上，是实现高效除鳞工艺技术的基础和关键。该技术通过高速打磨去除钢材表面氧化皮，它的主要特点为“高效、环保、零排放”：

1、不改变钢材基体的各项物理性能，不影响钢材的各种后续加工和使用；

2、机组采用的水洗材料随氧化皮一起沉淀、压滤、干燥后可直接供钢厂回炉使用；

3、生产中使用的冲洗水经过滤后可循环利用，不排放；（4）MEC处理技术无废水、废气排出，三废零排放。这项技术不仅可以大大提升热轧钢材表面氧化皮生态除鳞关键装备的研发及生产水平，有力拉动经济快速增长，也对环保、智能成套机组产业以及生产制造业的快速发展有重大的促进意义。

可根据碳钢、低合金钢钢、高合金钢、不锈钢的氧化皮结构的不同，调整环保型水洗材料的配比，自主研发出了系列化环保型水洗材料，配套不同的钢种除鳞。

在该系列环保型水洗材料基础上，同步开发出了新型除鳞辊技术，保证除鳞辊中的环保型水洗材料和钢材表面充分接触，便于打磨去除表面氧化皮。在除鳞过程中边打磨边冲洗，将打磨下的氧化皮用水冲洗干净。冲洗水沉淀过滤后可循环使用，过滤出氧化皮可以直接回收使用。这种除鳞方法通过高速打磨除鳞，不改变钢材基体的各项物理性能，不影响钢材的各种后续加工和使用。是一种理想的替代传统酸洗的绿色、高效、无污染的生态除鳞方法。谋皮科技开发的这种生态除鳞方法可广泛适用于碳钢、低合金钢钢、高合金钢（不锈钢）等钢材的盘条和带钢的除鳞，为机组适应工业化量产和市场化打下了坚实的基础。

为了能够取代现有的酸洗机组，我们根据不同热轧钢材的外型，持续研发设计、改进升级热轧带钢与不锈钢盘条MEC热轧钢材生态除鳞工业化量产机组，并于2018年底建成、运行两条MEC工业化量产机组：一条为年处理50万吨的MEC-1550热轧带钢生态除鳞机组，每分钟运行速度可达100米；另一条为年处理6万吨MEC-Ø7.5mm不锈钢盘条生态除鳞机组，可在线、连续、同步运行40盘以上。

三、主要创新性成果

1、除鳞辊柔性材料组合技术。通过改性塑料与硬质磨料的有机结合，研制出一种具有一定柔性形变且复合硬质磨料的MEC除鳞辊柔性材料。不同钢种氧化皮成分和结构不同，去除氧化铁鳞所需要的硬质材料也不同。根据不同钢种除鳞要求，调整MEC柔性材料的配比，开发出了适合清除碳钢、低合金钢、高合金钢（不锈钢）的三大系列MEC柔性材料组合。每个系列柔性材料的配比组合，又根据同一材料的截面形状和材料（线材和板材）的不同而进行相应调整。

MEC柔性材料分为两大品种（板材、线材），三大系列（碳钢、合金钢、不锈钢），根据柔性材料的直径和除鳞后钢材表面的粗糙度可以分为粗磨、精磨、抛光等，物理指标详见下表。

将各种结合剂和硬质磨料按一定比例混合均匀后，通过自主研发的生产线经特殊加工工艺，制备出具有一定强度、刚度和尺寸精度的MEC柔性材料，再将其按要求尺寸切段，即可用于制作除鳞辊。

2、除鳞辊制作技术。根据MEC柔性材料在辊身上的安装方法不同，MEC除鳞辊分为缠绕式除鳞辊和环片式除鳞辊，不同的MEC柔性材料可以制备成适用于不同工况的除鳞辊。

（1）缠绕式除鳞辊。缠绕式除鳞辊结构合理，能承受一定的刷磨扭矩，这种除鳞辊适用于刷磨摩擦力较小的线材和窄带产品。

其制作材料主要有钢带、钢丝、MEC柔性材料和辊身，制作设备由我们自主研发，主要由出料组件、钢丝导向组件、钢带成型组件、送料组件、MEC除鳞条成型组件、升降活套组件、除鳞条导向组件、缠绕设备等组成，缠绕式除鳞辊的制造流程见下图：

（2）环片式除鳞辊

环片式除鳞辊是将MEC柔性材料固定在辊环上，再将辊环通过压力安装在辊身上。这种除鳞辊能承受较大扭矩，适用于刷磨摩擦力较大的板材产品。

其制作材料主要有环片、钢丝、MEC柔性材料和辊身，制作设备是自主研发，主要由MEC柔性材料放盘、导料组件、环片抓取机器人、分度旋转盘、锁料组件、钢丝导向组件、钢丝缠绕组件、自动剪切及弯压组件、环片压制设备等构成，环片式除鳞辊的制造流程见下图：

3、除鳞辊配置技术。可适用于不同材质，不同板材、线材的热轧钢材除鳞。不同材质、不同型号以及不同的除鳞效果，需要适配不同型号的除鳞辊，除鳞辊配置技术主要从粗糙度、线速度、扭矩、去净率等技术参数来配置机组单元。

（1）粗糙度配置根据硬质磨料粒度及柔性材料直径，粒度和直径越大则粗糙度越大反之越小。

（2）线速度和扭矩配置根据辊径、转速及电机扭矩大小，因氧化皮表层及不锈钢氧化皮铬镍尖晶层结构致密，碳钢氧化亚铁层厚，所以采用大辊径低转速高扭矩；接近基体采用小辊径高转速低扭矩。

（3）去净率配置根据氧化皮结构及成分的不同进行调整优化。

下表列出了适用于不锈钢和碳钢的MEC热轧钢材生态除鳞机组除鳞辊的组合。

4、MEC-1550热轧带钢生态除鳞机组。MEC-1550热轧带钢生态除鳞机组是一条半连续式去除带钢表面氧化皮处理线，可处理碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、不锈钢复合钢卷多种材料；能处理的最大板宽1550mm；MEC工艺段长度80米，处理速度可达到最大100m/min，年处理量50万吨。机组工艺段配置刷磨单元32套，工艺除鳞辊直径450mm-550mm，可按照刷磨工艺的不同，在刷磨单元上灵活的安装适用于粗洗、精洗、粗糙度调整和刷洗的不同除鳞辊。目前该机组氧化皮除尽率可达99%，处理后表面粗糙度0.6~1.0μm，带钢经处理后不增加带钢基材的表面硬度，质量达到涂镀与冷轧、冲压等要求。与传统酸洗工艺相比，MEC热轧带钢生态除鳞机组吨钢处理成本约降低10%，取得了很好的经济效益和社会效益。

5、MEC-φ7.5mm盘条生态除鳞成套机组。“MEC-φ7.5mm盘条生态除鳞成套机组”摒弃了整卷浸没式的传统酸洗生产工艺，开创性地采用连续式生产机组模式进行不锈钢盘条除鳞，可处理各种不锈钢材质的盘条表面的氧化皮。机组外形尺寸为高7m×宽10m×长174m。该机组处理产品规格为直径Ø5.5~7.5mm的盘条；机组处理速度可达15~20m/min。能够同时刷磨46卷盘条，年产量≥6万吨。机组主要由盘条卷自动化上料（卸料）系统 、放料系统、MEC工艺系统、收料系统、辅助系统（液压、气动、水循环）、电气控制系统等组成。其中MEC工艺系统长度60米，配置6组倾斜刷磨单元（6个倾斜上表面刷磨单元，6个倾斜下表面刷磨单元）和10组水平刷磨单元（10个水平上表面刷磨单元，10个水平下表面刷磨单元）。

四、应用情况与效果

1、MEC-1550热轧带钢生态除鳞机组应用情况

MEC-1550热轧带钢生态除鳞机组自2018年底建成投产以来，机组设备运行稳定，各项指标全面达到技术要求，主要加工重点钢铁企业的热轧钢卷，钢种涵盖普碳、冷轧基料、优碳、低合金钢、高合金钢（不锈钢与复合不锈钢）、高强钢等。经该机组处理后的产品的质量得到了众多客户的一致肯定，取得了良好使用业绩，市场前景广阔，经济效益显著。该机组处理的钢种详见表1。该机组的主要用户见表2。

2、MEC-φ7.5mm盘条生态除鳞机组应用情况

我公司研发的热轧MEC-φ7.5mm盘条生态除鳞机组，产品主要客户青山控股集团为全球不锈钢领军企业（世界500强企业），福建金拓环保科技有限公司是青山控股在福建建设的省重点项目，已交付投产7条MEC-φ7.5mm盘条生态除鳞机组。该项目是国内外首次采用物理刷磨的方法来替代传统的化学酸洗工艺处理不锈钢盘条表面氧化皮的应用技术。项目产品的技术性能指标都已被用户认可，并连续签订销售合同，产品市场应用前景极为广阔。为解决传统不锈钢盘条处理过程中相关环保问题提供了颠覆性的方法，有效帮助企业实现降本、提质、增效。

3、MEC热轧带钢生态除鳞机组处理效果：

（1）对处理后材料表面进行能谱分析，除个别点存在O外，绝大部分区域能谱显示不存在O，说明表面氧化皮含量极少，基本除尽。

（2）处理后钢材表面和基本成分一致，表面除Fe外无其他元素粘附。

（3）金相显微镜下观察钢材表面存在轻微划痕，测量划痕深度约1-2微米，不影响后道工序。

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