CN103418571A

CN103418571A - 一种金属板带表面超声波表面清洗装置及方法

Info

Publication number: CN103418571A
Application number: CN2012101674394A
Authority: CN
Inventors: 段明南
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-12-04

Abstract

一种金属板带表面超声波表面清洗装置及方法，包括至少一套前置预处理单元（2），用于实现对金属板带（71）的上下表面进行预处理，如破鳞、矫平，其特征在于，所述金属板带表面超声波表面清洗装置还包括至少一套超声波清洗槽（3），清洗槽（3）中盛装有一定容积的浆料(31)，且浆料(31)为由液体介质与固体颗粒物介质组成的混合介质，在清洗槽侧面上分别安装有多个超声波发生源(32)，用于实现清洗槽中介质的加速作用。本发明提高冶金企业的节能减排的能力，同时提高冷/热轧金属板带表面质量、减少轧后金属板带表面质量缺陷。本发明在冷轧生产领域具有广阔的应用前景。

Description

一种金属板带表面超声波表面清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及金属表面清洗技术领域，具体地，本发明涉及一种冷态金属板带表面连续射流除鳞装置，所述冷态金属板带表面连续射流除鳞装置主要用于实现对冷态金属板带的正反面进行连续性超声波清洗，同时保证射流除鳞后的金属板带的正反面不仅完全无鳞皮残留，同时确保正反面能始终干燥、洁净的进入下一步工艺段。

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如下所述的影响:

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还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为冷轧产线上必备的工序之一。

针对上述表面鳞皮对金属材料的影响，国内外生产企业目前均采用化学湿法进行清洗的加工方式来清除金属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，且对因为生产而产生的大量残酸必须进行循环再生处理，目前所述循环再生工艺也必然产生相应的废气排放，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，为解决上述化学方法清洗所带来的严重环境污染问题,科研工作者进行了大量的研究,开发了多种技术,以替代这种化学方法去除金属表面的鳞皮。如电解除鳞、所述方法包括，例如，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。其中尤以高压射流除鳞技术发展最快，其工业化进程也越发明显。

然而这种射流方法因为特有的除鳞方式，造成此法除鳞后的鳞皮表面还存在如下主要问题：

1）因为射流直接与金属板面进行除鳞处理，而板面抖动、鳞皮组织的不均匀等均会直接造成射流对板面除鳞效果的不一致；

2）除鳞速度较慢，无法实现革命性的提高；

通过查阅相关专利，已有人提出了众多的有关连续射流、磨刷除鳞技术的专利或专利申请技术。如日本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、日本JP57142710A、JP57068217A、日本JP59097711A、以及加拿大的TMW公司自2001年以后公开了一系列的针对钢板表面鳞皮的清除技术US20080108281(A1)、US20080182486(A1)以及US20090227184(A1)等，另外，如美国US5388602、日本发明JP05092231A、JP09085329A以及JP2002102915等专利或专利申请技术方案，但在处理射流除鳞后的金属板面的处理有效性方面尚存在有待提高之处。

另外，以往技术均只提供纯粹的液体介质进行表面轰击，利用纯液体产生的空化气泡进行表面清洗，存在效率低问题。另一方面，超声波的声场能根据波长与频率及声场形状参数，通过调试可得到一个很强的空化区域。该区域通过超声波因产生极高压力波而生成真空气泡，然后***，***的结果是形成很高的爆发压力和温度，对液体形成高压冲击。如何利用通过超声波因产生极高压力波而生成的真空气泡处理，对射流除鳞后的金属板面进行有效处理的技术有待开发。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于：提供一种能实现对金属板带进行表面清洗的超声波清洗装置，该装置采用超声波的特殊声场实现对清洗槽中的特殊高度位置的介质进行加速，实现介质与目标板面之间的撞击、磨削，从而达到对目标板面的有效清洗作用，如表面除鳞、除油等，实现高效、绿色的表面清洗。

为达到上述目的，本发明的一种金属板带表面超声波表面清洗装置技术方案如下：

一种金属板带表面超声波表面清洗装置，包括至少一套前置预处理单元2，用于实现对金属板带71的上下表面进行如破鳞、矫平的预处理，其特征在于，

所述金属板带表面超声波表面清洗装置还包括至少一套设置于前置预处理单元2之后的1～20个，且串联布置的超声波清洗槽3，所述清洗槽3中盛装有浆料31，所述浆料31为由液体介质与超声波加速用固体磨料颗粒组成的混合介质，在清洗槽侧面上安装有多个超声波发生源32，用于实现清洗槽3中所述浆料介质的加速作用。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波清洗槽3设置5-8个。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，

该浆料31在清洗槽3外壁安装的多个超声波发生源32的作用下，实现一定位置的浆料31中的介质32发生微小范围内的加速效应，该范围正好是金属板带71在清洗槽3中的实际高度位置，即金属板带71上下表面的实际位置。

金属板带71（温度不高于200℃的金属板带）通过辊道窜带进入清洗槽3中，清洗槽3为具备一定深度与容积的槽型容器，其内部盛装有浆料31，所述浆料31为由液体介质与超声波加速用固体磨料颗粒组成的混合介质，该浆料31在清洗槽3外壁安装的多个超声波发生源32的作用下，实现一定位置的浆料31中的介质32发生微小范围内的加速效应，该范围正好是金属板带71在清洗槽3中的实际高度位置，即金属板带71上下表面的实际位置，在超声波作用下加速的介质32与金属板面71发生剧烈的撞击，同时结合金属板带71的移动速度，即实现介质32与金属板带71表面之间进行剧烈磨削作用，从而实现金属板带71表面的清洗作用。

依托金属板带71的材质种类、表面需要清洗的级别要求以及金属板带71移动速度等参数影响，需要通过中控34通过控制电缆36传递至控制器35，再由控制器35通过信号线34直接控制清洗槽3外壁的多个超声波32发生源，实现超声源32参数的调整，以满足该工艺参数下的金属板带71表面能实现有效清洗。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波发生源32分别布置在清洗槽3的底面与侧面四壁，其超声波频率控制在50～200KHz。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒度范围为120目以上，即，其粒径在0.025mm-0.1mm。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，优选的是，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒径在0.025mm-0.06mm。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，优选的是，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒径在0.06mm-0.1mm。

所述浆料介质32可特别说明为：由至少两种介质混合而成，一种为硬质的细小磨料颗粒物（超声波加速用固体磨料颗粒），该颗粒物具体详细说明为包括天然的刚玉类磨料（如棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉等）、碳化物磨料（如黑碳化硅、绿碳化硅、碳化硼等）、钢丸、钢丝切丸等金属加工丸类；一种介质为普通的工业用水；

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒与水介质的浓度以质量浓度计，为18％-20%质量百分比。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波清洗槽单个槽体的总功率值不低于20Kw，单个超声波发生器的功率数为3-5Kw。

本发明又提供一种金属板带表面超声波表面清洗方法，技术方案如下：

一种金属板带表面超声波表面清洗方法，包括至少一套前置预处理单元2，用于实现对金属板带71的上下表面进行如破鳞、矫平的预处理，其特征在于，所述金属板带表面超声波表面清洗装置还包括至少一套设置于前置预处理单元2之后的1～20个、且串联布置的超声波清洗槽3，所述清洗槽3中盛装有浆料31，所述浆料31为由液体介质与超声波加速用固体磨料颗粒组成的混合介质，在清洗槽侧面上安装有多个超声波发生源32，用于实现清洗槽3中所述浆料介质的加速作用。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波清洗槽3设置5-8个。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波发生源32分别布置在清洗槽3的底面与侧面四壁，其超声波频率控制在50～200KHz。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，

超声波的频率选自三个频段之一:

低频超声清洗(20～50KHz)，高频超声清洗(50～200KHz)和兆赫超声清洗(700KHz～1MHz)。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒度范围为120目以上，即，其粒径在0.025mm-0.1mm。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒与水介质的浓度以质量浓度计，为18％-20%质量百分比。

根据本发明所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波清洗槽单个槽体的总功率值不低于20Kw，单个超声波发生器的功率数优选为3-5Kw。

超声波的声场能根据波长与频率及声场形状参数，通过调试可得到一个很强的空化区域。该区域通过超声波因产生极高压力波而生成真空气泡，然后***，***的结果是形成很高的爆发压力和温度，对液体形成高压冲击。以往技术均只提供纯粹的液体介质进行表面轰击，利用纯液体产生的空化气泡进行表面清洗，然而这种方式效率低。

本发明采用超声波加速磨料颗粒的粒度范围通常为120目以上的固体颗粒物，其粒度范围通常不超过0.1mm的粒径水平，优选在0.025mm的粒径水平，该固体颗粒物的密度与磨料种类直接相关，如果是高密度的金属磨料，则所需的粒度水平更小，如果是低密度的普通矿物磨料，则所需的粒度水平稍大；磨料与水的浓度以质量浓度计，优选为16-20%质量百分比。

为保证连续式表面清洗作业，需要设置的超声波清洗槽必须为多个槽（槽体数量通常为1～20个），且串联布置与产线上，让金属板带陆续通过这些清洗槽即可，单个槽体的总功率值不低于20Kw，单个超声波发生器的功率数优选为3-5Kw。

超声波的频率和功率关系密切。频率越高，需要的功率越大，才有利干清洗作用。目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段；低频超声清洗(20～50KHz)，高频超声清洗(50～200KHz)和兆赫超声清洗(700KHz～1MHz以上)。各频率下的超声波能清洗工件上不同大小的颗粒。通常低频对应较大颗粒的污物，高频能洗掉微米级的污物，兆频能清洗掉微米、亚微米级的污物。对于本发明所需的加速的磨料颗粒的粒度要求，频率设置较低，通常保持在40-100KHz水平。

根据本发明，通过在液体中加入细小的且有一定质量的硬物颗粒之后，超声波聚能区域能通过液体直接加速这些硬物颗粒，从而通过这些硬物颗粒的加速来对金属表面进行撞击，从而实现表面清洗。本发明的实现方式与传统的超声波清洗方式有着本质区别，区别就是：传统为纯液体介质，本发明为液体与细小硬物颗粒的混合物，为固液两相介质。本发明用于替代现有的金属板带冷态连续除鳞酸洗机组，以满足现代连续式冷态金属板带高速、连续性特征，不影响产线的原有产能。

其主体装置参见图1～图3所示。

附图说明

图1为新型表面清洗装置原理图；

图2实施例一示意图；

图3实施例二示意图。

图中，1前置工艺段、2金属板带的预处理段、3超声波清洗段、4后置处理段、5中间处理段、71清洗前金属板带、72清洗后金属板带、31浆料、32超声波发生源、33信号传输线、34中控（器）、35控制器、36控制电缆。

具体实施方式

如上所述，本发明的金属板带清洗工艺具体如图1～图3所示，为保证本发明的工艺方法具有良好的效果，其主要采用以下几个措施：

1）采用超声波的特殊声场作用，实现金属板带表面附着物的清除，具备环保高效的特点；

2）超声波的加速介质采用混合有一定浓度硬质颗粒物（超声波加速用固体磨料颗粒）的浆料，在超声波的声场作用下，实现浆料内介质的加速、撞击目标板面，从而实现更加高效的表面清洗效果。

本发明以冷态钢板的连续性除鳞为实施例，具体如下:

实施例一：参照图2，带钢70在窜带通过前置工艺段1进入前置预处理工艺段2，该工艺段通过拉伸矫直的方式实现带钢70上下表面鳞皮均匀破裂，同时带钢70的板形得到矫正，如此处理后的带钢71再进入超声波清洗工艺段3，通过超声波表面清洗作用，实现带钢71表面已经破裂的鳞皮、附着物等有效清除，如此处理后的带钢72可连续进入下一个工艺段4，例如表面冲洗、吹扫以及涂镀、轧制等。

实施例二：参照图3，带钢70在窜带通过前置工艺段1进入前置预处理工艺段2，该工艺段2通过拉伸矫直的方式实现带钢70上下表面鳞皮均匀破裂，同时带钢70的板形得到矫正，如此处理后的带钢71再进入中间处理段5，该处理段可以是抛丸方式，实现带钢71表面已经破裂的鳞皮进一步清除，实现带钢71表面80%以上的鳞皮清除，此时除鳞后的带钢73再进入超声波清洗工艺段3，通过超声波表面清洗作用，实现带钢73表面残余的鳞皮、附着物等有效清除，如此处理后的带钢72可连续进入下一个工艺段4，例如表面冲洗、吹扫以及涂镀、轧制等。

以上借助于具体实施例描述了本发明专利的具体实施方式，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。

本发明充分利用超声波与浆料混合介质的联合作用实现了对冷态金属板面表面进行高效清洗处理。由于本发明所采用技术已经成熟，可以实施，推广应用完全可行。另一方面，本发明能很好的适应公司对冶金生产的环保要求以及进一步提升产品竞争力的要求，提高冶金企业的节能减排的能力。因此，本发明在冷轧生产领域具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种金属板带表面超声波表面清洗装置，包括至少一套前置预处理单元（2），用于实现对金属板带(71)的上下表面进行如破鳞、矫平的预处理，其特征在于，所述金属板带表面超声波表面清洗装置还包括至少一套设置于前置预处理单元（2）之后的1～20个、且串联布置的超声波清洗槽（3），所述清洗槽（3）中盛装有浆料(31)，所述浆料(31)为由液体介质与超声波加速用固体磨料颗粒组成的混合介质，在清洗槽侧面上安装有多个超声波发生源(32)，用于实现清洗槽（3）中所述浆料介质的加速作用。

2.如权利要求1所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波发生源(32)分别布置在清洗槽（3）的底面与侧面四壁，其超声波频率控制在50～200KHz。

3.如权利要求1所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒度范围为120目以上，即，其粒径在0.025mm-0.1mm。

4.如权利要求1所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒与水介质的浓度以质量浓度计，为18％-20%质量百分比。

5.如权利要求1所述一种金属板带表面超声波表面清洗装置，其特征在于，所述超声波清洗槽单个槽体的总功率值不低于20Kw，单个超声波发生器的功率数为3-5Kw。

6.一种金属板带表面超声波表面清洗方法，

使用至少一套前置预处理单元（2），用于实现对金属板带(71)的上下表面进行如破鳞、矫平的预处理，其特征在于，所述金属板带表面超声波表面清洗装置还包括至少一套设置于前置预处理单元（2）之后的1～20个，且串联布置的超声波清洗槽（3），所述清洗槽（3）中盛装有浆料(31)，所述浆料(31)为由液体介质与超声波加速用固体磨料颗粒组成的混合介质，在清洗槽侧面上安装有多个超声波发生源(32)，用于实现清洗槽(3)中所述浆料介质的加速作用。

7.如权利要求6所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波发生源(32)分别布置在清洗槽（3）的底面与侧面四壁，其超声波频率控制在50～200KHz。

8.如权利要求6所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒的粒度范围为120目以上，即，其粒径在0.025mm-0.1mm。

9.如权利要求6所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波加速用固体磨料颗粒与水介质的浓度以质量浓度计，为18％-20%质量百分比。

10.如权利要求6所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，

超声波的频率选自三个频段之一:

低频超声清洗：20～50KHz，

高频超声清洗：50～200KHz，和

兆赫超声清洗700KHz～1MHz以上。

11.如权利要求6所述一种金属板带表面超声波表面清洗方法，其特征在于，所述超声波清洗槽单个槽体的总功率值不低于20Kw，单个超声波发生器的功率数优选为3-5Kw。