高壓水清洗在鋁板帶上的應(yīng)用

    高壓清洗機(jī)在鋁板帶清洗設(shè)備上的應(yīng)用 近年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，航空航天、家用電器、裝飾材料及飲料行業(yè)等對(duì)鋁帶、箔的需求越來越大，帶來了PS基材、鋁塑帶、電容器箔、制罐料等高精度鋁板帶材的快速發(fā)展。這些產(chǎn)品對(duì)平直度、潔凈度要求非常嚴(yán)格，而高精度鋁帶材通常是采用全油冷卻潤滑軋制的，其表面殘留大量的軋制油和鋁粉，因此要獲得良好的表面質(zhì)量，必須清洗去掉其表面殘留物。另外對(duì)于板形要求較高鋁帶材還要進(jìn)行拉彎矯直，拉彎矯直使帶材在拉仲和彎曲的作用下，逐步產(chǎn)生塑性延仲并釋放板材內(nèi)應(yīng)力，以改善板帶材在冷加工時(shí)產(chǎn)生的波形、翹曲、側(cè)彎和潛在的板形不良等缺陷，從矯直工藝考慮，首先必須對(duì)帶材表面進(jìn)行清洗。
 
    近兒年來，通過對(duì)國內(nèi)外同行業(yè)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)，開發(fā)研制了一種利用高壓水射流技術(shù)來清洗鋁板帶表面的清洗機(jī)組，對(duì)帶材表面的軋制油污進(jìn)行清洗，并在西南某鋁加工廠、中鋁公司河南某鋁加工廠等 企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用。
 
2鋁板帶清洗原理及理論
 
    2. 1清洗原理 鋁板帶在冷軋制過程中，因軋輥與鋁板表面摩擦和碾壓，其表面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的氧化鋁粉脫落和吸附，軋制油及其附帶懸浮成分會(huì)殘留在鋁板表面，對(duì)鋁板帶復(fù)合、涂裝等成品加工造成不利影響。而目_拉彎矯直時(shí)由于帶材在輥上產(chǎn)生劇烈彎曲變形，對(duì)帶材施加的張力一部分轉(zhuǎn)化為帶材對(duì)張力輥的壓力，并最終形成摩擦力，帶動(dòng)輥組。因此，如果帶材表面未經(jīng)清洗，變形時(shí)氧化鋁粉脫落，隨著油污一起x附在張力輥的輥面，使輥面產(chǎn)生磨損，并造成鋁板略傷，故必須通過專門的清洗裝置進(jìn)行清洗。清洗就是利用壓力泵對(duì)清洗介質(zhì)加壓，對(duì)帶材表面進(jìn)行非接觸式噴洗或接觸式刷洗，使材料表面的鋁粉油污溶解脫落到清洗介質(zhì)中，再經(jīng)擠干輥擠干和高壓空氣吹掃，甚至高溫空氣烘干，以獲得潔凈干燥的鋁帶材。同時(shí)，通過不斷補(bǔ)充清洗介質(zhì)與在線循環(huán)過濾系統(tǒng)同時(shí)使用，使清洗介質(zhì)保持足量和清潔，并大大節(jié)約熱能和清洗介質(zhì)。目前，鋁加工行業(yè)的拉彎矯直機(jī)常用的清洗介質(zhì)有清洗劑（或稱溶劑油）、軟化熱水、化學(xué)溶劑，并各有優(yōu)缺點(diǎn)。
 
下面就清洗系統(tǒng)采用高壓水射流技術(shù)進(jìn)行論述。
 
     2. 2高壓水射流的噴射距離 高壓水射流是靠密實(shí)的流束直接噴射而產(chǎn)生巨大的打擊力，密實(shí)射流和直接噴射二者缺一不可。 射流流束以噴嘴中心線呈對(duì)稱布置，而是發(fā)散分布，射流一般分為三段。 原始段，長度用L，表示，這段射流的特點(diǎn)是沿軸向的動(dòng)壓力值兒乎是常數(shù)，射流尖端的動(dòng)壓和噴嘴出口的動(dòng)壓是相同的。另一特點(diǎn)質(zhì)地非常密實(shí)，質(zhì)點(diǎn)兒乎不和空氣相混和，因此該段的打擊力最強(qiáng)，主要用于清洗堅(jiān)硬的結(jié)垢物， 基本段，長度用Lz表示，這段射流的特點(diǎn)是空氣開始與水射流相混合，形成了空穴和渦流，因此該段的打擊力適中，適合各種設(shè)備及物料的清洗。應(yīng)該指出的是隨著該段距離的加長，有效打擊力也逐漸下降。 發(fā)散段，長度用L3表示，這段射流的特點(diǎn)是空氣與水射流完全混合，射流完全霧化，沖擊壓力和射流速度都大幅度下降，在技術(shù)上此段射流已沒有應(yīng)用價(jià)值。 對(duì)于水射流清洗應(yīng)用，關(guān)鍵在于壓力和流量的選擇與匹配。但在射流的不同噴射距離和擴(kuò)散角上，起直接作用的壓力和流量是不同的，另外受噴嘴結(jié)構(gòu)性能差異的影響，即便在同樣的出口壓力和流量條件下，動(dòng)壓在量的分布上也有著較大的差異。可見，噴嘴的選用是不容忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此外，射流斷面形狀與流量分布也是影響清洗效果的重要因素。流量分布表示在噴射寬幅方向其噴射水量分配狀態(tài)。不同的噴嘴出口形狀，可形成不同的射流斷面形狀，如扁平形廠扇形噴嘴）、圓形廠實(shí)心錐形噴嘴）、環(huán)形、方形等
 
     2. 3打擊力的理論分析 高壓泵的壓力和流量是高壓水射流清洗系統(tǒng)的兩個(gè)主要參數(shù)，它們的大小，其參數(shù)選擇是由高壓水射流的打擊力決定。 所謂高壓水射流的打擊力是指對(duì)被清洗對(duì)象的打擊能力，射流流動(dòng)符合連續(xù)性原則，因此可用連續(xù)性動(dòng)量方程來計(jì)算，沖量與動(dòng)量相等， 如果有多個(gè)噴嘴，需要將總流量Q分配到每一個(gè)噴嘴，算出每一個(gè)噴嘴的打擊力，其總和為整體噴嘴的打擊力。 可以看出，水泵的額定壓力增大，噴嘴出口處射流速度:也大，轉(zhuǎn)換成射流打擊力也大，清洗的效果就好。但是這種在足以克服垢污的破壞強(qiáng)度情況下，再增加水泵壓力，其作用 就很小了。
 
    因次，我們?cè)谠O(shè)計(jì)清洗系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的泵壓和流量，以達(dá)到最佳的打擊力和好的清洗效果。
 
3設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理
 
    目前，為了提高生產(chǎn)效率，一些實(shí)力雄厚的鋁加工廠引進(jìn)更先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)來提高冷軋機(jī)的機(jī)組速度，因此精整設(shè)備的機(jī)列速度也在不斷提高，目前拉彎矯直組的最高速度已達(dá)到400 m /m irk這樣一來鋁板帶材在清洗系統(tǒng)中運(yùn)行的時(shí)問縮短了，為了獲得好的清洗效果，我們通過對(duì)清洗機(jī)理進(jìn)行理論分析和對(duì)比，找出提高清洗效率的途徑，即單獨(dú)設(shè)計(jì)一條生產(chǎn)線對(duì)帶材進(jìn)行清洗。
 
     3. 1設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝過程 工藝過程。
    被清洗帶卷由開卷機(jī)開卷然后以一定的速度進(jìn)入夾送剪切裝置對(duì)料頭或料尾進(jìn)行剪切，然后進(jìn)入高壓清洗機(jī)，帶材經(jīng)高壓水射流沖洗后，進(jìn)入低壓漂洗機(jī)用低壓水多排噴嘴噴淋漂洗帶材，經(jīng)擠干與吹掃裝置擠干帶材上的水分并用純凈壓縮空氣吹干，然后進(jìn)入烘干裝置徹底烘干帶材上的水分，最后進(jìn)入卷取機(jī)重新卷成帶卷。 清洗循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備由過濾機(jī)、加熱裝置、高壓泵、儲(chǔ)水裝置、循環(huán)泵等組成。正如前面所說，清洗的目的主要是清洗鋁板帶材表面的軋制油及部分鋁粉，由于水和油是互相排斥的，要破壞板帶材表面的軋制油膜，必須把水加熱到60一700。C由于各地的水質(zhì)不同，普通的自來水中鈣、鎂離了的含量也有高有低，當(dāng)加熱這些水到一定溫度會(huì)析出碳酸化合物，對(duì)鋁帶材又產(chǎn)生第二次污染，并堵塞孔徑非常小的噴嘴，因此清洗用的水要用純水。純水由供水系統(tǒng)進(jìn)入過濾機(jī)加熱，然后由高壓泵加壓進(jìn)入高壓清洗機(jī)，通過合適的管了由高壓噴嘴噴出，對(duì)鋁帶材表面的油污進(jìn)行打擊來清洗帶材。為了提高清洗質(zhì)量，可在高壓清洗機(jī)上加上刷輥裝置。低壓漂洗機(jī)的作用是對(duì)漂浮在帶材表面的污垢進(jìn)行沖洗，徹底洗凈帶材，因此進(jìn)入低壓漂洗機(jī)的也應(yīng)是50~60℃純水。經(jīng)過清洗和漂洗后的鋁帶材進(jìn)入擠干輥以阻斷板面上大量的水，然后對(duì)帶材邊部用壓縮空氣吹掃，此時(shí)帶材表面基本沒有水滴，然后進(jìn)入有一定溫度的烘干爐里進(jìn)行徹底烘干。
 
     3. 2清洗循環(huán)系統(tǒng)中高壓泵及噴嘴的選擇
     3. 2. 1高壓泵的選擇 由于清洗系統(tǒng)工作壓力由高壓水泵提供，而水泵等射流構(gòu)件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，清洗壓力的選擇同水泵額定壓力的選擇密切聯(lián)系在一起。在保證清洗壓力的同時(shí)，為增大水泵功率利用，清洗系統(tǒng)通常設(shè)定在略低于高壓水泵額定壓力和額定流量的水平工作?？紤]到管道損失等系統(tǒng)壓降損失和系統(tǒng)流量，在壓力選擇范圍內(nèi)，確定備選的高壓水泵，就確定了備選清洗壓力。綜合考慮設(shè)備成本、清洗效率、清洗速度等相關(guān)因素影響，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)清洗系統(tǒng)對(duì)比，最終選定清洗壓力和高壓水泵型號(hào)。
 
     理論上講，高壓泵的額定壓力大，轉(zhuǎn)換成動(dòng)壓力和射流速度也大，打擊力也大，清洗效果越好。但是正如前面所說，動(dòng)壓力和垢污的破壞強(qiáng)度有關(guān)，動(dòng)壓力達(dá)到一定數(shù)值后，再增加泵的額定壓力，清洗效果提高就很小了?？芍?，對(duì)于清洗機(jī)組速度不斷提高，想獲得好的清洗效果主要靠增大流量來解決。一般來說，高壓泵的額定壓力選7~l0MP。流量8~10 m3/h
 
    3. 2. 2噴嘴的選擇 噴嘴孔徑的選擇是由流量決定的，對(duì)于被清洗的鋁帶材，由于板面較寬，還要選擇合適的噴流角度及噴嘴的數(shù)量。 一般選擇用耐壓2 ~275 MPa液體噴霧扇型噴嘴，噴流角度250, 40偽宜。噴嘴直徑d的大小決定其流量大小，因此可根據(jù)需要的流量選擇噴嘴。
 
    3. 3噴嘴的安裝位置 理想的清洗入射角是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的參數(shù)，由清洗對(duì)象的材料特性決定，不影響其他參數(shù)選擇，應(yīng)首先確定。對(duì)于清洗軋制油及部分鋁粉等軟粘的軟質(zhì)垢，水射流的剪切力起很大作用，采用較大的入射角度，增大剪切力，以利于清洗。因此，高壓清洗機(jī)里噴嘴設(shè)計(jì)成可移動(dòng)和可旋轉(zhuǎn)形式，便于調(diào)整噴嘴的噴射距離使之在基本段，同時(shí)噴嘴的入射角角度可調(diào)，以達(dá)到最佳的打擊力，提高了對(duì)鋁帶材的清洗效果。一般來說射流方向與被清洗帶材面成75。一83。效果最佳。 4結(jié)束語 通過對(duì)高壓水射流打擊力的理論分析，得出選擇合適的泵壓和流量，才能達(dá)到最佳的打擊力，取得良好的清洗效果。一般情況高壓泵的額定壓力選7~10MPa。流量8~10 m3/h。根據(jù)板面寬度選擇噴嘴的數(shù)量和噴流角度。噴流角度40~250度為宜，射流方向與清洗帶材面成75~83度效果最佳。 為了提高清洗質(zhì)量，可在高壓清洗機(jī)上加上刷輥裝置，并采用60 ~70℃熱水清洗，清洗后進(jìn)行烘干。