1. 引言
北京首钢冷轧薄板有限公司镀锌机组由CMI设计供货，共两条产线，于2008年3月投产。设计之初，1#镀锌线定位于高端汽车板，产品厚度为0.4~2.5 mm，宽度为800~1800 mm，钢卷内径508/610 mm，钢卷外径800~2100 mm，钢卷重量8 t~35 t；2#镀锌机组定位于高端家电板和建材板，因此规格上相较于1#镀锌机组较薄较窄，产品厚度0.2~1.6 mm，宽度800~1520 mm，钢卷内径508/610 mm，钢卷外径800~2100 mm，钢卷重量8 t~35 t。
近年来，随着经济的快速发展、生活水平的不断提高，汽车市场消费增速加快，对汽车用钢，尤其是镀锌钢板的需求逐年增加。为适应市场需求的变化，冷轧公司的镀锌产品结构需要进行调整，对现有2#镀锌线产品规格的拓宽迫在眉睫。汽车板的规格相较于家电板和建材板要宽，因此需要将产品规格拓宽。根据市场需求，结合自身机组的特点，计划将产品宽度从现有的1520 mm拓宽到1680 mm。产品拓宽需要对整条产线进行升级改造，包括机械设备、电气自动化、传动控制、工艺、流体等，为了便于改造方案的讨论和实施，将整条机组分为三个区域：入口区域、工艺区域、出口区域。本文主要针对2#镀锌入口区域的入口段到清洗段的重点机械设备进行研究讨论。
2. 存在问题
入口区域设备的主要作用是将冷轧后的钢卷通过开卷机送到产线内，通过窄搭接焊对带头带尾进行焊接，保证连续生产。同时，通过对带钢的清洗，去除带钢表面的轧制油、防锈油和铁粉等杂质，使带钢在进入连续退火炉之前保持一个清洁的表面状态。2#镀锌最初设计的最大宽度是1520 mm，一些设备的参数、功能仅能满足1520 mm宽度带钢的生产，为了使设备能满足带钢规格拓宽后的生产要求，满足上述开卷、焊接、清洗等的功能，就要对现有设备进行仔细的评估，详细的讨论，依据目标宽度，对不满足要求的设备进行改造。
3. 问题分析
2#镀锌入口段到清洗段的主要机械设备有开卷机、皮带机、切头剪、焊机、各种辊子、入口活套、清洗及碱洗的喷梁、电解清洗的电极板等，见图1。想要将带钢规格从现有的1520 mm拓宽到1680 mm，
Figure 1. Sketch of the entrance and degreasing section equipment
图1. 入口段、清洗段设备简图
宽度增加了160 mm，因此这些机械设备都要满足1680 mm规格带钢的生产条件。本文通过现场观察和图纸研究相结合的方式，分别对这些设备进行讨论，以确定上述设备是否符合1680 mm宽度带钢的生产及后续的改造方案。
3.1. 入口段
3.1.1. 开卷机
开卷机的作用是把钢卷带头引出、送入产线并持续提供足够的开卷张力 [1]。图2为冷轧2#镀锌线开卷机卷筒结构图。从图上可以看出，卷筒有效的长度为1810 mm，满足1680 mm带钢的生产条件。
经过现场实际测试，生产宽度1680 mm宽度的带钢时，钢卷端面距离开卷机卷筒端面65 mm，见图3，具备生产拓宽后带钢的条件，因此开卷机卷筒不用进行改造，但需要电气控制提高精度和运行稳定性，确保钢卷在上卷过程中与产线对中。
Figure 3. Payoff reel when wider stripe
图3. 生产宽带钢的开卷机
3.1.2. 皮带机
皮带机的作用是在入口穿带过程中通过皮带的转动向前运送带钢，在入口转向辊、入口切头剪前、上通道斜导板处均为此种结构的皮带机。前后两个涨紧辊将两个并行的皮带涨紧，通过马达驱动涨紧辊转动，带动皮带转动，从而达到运送带钢的目的。如图4所示。
通过图5可以看出，宽600 mm的两条皮带并列安装，皮带的最宽处1460 mm，生产宽度1520 mm的带钢时，带钢边部超出皮带(1520 − 1460) ÷ 2 = 30 mm，皮带比钢结构高出15 mm，考虑到带钢的刚性，此时满足1520宽度带钢的生产。当带钢宽度达到最大1680 mm时，则带钢边部超出皮带(1680 − 1460) ÷ 2 = 110 mm，尤其是生产薄规格带钢时，超出皮带部分的带钢悬空，会导致带钢边部下垂，无法保证带钢正常运行，同时带钢边部会剐蹭皮带机的钢结构而产生划伤，达不到高级别钢板表面质量要求，因此皮带机无法满足1680 mm宽度带钢的生产，需要对皮带机进行改造。
Figure 5. Analytical drawing of the belt conveyor
图5. 皮带机分析图
通过现场查看，在超出皮带宽度的位置固定导板，托住带钢，同时又避免对带钢造成划伤。导板材质的选择遵循不产生划伤的原则，一是导板材质比带钢光滑，不会对带钢产生划伤，可以考虑抛光不锈钢板，但成本太高；二是导板材质比带钢软，不会对带钢造成划伤。综合考虑，最终选择了冷轧厂内广泛使用的聚氨酯板作为导板材质。聚氨酯弹性好、耐磨，硬度范围广。此次改造，选用的聚氨酯板硬度为SHA85 ± 5。安装时，导板高度比皮带低2 mm，伸到皮带下方约20 mm，这样能消除皮带和新增导板之间的缝隙，避免带钢边部因缝隙而卡住。在聚氨酯板上打沉孔，固定到下方钢结构上。导板两侧的最大宽度1720 mm。改造后的效果如图6所示。改造后，通过实际生产测试，完全满足要求，如图7所示，生产宽带钢时，带钢边部超出皮带很多，由于有改造的导板存在，完全托住带钢，确保带钢能正常运行，而且不产生边部下表面划伤。
Figure 6. Sketch of the reformed belt conveyor
图6. 皮带机改造示意图
Figure 7. Picture of reformed belt conveyor
图7. 皮带机改造后的效果图
3.1.3. 辊子研究
2#镀锌入口的入口夹送辊、剪前夹送辊、转向辊、张力辊、纠偏辊、活套辊等辊子的长度均为1900 mm，满足1680 mm钢板的生产。如图8所示。
3.2. 清洗段
清洗段的主要作用是清除带钢表面的残留物，清洗段主要影响带钢宽度规格的主要工艺设备有刷辊及其对辊、挤干辊、沉没辊、喷梁，还有电解清洗的电极板。
3.2.1. 刷辊(对辊)、挤干辊、沉没辊
清洗段的刷辊辊身长度1780 mm，刷辊对辊、挤干辊和沉没辊的辊身长度都是1820 mm。前期已对清洗段前后的纠偏控制进行升级，纠偏精度控制在±0.5%以内，因此清洗段辊子满足1680 mm宽度带钢的生产。如图9、图10所示。
3.2.2. 喷梁
在清洗段的预清洗段、刷洗段、漂洗段分别设有相应的喷梁，并配有喷射呈扇形的喷嘴，利用喷射出的由脱盐水或者碱液形成的高压水射流对带钢进行清洗。扇形喷嘴的高压水射流是高压泵通过扇形喷嘴特殊的出水结构，将拥有极高静压的水转化为高速的扇形水射流，打击被清洗对象 [2]，喷射压力为2.5 bar~15 bar不等。
由图11可知，喷梁中心距离带钢250 mm。根据图12喷嘴的安装尺寸，可计算出喷嘴距离带钢距离为250 – 55 = 195 mm。根据图13的原理，可知6个90°喷嘴可覆盖的带钢范围为280 × 5 + 195 × 2 = 1790 mm，这个范围超出1680 mm带钢边部(1790 − 1680) ÷ 2 = 55 mm，考虑到喷嘴流量分布的均匀性，靠近边部时流量会有所减少，1680 mm宽度的带钢是该喷梁所能生产的极限。经过实际测试，生产1680 mm
宽度的带钢时，清洗效果完全满足要求。
3.2.3. 电解清洗的电极板
电解碱洗的机理是把带钢作为阴极或阳极时，在带钢表面相应的析出氢气或氧气泡，把附在带钢表面的油膜破坏，气泡从油滴附着的带钢上脱离而滞留在油滴的表面上，并停留在油和碱液的交界面上，由于新的气泡不断析出，气泡逐渐变大，因此油滴在气泡的作用下脱离带钢表面，被气泡带到碱液中去 [3]。首钢冷轧镀锌线的电解清洗槽属于立式结构，如图14所示，带钢垂直地面运行，穿过两块相对放置的电极板，电极板浸没在碱液中。带钢两侧的电极板分别接通正负极，通电后，碱液中发生如下化学反应 [4]：
在阳极上
在阴极上
为防止电极板对不锈钢材质的槽体或相背的两块电极板之间放电，影响清洗效果，在电极板背对带钢那一侧要衬上绝缘橡胶，如图15所示，靠近带钢那一侧未衬胶的宽度就是电极板的有效工作宽度。
图16为电极板尺寸图，电极板宽度1848 mm，边部衬胶宽度为89 mm，此时的有效工作宽度为1670 mm，无法满足1680 mm宽度带钢的生产。按照现有的包胶工艺，边部衬胶宽度最小可以做到10 mm。为了确保衬胶的使用寿命，最终将边部衬胶宽度确定为30 mm，改造后电极板的有效工作宽度为1848 mm – 30 mm × 2 = 1788 mm，完全满足1680宽度带钢的生产。
Figure 15. Sketch of rubber of the electrode plate
图15. 电极板衬胶示意图
4. 结束语
由于当时的定位或市场需求不同，对于投产多年的产线有的已经无法满足当前生产经营的需要，迫切需要升级改造。整条产线产品规格拓宽，不能只是局部的功能精度升级，要对重点的设备进行逐个分析讨论，以目标规格为依据进行分析，对于不满足于生产条件的设备进行升级改造，要同时满足产品质量和规格的要求。
在前期电气控制、传动等改造的基础上，对上述讨论的入口段设备、清洗段设备进行了必要的改造。改造后，经过多次的现场测试，完全满足产品拓宽后的生产要求。对于其他类似的产线进行升级很有借鉴意义。