一种用于清洗带钢表面的激光清洗系统的制作方法

1.本发明涉及一种清洗系统，尤其涉及一种激光清洗系统。


背景技术：

2.众所周知，冷轧后获得的带钢表面通常附着有轧制油、铁粉和非金属固体颗粒物等杂质，若上述这些杂质清洗不干净，则残留的油脂在带钢退火过程中产生黑斑、边缘碳缺陷等；残碳会影响镀层及漆膜附着；残留的固体颗粒物会引起退火炉炉辊结瘤，进而在带钢表面产生压痕及划伤等问题。由此可见，针对于冷轧带钢的清洗就显得至关重要。
3.目前，国内外连退及涂镀机组清洗段普遍采用的清洗主工艺流程为：碱洗+电解清洗+漂洗，其清洗机理为机械清洗、化学清洗和电解清洗相结合的清洗方式，这种清洗工艺存在着能耗高、碱耗大、危废多等问题。
4.因此，为了避免现有清洗工艺所存在的问题，可以考虑采用激光清洗的方式进行清洗，激光清洗作为一种新型的表面清洁技术，其具有以下优点：
①
不存在机械接触；
②
对欲清洗的部位定位准确，并可广泛应用于不同清洗表面；
③
可实时监控，及时得到反馈；
④
无环境污染；
⑤
能有效清除极小污染颗粒等。
5.激光清洗是通过光学系统对高亮度和方向性好的激光光束进行聚焦和整形，获得高能量的激光束，照射到待清洗材料表面，以去除清洗对象表面的附着物。在激光清洗的过程中，激光器发射的光束被需处理表面上的物质所吸收，通过光作用或热作用破坏附着物和基体之间的结合，使附着物脱离材料表面，达到清洗的目的，而待清洗物体本身并不受损伤或将损伤控制在可以接受的较低程度范围内。
6.由此可见，将激光清洗应用于带钢表面轧制油和铁粉的去除，具有不消耗化学试剂、不污染环境、占地面积小、易于控制等优点，符合社会可持续发展的需要，具有广阔的发展前景。
7.在现有技术中，现有的激光清洗技术在雕塑、橡胶、船舶、零件清洗等方面已有着广泛的商业化应用，而在钢铁企业冷轧连续带钢的清洗具有速度快、宽度大等特点。因此，采用激光清洗的方式对冷轧连续带钢钢板进行清洗的关键点是如何设计激光清洗系统，以实现高速、横向均匀的钢板清洗。
8.当前激光除油的技术及相关专利文献主要集中在小零件上的清洗，而用于带钢表面激光高速除油的专利很少，目前查询到的激光除油专利均是采用脉冲点状光斑借助振镜进行钢板清洗。而对于宽幅带钢的清洗，在高速运动情况下，振镜形式难以满足清洗要求。
9.基于此，针对现有技术中激光除油技术的不足，本发明期望获得一种用于清洗带钢表面的激光清洗系统，其可以通过光束整形装置将连续点状光斑整形为线性光斑，以用于宽幅带钢的清洗，实现连续带钢高速清洗。该激光清洗系统可以有效应用于冷轧带钢表面轧制油和铁粉的清洗，其工业应用性强，且清洗过程高效、环保，具有十分广阔的发展前景。


技术实现要素：

10.本发明的目的之一在于提供一种用于清洗带钢表面的激光清洗系统，本发明通过优化设计激光清洗系统，可以采用光束整形装置将连续点状光斑整形为连续线性光斑，以用于宽幅带钢的清洗，实现连续带钢高速清洗。该激光清洗系统可以有效应用于冷轧带钢表面轧制油和铁粉的清洗，其工业应用性强，且清洗过程高效、环保，具有十分广阔的发展前景。
11.为了实现上述目的，本发明提出了一种用于清洗带钢表面的激光清洗系统，其包括：
12.激光器隔离腔室，其壁上设有缝隙；
13.若干个连续激光器，其设于激光器隔离腔室内，所述连续激光器产生连续点状光斑；
14.光束整形装置，其设于激光器隔离腔室内、连续激光器的下游，以将连续点状光斑整形为线性光斑，所述线性光斑穿过所述缝隙照射到带钢表面。
15.进一步地，所述光束整形装置包括凹-平柱面透镜和平-凸柱面透镜组、第一平板玻璃、第二平板玻璃和柱面镜聚焦装置，其中连续连续点状光斑经过凹-平柱面透镜和平-凸柱面透镜组，实现y方向上的扩束；经扩束后的激光经过在y方向上堆叠的第一平板玻璃，实现对光束的分割；分割后的光束经过在x方向上堆叠的第二平板玻璃，实现对光束的重排；重排后的激光经过柱面镜聚焦装置，实现在x方向上的聚焦，以得到所述连续线性光斑。
16.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，所述连续激光器为半导体连续激光器或nd：yag(掺钕钇铝石榴石)连续激光器。
17.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，所述线性光斑的长度为20mm～1000mm。
18.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，还包括激光清洗腔室，带钢运动地通过所述激光清洗腔室。
19.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，所述带钢自下而上地运动通过所述激光清洗腔室。
20.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，还包括转向辊装置，带钢被转向辊装置转向后送入激光清洗腔室。
21.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，还包括集尘室以及与集尘室连通的集尘管道。
22.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，所述集尘室内设有布袋除尘设备、旋风除尘设备、高压静电除尘设备或喷淋除尘设备的至少其中之一。
23.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，在带钢的两个表面的两侧均分别设有对应的连续激光器和光束整形装置。
24.进一步地，在本发明所述的激光清洗系统中，所述线性光斑的能量密度为1～4w/cm2。
25.本发明所述的激光清洗系统相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
26.不同于现有技术中采用脉冲点状光斑借助振镜进行钢板清洗的方法，本发明通过优化设计激光清洗系统，可以采用光束整形装置将连续点状光斑整形为线性光斑，以用于
宽幅带钢的清洗，实现连续带钢高速清洗。
27.本发明所述的激光清洗系统可以有效应用于冷轧带钢表面轧制油和铁粉的清洗，其工业应用性强，且清洗过程高效、环保，具有十分广阔的发展前景。
附图说明
28.图1为本发明所述的激光清洗系统在一种实施方式下对于带钢表面进行清洗的结构示意图。
具体实施方式
29.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的激光清洗系统做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
30.在本发明中，不同于现有激光除油技术所采用的脉冲点状光斑借助振镜进行清洗的方案，本发明所述的激光清洗系统通过将连续激光整形为线性光斑，可以实现针对于连续带钢的高速清洗。
31.图1为本发明所述的激光清洗系统在一种实施方式下对于带钢表面进行清洗的结构示意图。
32.如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的激光清洗系统可以包括：连续激光器4、激光器隔离腔室3、光束整形装置5、激光清洗腔室10、集尘管道2和集尘室1。其中，连续激光器4可以根据具体应用需求添加设置若干个。
33.需要说明的是，在本实施方式中，本发明所述的激光器隔离腔室3的壁上设有缝隙；连续激光器4和光束整形装置5均可以设置于激光器隔离腔室3内，且光束整形装置5设于激光器隔离腔室3内、连续激光器4的下游。
34.在本发明中，连续激光器4可以选用为半导体连续激光器或nd：yag(掺钕钇铝石榴石)连续激光器，其可以产生长度为20mm～1000mm的连续点状光斑，所产生的连续点状光斑能够被光束整形装置5整形为线性光斑，所形成的线性光斑能够穿过激光器隔离腔室3的缝隙，并照射到带钢11的表面。
35.进一步参阅图1可以看出，在本实施方式中，经带钢开卷机6与卷取机9二者之间的相互配合，可以将带钢11输送至本发明所述的激光清洗腔室10中进行清洗。在本发明中，开卷机6可以对带钢11钢卷进行开卷，开卷后所得的带钢11可以运动进入激光清洗腔室10中对带钢11表面进行清洗，带钢11经过激光清洗腔室10时，是从下向上运动的。清洗完毕后，带钢11自激光清洗腔室10中输出，而后由卷取机9再次卷取成钢卷。
36.但需要注意的是，在本实施方式中，为了控制带钢11的运动路径，本发明中还设置有转向辊装置8以及夹送辊装置7。其中，自开卷机6输出的带钢1可以经夹送辊装置7后，被转向辊装置8转向送入到激光清洗腔室10中。
37.相应地，处于激光器隔离腔室3内的连续激光器4可以产生连续点状光斑，所产生的的连续点状光斑能够经光束整形装置5整形为线性光斑，线性光斑经激光器隔离腔室3的缝隙照射到运动的带钢11表面，从而去除钢板表面的轧制油和铁粉；激光清洗产生的烟气经集尘管道2收集到集尘室1中，防止扩散到空气，导致空气污染，经激光清洗后的带钢11可以进入连退炉内进行退火处理或者收卷后放入罩式炉内进行退火处理。
38.需要说明的是，在某些实施方式下，光束整形装置5可以包括凹-平柱面透镜和平-凸柱面透镜组、第一平板玻璃、第二平板玻璃和柱面镜聚焦装置，其中连续连续点状光斑经过凹-平柱面透镜和平-凸柱面透镜组，实现y方向上的扩束；经扩束后的激光经过在y方向上堆叠的第一平板玻璃，实现对光束的分割；分割后的光束经过在x方向上堆叠的第二平板玻璃，实现对光束的重排；重排后的激光经过柱面镜聚焦装置，实现在x方向上的聚焦，以得到所述连续线性光斑。
39.需要说明的是，在本实施方式中，本发明可以采用板宽为1200mm，厚度为0.702mm的经冷轧轧制后的带钢11，其与上一卷带钢尾部焊接在一起，并经夹送辊装置7和转向辊装置8送至激光清洗腔体10。在本发明中，可以设置有6组半导体连续激光器4，带钢11两侧分别设有3组半导体连续激光器4，并对应布置有光束整形装置5，以完成对带钢11两侧表面的激光清洗，半导体连续激光器4产生的点状光斑可以经光束整形装置5整形为400mm长的线性光斑，线性光斑的能量密度为1～4/cm2。
40.此外，在本发明中，集尘室1内部可以设有布袋除尘设备、旋风除尘设备、高压静电除尘设备或喷淋除尘设备的至少其中之一，激光清洗产生的烟气经集尘管道2可以收集到集尘室1中。
41.综上所述可以看出，在本发明中，该发明主要应用于冷轧带钢表面轧制油和铁粉的清洗，通过连续激光清洗工艺，去除轧制油和铁粉，从而实现带钢高效、环保清洗。本发明工业应用性强，具有广阔的发展前景。
42.需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
43.还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。