王晨阳
唐钢冷轧薄板厂 河北唐山
摘 要：文中阐述了冷轧连续退火炉结瘤对镀锌产品质量的影响，分析了炉底辊表面结瘤的主要原因，并从带钢轧制过程中表面污染物的控制和炉底辊辊面处理两方面提出了有效的防范措施。
关键词：冷轧；退火炉；炉底辊；结瘤
热轧带钢在轧机高速轧制过程中，在轧制力的作用下，带钢产生变形的同时会释放出大量的轧制热。因此在该过程中需要由大量乳化液进行降温，同时乳化液还会在轧辊与带钢间形成一层润滑油膜，以降低两者间的摩擦力。然而在实践过程中带钢表面依然会有部分铁粉脱落，部分铁粉被乳化液冲刷带走，另一少部分附着在了冷轧带钢表面，并带入到下个工序。此外，少量乳化液在高轧制热的作用下破乳形成油膜，润滑的同时与铁粉混合，从而增加了铁粉在带钢表面的附着力，即使经过冲刷和吹扫也难以脱落。在冷轧带钢表面附着有污染物是不可能完全避免的，其正常范围是600～800 mg/m2。当带钢进入到连续退火炉时，这些污染物很容易粘附在炉底辊表面，长时间的不断积累形成结瘤，从而严重影响镀锌产品质量。
1结瘤对镀锌产品质量的影响
在连续热镀锌机组中，连续退火炉是关键的工艺段组成部分，退火炉内安装有大量炉底辊，其主要作用是托起带钢，避免带钢刮蹭炉壁。在生产过程中，发现带钢表面有明显的划痕，利用设备检修在对炉底辊进行抽出检查时，发现辊面存在严重的结瘤现象，辊面结瘤造成带钢表面缺陷，严重影响镀锌产品的板面质量，从而造成严重的经济损失。经调查，这些炉底辊上线时间仅有4个月。
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2结瘤原因分析
在冷轧板连续退火过程中，为了保护板面不会因高温而产生氧化物，同时还原带钢表面少量的氧化物，退火炉内的气氛需采用惰性和还原性气体（通常为N2加5%的H2）。低碳钢板生产时，炉内温度最高可达850℃。带钢在炉内向前运行的同时，炉底辊托着带钢转动，由于炉底辊通常为从动辊，在阻力和转动惯量的作用下，辊面与带钢表面会因速度不匹配发生少量的相对滑动。辊子表面组织在高温环境下硬度降低、变软，单位表面的微凸体含量增多，接触面积增加，热扩散效果增加，在微凸体部位易形成附着性结瘤。同时在板材轧制过程中表面附着的污染物（Fe3O4、FeO、油脂等）会在高温气氛下被还原，并且粘附在炉底辊辊面，生成结瘤核心，核心堆积逐渐长大，最终形成结瘤。这种由氧化物堆积形成的结瘤虽然硬度不高，但在切应力的作用下易发生脱落从而变成磨料，从而对带钢产生划伤、凹坑、压痕等缺陷，经过镀锌后缺陷能够反映到带钢表面，且经过后续的光整机后这类缺陷不能得到有效消除，最终严重影响产品表面质量。
3结瘤的防范措施
3.1减少污染物
解决该问题，可以从上游工艺着手，最直接的办法就是减少来冷轧来料板面附着的污染物。主要措施包括：
3.1.1选择性能优良的轧制油
在轧机的轧制工艺中，乳化液起着关键性作用。一方面，乳化液遇到高温后其中的水分汽化并带走大量的轧制热，对带钢和轧辊具有冷却作用；另一方面，在高温、高剪切力和高压的作用下，乳化液内的油脂析出，在轧制面形成一层极薄的油膜，从而起到润滑的作用。若所选的轧制油性能较差，则在轧制面上的破乳不充分，不能形成良好的润滑油膜，轧制时摩擦力增大，会产生大量铁粉，从而对带钢表面和乳化液造成严重污染，并且还会增加轧辊的磨损速度。
3.1.2优化乳化液参数
⑴优化乳化液内油含量。通常乳化液中油含量为2%～4%，油含量分数应随轧制力的变化而变化，当轧制力增加时，油含量分数应随之增大。
⑵优化乳化液温度，并严格控制。根据工艺要求，乳化液温度应控制在45～65℃之间。若乳化液温度过高，油脂颗粒易长大，会造成乳化效果不稳定，轧制油消耗增加，带钢表面油脂含量增加，更容易造成表面污染；若乳化液温度过低，轧制时不利于形成破乳油膜，润滑效果降低，轧制过程中产生的铁粉量增加，同样会增加污染程度。
3.1.3提高乳化液的过滤效果
乳化液的净化方法有3种。第1种为磁性过滤,主要作用是清除铁粉,过滤精度为0.2mm;第2种为反冲洗过滤,主要是清除非金属颗粒,过滤精度为0.15mm;第3种为霍夫曼纸过滤,主要清除油污和细小铁粉,过滤精度为0.06mm。经过净化处理,乳化液中的铁粉质量浓度应小于200mg/L,灰分的质量浓度小于1500mg/L,铁皂质量分数小于0.3%,游离脂肪酸质量分数小于10%。
3.1.4轧制参数的优化
带钢在冷轧过程中，轧制力是轧制工艺中最为关键的参数，在表面污染物控制中该参数也同样重要。若轧制力过大，在轧制面由乳化液形成的油膜容易破裂，失去润滑作用，轧辊与带钢间产生极大的粘结性摩擦力，轧辊表面生成摩擦辊印，带钢表面还会出现热滑痕，过程中产生大量铁粉。因此需严格控制轧制力和压下量。
3.1.5 轧机卷取前增加高压空气吹扫
我厂轧机出口设置有高压空气吹扫系统，但由于管道直径设计过小、对其作用的认识不足而缺乏维护、其它部位压缩空气同时使用时压降过大等原因，吹扫效果并不理想。因此，为提高产品表面清洁度，我们对该吹扫系统实施了改造，增大了管道直径，增加了储气罐，改造后带钢表面污染物清除效果显著。
3.2采用带表面涂层的炉底辊
炉底辊涂层材料的选择必须符合连续退火生产状况的要求,从而使炉底辊涂层具有：耐高温氧化(能耐900~1000℃高温)；耐高温钢板的摩擦磨损(高温钢板在炉辊表面的运行速度达50m/s，甚至更高)；良好的抗热震性，以防止生产过程中炉子升温和降温热循环而使涂层剥落；抗高温堆积或结瘤，防止由此而使辊面产生各种缺陷影响钢板的质量；具有良好的化学稳定性，使其在各种气氛中使用性能稳定；具有一定的摩擦系数，以利于钢板传送，不发生“打滑”。不同的工作温度下常用涂层材料如表1所示。
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研究和实践均表明炉底辊表面涂层后，辊面结瘤现象得到了明显改善，同时辊子的使用寿命得到了明显提高。如：用等离子喷涂或超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层后，钢辊使用寿命比未涂覆时高10倍；用等离子喷涂Al2O3+25%ZrO2或ZrO2+8%Y2O3复合陶瓷涂层的炉辊，使用寿命由原来镀铬辊的三个月提高到两年;用等离子喷涂钴基合金+氧化物金属陶瓷涂层的炉辊，其使用寿命可延长到3年。
4结语
随着社会经济的快速发展，市场对冷轧产品质量的要求也越来越高。炉底辊使用寿命的长短及其对产品质量的影响直接关系到生产成本的高低。炉底辊表面结瘤问题的影响因素还包括排产计划、工艺段清洗效果、带钢运行速度等工艺参数，因此，只有结合实际生产情况，通过科学分析找出关键性因素，制定有效的防范措施，才能有效解决这一问题。
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