冷軋鋼帶乳化液黑斑缺陷控制實(shí)踐

趙樹民，侯元新，燕照順

（1山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100；2萊蕪市泰山冷軋板有限公司，山東 萊蕪271100）

隨著汽車、家電、機(jī)械電子、建筑裝飾等行業(yè)的發(fā)展，客戶對冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求越來越高，控制冷軋鋼帶的黑斑缺陷成為滿足客戶需求的重要環(huán)節(jié)，因此，研究冷軋鋼帶黑斑形成機(jī)理并制定針對性的措施對提高冷軋鋼帶的表面質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 黑斑缺陷形成機(jī)理

1.1 乳化液的功能

冷軋鋼帶在軋制過程中采用乳化液進(jìn)行軋制，乳化液在軋制過程中具有冷卻、潤滑、防銹等功能。冷卻功能主要是冷卻鋼帶和軋輥，提高板形質(zhì)量；潤滑功能主要是有效降低軋輥和軋件之間的摩擦，提高產(chǎn)品的表面光潔度，提高軋制速度和壓下率，延長軋輥壽命；乳化液的防銹功能主要是對冷軋鋼帶起防銹作用。

1.2 黑斑形成的機(jī)理

1.2.1 黑斑產(chǎn)生的原因

由理化試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)推斷冷軋鋼帶表面產(chǎn)生黑斑的主要原因是由于冷軋鋼卷進(jìn)罩式爐前因氣刀吹掃壓力不穩(wěn)定和除油輥除油效果差造成鋼帶表面殘留乳化液，這種乳化液以油為主包含少量水份，油層中水份在室溫下與鐵氧化的速度很低，由于乳化液冷軋效果差，隨著軋制溫度的升高，氧化的速度迅速增大，若氣化成為水蒸汽，則與鋼帶表面發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，不斷生成氧化鐵。在軋后存放和退火低溫預(yù)熱階段，氧化鐵已經(jīng)形成。鋼卷被加熱到油的蒸發(fā)溫度時(shí)，少量油被保護(hù)氣氛帶走，大部分油進(jìn)入或浮在早己生成的疏松氧化鐵上面形成黑斑缺陷。

1.2.2 黑斑形成機(jī)理分析

冷軋鋼帶黑斑是由氧化鐵和油組成，氧化鐵分布在內(nèi)層，緊靠基體，油分布在外層，浮在表面。氧化鐵和油兩種物質(zhì)之間并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是一種混合物。

1）油的物理過程。含有軋制油和雜油的乳化液殘留在鋼帶表面，卷取時(shí)殘存于由板形缺陷而形成的封閉緊貼區(qū)域。在溫度和時(shí)間的影響下，乳化液中的大部分水份蒸發(fā)，形成濃縮乳化液，在退火過程中，由于雜油的混入，延長了油的蒸發(fā)時(shí)間，故濃縮油開始蒸發(fā)時(shí)油層中的水份早已成為水蒸汽，油層阻止水蒸汽蒸發(fā)，從而加強(qiáng)了水蒸氣與鋼帶表面的氧化反應(yīng)，而且在油蒸發(fā)結(jié)束之前有足夠的時(shí)間進(jìn)行氧化反應(yīng)。另一方面，濃縮雜油總是積存在帶卷的封閉緊貼部位，退火時(shí)雖經(jīng)歷一個(gè)蒸發(fā)過程，但一部分油汽被封閉在緊貼部位蒸發(fā)不出來而滯留在疏松的氧化鐵層里，與氧化鐵一起形成鋼帶表面黑斑。

2）鐵的氧化過程。泰鋼冷軋罩式光亮退火爐爐內(nèi)整體為還原性保護(hù)氣氛，從整體上看罩式爐退火工藝是光亮退火，不會(huì)產(chǎn)生黑斑缺陷，但對于某個(gè)鋼卷局部，即積存濃縮乳化液的緊貼部位在退火過程中，濃縮乳化液中的水份形成水蒸汽使鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)隨著反應(yīng)溫度的上升，氧化反應(yīng)會(huì)更加強(qiáng)烈，隨反應(yīng)時(shí)間延長氧化膜的厚度會(huì)增加。

3）濃縮油和氧化鐵的相互作用。黑斑形成過程中油和氧化鐵互為因果，只有鋼帶表面發(fā)生氧化并且油浸潤到氧化鐵里，才形成黑斑缺陷，兩者缺一都不會(huì)形成黑斑缺陷。

2 黑斑缺陷控制措施

根據(jù)以上黑斑缺陷形成機(jī)理的分析，泰鋼冷軋鋼帶產(chǎn)成黑斑的主要原因是氣刀吹掃不穩(wěn)定、除油效果差、乳化液冷卻效果差和軋機(jī)機(jī)械油泄流量大，為此，從4個(gè)方面進(jìn)行了控制。

2.1 改進(jìn)氣刀進(jìn)氣方式

針對乳化液氣刀吹掃壓力不穩(wěn)定，導(dǎo)致乳化液吹掃不干凈的問題，改進(jìn)軋機(jī)的氣刀進(jìn)氣方式。原設(shè)計(jì)的氣刀噴射梁通過一側(cè)進(jìn)氣，造成氣刀壓力不穩(wěn)定，乳化液吹掃效果差。對現(xiàn)有的氣刀噴射梁的進(jìn)氣口進(jìn)行改造，增加一個(gè)進(jìn)氣口，通過均勻的分布進(jìn)氣源，有效地保證了吹掃壓力的穩(wěn)定，并且每次換輥時(shí)對氣刀噴嘴進(jìn)行清理和調(diào)整角度（與板面成45°角），達(dá)到最佳吹掃效果。

2.2 改進(jìn)除油輥的結(jié)構(gòu)

在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于除油輥的導(dǎo)向塊間隙大導(dǎo)致除油輥跳動(dòng)，造成鋼帶表面乳化液殘留嚴(yán)重。針對此問題，改進(jìn)了除油輥的結(jié)構(gòu)，增加軋機(jī)機(jī)前、機(jī)后除油輥的導(dǎo)向面，有效地控制了鋼帶在高速軋制時(shí)因除油輥導(dǎo)向不穩(wěn)定造成除油輥跳動(dòng)，除油輥在軋制速度≥700 m/min時(shí)無跳動(dòng)，解決了因除油輥彈跳造成的乳化液殘留的問題。

2.3 提高乳化液的冷卻效果

由于1700軋機(jī)中間輥無噴射梁，造成工藝潤滑和冷卻效果不好。通過增加中間輥噴射梁和35個(gè)乳化液噴嘴，提高了中間輥的冷卻潤滑效果，降低了軋制變形熱和軋制溫度，有效防止因乳化液高溫氧化形成黑斑缺陷。

2.4 控制軋機(jī)機(jī)械油泄漏

雜油主要指除軋制油外，從機(jī)架內(nèi)泄漏的液壓油、軸承油及其他潤滑油品，由于雜油不可皂化，使乳化液中活性油的成分降低，不利于軋制時(shí)的潤滑，并且破壞乳化液的穩(wěn)定性，導(dǎo)致油耗增加。更換彎輥缸的表面材質(zhì)，將彎輥缸的缸體實(shí)施鍍鉻處理，防止缸體劃傷，并對油缸的密封槽進(jìn)行改造，減少了密封破損和彎輥缸漏油。增加密封圈的檢查頻次，在密封圈達(dá)到使用周期之前進(jìn)行更換，每班次利用換輥時(shí)間對機(jī)架內(nèi)的漏油點(diǎn)集中進(jìn)行了處理，有效控制了機(jī)械油泄漏。

3 結(jié)語

泰鋼冷軋鋼帶表面黑斑的形成原因是鋼卷內(nèi)部存在濃縮乳化液，濃縮乳化液中的水份在較高溫度下變?yōu)樗羝?，與鋼帶表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)生成氧化鐵，濃縮油既是氧化劑又阻礙水份蒸發(fā)，并溶入氧化鐵成為黑斑。通過采取改進(jìn)氣刀進(jìn)氣方式、改進(jìn)除油輥結(jié)構(gòu)、提高乳化液冷卻效果、控制軋機(jī)機(jī)械油泄漏，泰鋼1700機(jī)組黑斑缺陷降級率由1.69%降至0.15%。