退火爐結(jié)瘤是冷軋連續(xù)退火爐常見的問題，結(jié)瘤的原因通常與原料的表面狀態(tài)以及爐輥所處環(huán)境有很大關(guān)系。汽車板的穩(wěn)定生產(chǎn)嚴格考驗機組各方面的工況，汽車板以深沖鋼為主，退火爐溫度相對較髙，因此爐內(nèi)的深沖鋼材質(zhì)偏軟，如果爐輥表面有微小的缺陷（如結(jié)瘤）就很容易“復印”到帶鋼表面上去，影響帶鋼表面質(zhì)量。爐輥結(jié)瘤嚴重影響連續(xù)退火線汽車板生產(chǎn)，而退火爐爐輥結(jié)瘤又不可完全避免，山東某鋼廠新建連續(xù)退火線在投產(chǎn)1年后頻繁出現(xiàn)因爐輥結(jié)瘤現(xiàn)象造成停機開爐事故。

1.   機組簡介

冷軋廠連續(xù)退火產(chǎn)線由德國西馬克公司總設計承包，清洗段采取堿洗、刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水漂洗與熱風烘干工藝，退火爐由比利時DREVER公司設計制造，退火爐總共包含預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段和終冷段7個區(qū)域，采用W形輻射管加熱，此種加熱方式均勻、穩(wěn)定且控制精度較高。爐輥涂層有18Cr8Ni、25Cr20Ni與25Cr12Ni 3種材質(zhì)。爐內(nèi)保護氣體為氮–氫混合氣體，其中氫氣體積分數(shù)4%~7%，爐內(nèi)正壓力為100~400 Pa。生產(chǎn)帶鋼厚度范圍0.4~2.0 mm，寬度范圍900~1880 mm，最高抗拉級別590 MPa，機組主要以生產(chǎn)汽車板為主。

2.   退火爐結(jié)瘤現(xiàn)象說明

退火爐爐輥結(jié)瘤，表現(xiàn)為爐輥表面出現(xiàn)小凸起，如瘤子一樣（圖1），分布沒有明顯規(guī)律。由于退火爐爐輥結(jié)瘤，造成的產(chǎn)品帶鋼出爐子后表面出現(xiàn)雪花紋（圖2）、白點兒缺陷，無手感、無周期、分布面廣。將白點缺陷放在掃描電鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)白點實際上并非一個點，而是由許多凹坑組成，如圖3所示。凹坑是由于結(jié)瘤凸臺高出爐輥表面，在退火爐內(nèi)，高溫環(huán)境下，在前后爐輥的張力作用下與帶鋼上下表面接觸后形成，通常表現(xiàn)為在結(jié)瘤嚴重的爐輥，其對應帶鋼寬度方向上雪花紋就明顯。

3.   爐輥結(jié)瘤成因分析

由于結(jié)瘤嚴重，造成產(chǎn)品表面降級，停機請專業(yè)維護隊伍進行清爐，清爐時發(fā)現(xiàn)，退火爐預熱段污染較重，爐墻表面發(fā)白嚴重（圖4），爐底存在大量黑灰（圖5）。同時，爐墻的襯板發(fā)白，表明帶鋼未在清洗段清洗干凈，表面殘留堿液帶入爐內(nèi)，與內(nèi)部污染物（灰塵、耐材殘渣）混合，高溫揮發(fā)后粘結(jié)在爐墻上。此外，還發(fā)現(xiàn)相關(guān)爐輥存在漏油現(xiàn)象，爐輥表面為墨綠色（圖6），結(jié)瘤打磨后仍然存在墨綠色痕跡（圖7）。

在退火爐均熱段、緩冷段的爐輥輥面兩側(cè)低粗糙度區(qū)域出現(xiàn)結(jié)瘤，由于結(jié)瘤處存在部分爐輥涂層，經(jīng)過成分打點測試（圖8），不能判斷結(jié)瘤與高強鋼生產(chǎn)有必然關(guān)系，其中Mn主要來自于帶鋼，Al主要來自于耐材或帶鋼以及爐輥的涂層。而對于Si元素而言，其來源可能有兩方面，其一為消泡劑，其二是清洗段的堿液；Fe主要來自于耐材、帶鋼；O多來自空氣、退火爐內(nèi)氮氣與氫氣管道內(nèi)的空氣殘留[1]。

3.1   爐輥結(jié)瘤機理

爐輥結(jié)瘤主要機理：①爐輥與帶鋼產(chǎn)生相對運動后在表面滑動，在機械摩擦的作用下，帶鋼表面的氧化物、鐵屑以及氣氛中的雜質(zhì)在爐輥表面發(fā)生粘結(jié)，在爐內(nèi)高溫環(huán)境下，形成爐輥表面結(jié)瘤，特別是深沖鋼板，爐內(nèi)溫度最高可達850 °C。帶鋼在爐內(nèi)向前運行的同時，爐底輥托著帶鋼轉(zhuǎn)動，由于爐底輥通常為從動輥，在阻力和轉(zhuǎn)動慣量的作用下，輥面與帶鋼表面會因速度不匹配發(fā)生少量的相對滑動。輥子表面組織在高溫環(huán)境下硬度降低、變軟，單位表面的微凸體含量增多，接觸面積增加，熱擴散效果增加，在微凸體部位易形成附著性結(jié)瘤。同時在板材軋制過程中表面附著的污染物（Fe3O4、FeO、油脂等）會在高溫氣氛下被還原，并且粘附在爐底輥輥面，生成結(jié)瘤核心，核心堆積逐漸長大，最終形成結(jié)瘤[2]。②爐輥本身表面發(fā)生磨損氧化，爐輥表面的氧化物逐漸附著積聚形成結(jié)瘤，這種由氧化物堆積形成的結(jié)瘤雖然硬度不高，但在切應力的作用下易發(fā)生脫落從而變成磨料，當形成的瘤狀物與輥面發(fā)生輕微的熔融、擴散和合金化后，部分瘤狀物牢固粘附于輥面造成板面白點缺陷。兩種結(jié)瘤機制，都經(jīng)歷了形成瘤核和聚集長大兩個過程，聚集長大是一個層層累積的過程，因此表現(xiàn)在瘤狀物的形貌上就出現(xiàn)了可以層層剝離的結(jié)構(gòu)。

粘附型結(jié)瘤有3個必備條件：可粘附固體物、粘附介質(zhì)和粘附環(huán)境，粘附環(huán)境和可粘附固體物一般可以通過修磨手段去除，粘附介質(zhì)一般是爐內(nèi)的水和油[3]。當爐內(nèi)混入空氣時，帶鋼在高溫含氧的情況下容易發(fā)生氧化，產(chǎn)生氧化鐵皮。這種氧化鐵皮薄而輕，如果氧化嚴重容易在一定條件下從帶鋼表面剝離，掉落在輥子與帶鋼之間，經(jīng)過碾壓粘附在輥面，或者隨著帶鋼入鋅鍋，對鋅鍋內(nèi)鋅液的成分造成影響[4]。

3.2   調(diào)查結(jié)論

開爐調(diào)查爐內(nèi)露點在合理范圍內(nèi)，爐內(nèi)殘油來自帶鋼表面殘留的乳化液。爐內(nèi)環(huán)境較差：爐底堆積保溫耐材及明顯顆粒狀污物，原料清潔度較低（來料帶鋼反射率低于60%）、清洗質(zhì)量差（清洗后帶鋼反射率在85%左右），較多的殘留乳化液進入爐內(nèi)，再加上原料帶入爐內(nèi)的鐵粉等，給爐輥輥面結(jié)瘤帶來了有利條件，加之爐輥存在漏油，為結(jié)瘤提供充足的粘附介質(zhì)，以上幾個方面是造成本次爐子結(jié)瘤的主要原因。

4.   爐輥結(jié)瘤對應解決措施

（1）帶鋼進入退火爐前，清洗段刷輥電流密度在無負載情況下由原1~2 A調(diào)整到3~4 A，加大刷輥的壓下量，對于堿液槽罐，由每隔15 min改為每隔10 min排廢30 L，保證清洗后帶鋼反射率＞92%。

（2）在清洗段程序設置上，焊接過程中刷輥從打開到關(guān)閉的響應時間由2 min改為30~40 s，提高刷洗的效率，同時對刷輥零位控制精度定期標定，保證壓下到位，確保刷洗效果。

（3）日常對爐區(qū)點檢和維護標準作業(yè)，停機檢修后進行必要的爐體測漏、氮氣吹掃等環(huán)節(jié)，保證爐內(nèi)非氧化環(huán)境，此外，爐輥軸承注油按照標準進行，杜絕過多注油或日常維護不到位。

（4）每隔2個月使用厚度大于1.8 mm高強鋼按照預設定爐輥磨輥曲線進行磨輥。磨輥時選中的爐輥設定速度會周期性的疊加一個正向速度差或反向速度差，加速度一般設置0.12 m/s2，使選中的爐輥相對帶鋼有正向和反向滑動的趨勢，其他未選中爐輥的速度和爐區(qū)帶鋼速度保持一致。

5.   結(jié)束語

通過優(yōu)化機組清洗段工藝參數(shù)、定期在線磨輥、每天監(jiān)測爐內(nèi)露點情況、每半年定期清爐更換爐輥等措施，有效遏制了爐輥結(jié)瘤的產(chǎn)生。由爐輥結(jié)瘤造成產(chǎn)品質(zhì)量原因被迫停爐由2019年3次減少到2020、2021年每年正常檢修停爐1次。

參考文獻

[1]胡厚森. 冷軋連續(xù)退火爐爐輥結(jié)瘤原因分析//2018年全國冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會、2018年全國熱軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會. 重慶, 2018

[2]常樹林,范紅妹,李鑫,等. 連退線退火爐爐輥結(jié)瘤分析與對策. 中國金屬通報,2019(4):14doi: 10.3969/j.issn.1672-1667.2019.04.008

[3]周建明,張貴春. 冷軋連退爐爐輥結(jié)瘤原因分析及控制措施. 江西冶金,2016,36(5):25doi: 10.3969/j.issn.1006-2777.2016.05.009

[4]王明順,艾厚波. 連續(xù)熱鍍鋅爐輥結(jié)瘤的預防. 金屬世界,2022(1):72

文章來源——金屬世界