張海濤 李長春 高建舟 壽葉紅 王超海 李敬

(1.北京科技大學; 2.安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼 1780 mm熱軋帶鋼氧化鐵皮成因及對策

張海濤1,2李長春2高建舟2壽葉紅2王超海2李敬2

(1.北京科技大學; 2.安陽鋼鐵股份有限公司)

通過分析氧化鐵皮的組成、結構和性質,結合安鋼 1780 mm熱軋生產工藝,對帶鋼表面氧化鐵皮的形成原因進行了分析,并提出了減少帶鋼表面氧化鐵皮的改進措施。

熱軋帶鋼 氧化鐵皮 除鱗 溫度

0 前言

安鋼 1780 mm熱連軋生產線是安鋼實現設備大型化、工藝現代化、產品專業(yè)化的現代化生產線之一,于 2007年 6月竣工投產,年設計生產能力 350萬 t/年 ,軋制規(guī)格 (厚 ×寬 )為 (1.2～19)mm ×(800～1630)mm,主要產品有碳素結構鋼、低合金結構鋼、冷軋基料、汽車用鋼、焊瓶鋼、橋梁鋼、管線鋼等。雖然在生產過程中 1780 mm熱連軋產能得到了極大提升,但是部分帶鋼表面存在氧化鐵皮的質量缺陷,使成品表面粗糙不平,甚至出現凹坑和麻點,嚴重影響了帶鋼的產品質量與機械性能。通過對熱軋帶鋼表面氧化鐵皮的形成原因進行研究分析,并采取措施予以改進,使熱軋帶鋼的表面質量大幅提高,進一步提升了安鋼產品的市場競爭力。

1 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮概述

氧化鐵皮是指板坯在加熱爐內加熱或高溫狀態(tài)下與氧化性氣氛接觸后發(fā)生化學反應,生成 Fe304、Fe203、FeO的一種混合物。氧化鐵皮一般分為三層:最外層是結晶構造的氧化鐵 (Fe2O3),約占整個氧化鐵皮厚度的 10%,其細膩有光澤、松脆、易脫落,并具有阻止內部繼續(xù)劇烈氧化的作用;第二層是致密、無孔和裂縫、成玻璃狀斷口的磁性四氧化三鐵(Fe3O4),約占氧化鐵皮厚度的 50%;與金屬本體相連的第三層是富氏體,呈疏松、多孔的細結晶組織,約占氧化鐵皮厚度的 40%,主要由 (FeO+Fe3O4)組成,其中 FeO性質發(fā)粘,粘到板坯上不易除掉。圖 1為 575℃以上生成的氧化鐵皮結構示意圖。

圖1 氧化鐵皮結構

熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷主要指板坯或帶鋼表面生成的氧化鐵皮沒有被完全去除,在軋制過程中將其壓入帶鋼表面造成的一種表面質量缺陷。板坯在具有氧化性氣氛的加熱爐內加熱到 1150℃～1250℃,板坯表面與高溫爐氣接觸生成 2 mm～3 mm厚氧化鐵皮,稱為“一次氧化鐵皮”,一次氧化鐵皮經過精軋后壓入帶鋼,呈小斑點、大塊斑痕和帶狀條紋形狀不規(guī)則地分布在帶鋼表面上,常伴有粗糙的麻點狀;一次除鱗后,在粗軋軋制過程中會形成100μm左右的氧化鐵皮,稱為“二次氧化鐵皮”,其二次氧化鐵皮表現為紅色鱗層,軋制后壓入帶鋼表面呈明顯的長條狀,沿軋制方向呈帶狀分布 (如圖 2所示);在粗軋后的精軋過程中高溫帶鋼表面與空氣中的氧結合形成的氧化層稱為“三次氧化鐵皮”,三次氧化鐵皮壓入帶鋼表面呈顆粒狀,分布多像分散的鹽粒。

圖2 帶鋼表面氧化鐵皮缺陷

2 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷形成原因分析

經過對氧化鐵皮性質的研究及對熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷形貌的觀察,筆者認為安鋼 1780mm熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷主要是由一次和二次氧化鐵皮壓入造成的,其主要原因有以下幾方面:

2.1 加熱方面

板坯加熱溫度、加熱時間、加熱方法、爐膛氣氛和鋼種等都直接關系到一次氧化鐵皮的生成、性質以及氧化鐵皮的去除效果。當煤氣熱值不穩(wěn)定或煤氣壓力波動較大時,造成加熱爐爐溫波動大、溫度不均勻,如果板坯加熱溫度過低,會造成氧化鐵皮中FeO比例加大,FeO性質發(fā)粘,與鋼基體結合緊密,造成板坯氧化鐵皮不易去除;如果板坯加熱溫度過高,板坯表面氧化嚴重,甚至氧化鐵皮熔化滲透入鋼基體內部,難以脫落,造成軋制壓入;當軋機軋制出現故障,恢復生產時間又不確定時,造成板坯在加熱爐內長時間停留,如果升溫降溫不及時或采取方法不當,會造成板坯加熱溫度高,尤其是板坯頭部和尾部受爐墻輻射強度較高,會引起板坯頭尾局部過熱,造成帶鋼頭尾氧化鐵皮去除不良;如果升溫降溫過程中爐膛氣氛控制不好,整個鋼坯表面被多次氧化與覆蓋,氧化鐵皮與鋼基體的附著力增大,也會造成氧化鐵皮去除不凈;針對不同鋼種要采取不同的加熱溫度,例如對于 Si含量高的鋼種,會在 FeO和鋼基體之間形成低熔點 (1170℃)的化合物 Fe2Si04,當加熱溫度低于 1170℃時,Fe2Si04會凝固,造成FeO難以去除;另外在軋制計劃中,由于低加熱溫度的板坯被安排在加熱時間長或加熱溫度較高的鋼種后面,或被安排在兩種加熱溫度都較高的鋼種之間,使得不同鋼種的不同加熱方法和加熱制度不能夠被很好的執(zhí)行,導致一次氧化鐵皮難以去除干凈。

2.2 粗軋方面

二次氧化鐵皮的清除與粗軋除鱗水壓力、粗軋立輥側壓能力、軋制溫度和軋制速度等有關,除鱗水壓力越高、立輥側壓能力越大則除鱗效果越好。熱軋板坯從加熱爐出來后,經高壓水除去一次氧化鐵皮后,進行粗軋。在短時間的粗軋過程中板坯表面與水和空氣接觸,在潮濕的空氣中,板坯表面吸附了一層薄薄的水膜,這層水膜里含有少量的 H+和OH-,還溶解了氧氣,結果在板坯表面形成了一層電解質溶液,它跟板坯里的鐵和少量的碳恰好形成無數微小的原電池。在這些原電池里,鐵是負極,碳是正極,鐵失去電子而被氧化,板坯表面產生了二次氧化鐵皮。由于受水平軋制的影響,二次氧化鐵皮厚度較薄,與板坯的界面應力小,所以剝離性差。如果粗軋開軋溫度高,軋制速度慢,板坯表面的氧化時間長,二次氧化鐵皮就會增多,如果粗軋除鱗水壓力達不到設定值或粗軋立輥側壓能力不足,產生的二次氧化鐵皮就不能被完全去除,殘留在中間坯表面進入精軋,造成帶鋼表面出現氧化鐵皮缺陷。

3 帶鋼表面氧化鐵皮的改進措施

3.1 加熱方面

首先在板坯裝入加熱爐前,嚴格執(zhí)行板坯裝爐制度,必須清除掉連鑄坯本身產生的疏松的氧化鐵皮和切割連鑄坯時殘留的毛刺,減少毛刺壓入帶來的氧化鐵皮去除不良。然后板坯裝入加熱爐后嚴格執(zhí)行板坯加熱工藝制度,合理控制加熱爐各段溫度與板坯在爐時間,勤觀察爐膛氣氛和板坯的火色,正確判斷爐膛氣氛和板坯溫度,保證板坯加熱溫度適宜;另外根據不同的鋼種、規(guī)格、加熱時間要求,合理調整加熱制度,優(yōu)化加熱曲線,在保證加熱溫度前提下,盡可能實現板坯在低溫段高溫快速加熱,減少板坯在高溫段的停留時間,以減少氧化鐵皮的產生;在加熱過程中,出現煤氣熱值、壓力變化,造成爐溫波動不穩(wěn)定,及時調整優(yōu)化空燃比,保證加熱爐各段溫度和氣氛,尤其是當煤氣熱值低時,要放慢出鋼節(jié)奏,保證有效加熱時間,保持均熱段為還原性氣氛。軋機停軋時,嚴格執(zhí)行加熱爐停軋降溫制度,及時降低爐膛熱負荷,采取間拔燒嘴的降溫方法,杜絕只減煤氣不減風,并將步進梁后退 4～6周期,適當關閉煙道閘門,保持爐膛壓力為正壓,減少爐頭吸冷風;軋機重新開軋時,首先將均熱段爐溫提升到有效溫度,待軋制正常后,加熱段依次升溫,以減少氧化鐵皮生成量,在此之前,應制止出鋼軋制。最后優(yōu)化軋制計劃編排,相鄰兩塊板坯的末架粗軋機出口溫度差應小于 20℃,特殊情況下,在裝鋼時要留出一定的空位,避免目標溫度跳躍對加熱質量產生不良影響。

3.2 粗軋方面

在粗軋軋制工藝要求范圍內,盡可能降低開軋溫度,提高軋制速度,減少中間坯與空氣的接觸時間,減少二次氧化鐵皮;通過 提高粗軋除鱗水壓力,增加除鱗道次,提高立輥側壓能力,保證氧化鐵皮最佳去除效果。

3.3 生產組織方面

質檢部門反饋氧化鐵皮信息后,及時對加熱溫度、軋制節(jié)奏、除鱗點等關鍵環(huán)節(jié)加以調整,定時檢查除鱗設備;合理控制出鋼節(jié)奏,杜絕盲目生產;嚴控板坯在爐時間,不得超出板坯允許加熱時間范圍。

4 改進效果

1)由于熱軋帶鋼的化學成分、加熱溫度、加熱時間、爐內氣氛不同,板坯及帶鋼表面所形成的氧化鐵皮結構、性質亦有所不同,通過具體地分析研究、采取改進措施,安鋼熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷得到明顯改善,表面氧化鐵皮缺陷比例明顯減少,2010年存在表面氧化鐵皮缺陷的鋼卷僅占 0.1%,較2008年的 0.5%和 2009年的 0.25%,分別減少0.4%和 0.15%。

2)通過熱軋生產工藝的適當調整,除鱗設備的有效使用及粗軋開軋溫度、軋制速度的合理控制,提高了帶鋼的表面質量與性能。

5 結語

熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷具有普遍現象,安鋼 1780 mm熱軋機組采取的改進措施對其它同類型機組生產具有重要的借鑒意義。

[1] 薛念福,李里,陳繼林,等.熱軋帶鋼除鱗技術研究[J].軋鋼釩鈦,2003,24(3):52-59.

[2] 魏天賦.熱帶氧化鐵皮的成因及去除方法[J].鋼鐵研究,2003(4):25-27.

[3] V.B金茲伯格[美 ].板帶軋制工藝學.北京:冶金工業(yè)出版社,2000:345-360.

ANALYSIS OF SCALE FORM ING REASONS AND M EASURES IN ANGANG 1780 mm HOT ROLL ING PROCESS

Zhang Haitao1,2Li Changchun2Gao Jianzhou2Shou Yehong2Wang Chaohai2Li Jing2
(1.University of Science and TechnologyBeijing; 2.Anyang Iron&Steel Stock Co,Ltd)

Based on Angang 1780 mm hot rolling process,the for ming causes of iron oxide scale are analyzed by studying the composition,structure and featuresof scale and at the same time some improvementmeasurements are put for ward.

hot rolled strip iron oxide scale descaling temperature

＊

:2010—8—13