供稿|孫帥，許銘

內(nèi)容導(dǎo)讀 山東某鋼廠連續(xù)退火機(jī)組，投產(chǎn)以來(lái)每隔4 個(gè)月左右，在退火爐均熱、緩冷段頻繁發(fā)生爐輥結(jié)瘤現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)爐輥結(jié)瘤的根本原因是爐內(nèi)環(huán)境氛圍異常以及清洗段能力差造成的。通過(guò)提高清洗段刷輥壓下量，加大帶鋼表面刷洗面積，促使清洗后帶鋼反射率大于92%；加強(qiáng)對(duì)退火爐爐輥周邊點(diǎn)檢，避免漏油、漏水事故；此外，定期使用高強(qiáng)鋼對(duì)爐輥進(jìn)行磨輥，最終降低了退火爐結(jié)瘤概率。

退火爐結(jié)瘤是冷軋連續(xù)退火爐常見(jiàn)的問(wèn)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(chē)板的穩(wěn)定生產(chǎn)嚴(yán)格考驗(yàn)機(jī)組各方面的工況，汽車(chē)板以深沖鋼為主，退火爐溫度相對(duì)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(fù)印”到帶鋼表面上去，影響帶鋼表面質(zhì)量。爐輥結(jié)瘤嚴(yán)重影響連續(xù)退火線汽車(chē)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(jī)開(kāi)爐事故。

機(jī)組簡(jiǎn)介

冷軋廠連續(xù)退火產(chǎn)線由德國(guó)西馬克公司總設(shè)計(jì)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(fēng)烘干工藝，退火爐由比利時(shí)DREVER 公司設(shè)計(jì)制造，退火爐總共包含預(yù)熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過(guò)時(shí)效段和終冷段7 個(gè)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(hù)氣體為氮–氫混合氣體，其中氫氣體積分?jǐn)?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(jí)別590 MPa，機(jī)組主要以生產(chǎn)汽車(chē)板為主。

退火爐結(jié)瘤現(xiàn)象說(shuō)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(méi)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(diǎn)兒缺陷，無(wú)手感、無(wú)周期、分布面廣。將白點(diǎn)缺陷放在掃描電鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)實(shí)際上并非一個(gè)點(diǎn)，而是由許多凹坑組成，如圖3 所示。凹坑是由于結(jié)瘤凸臺(tái)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(yán)重的爐輥，其對(duì)應(yīng)帶鋼寬度方向上雪花紋就明顯。

圖1 爐輥結(jié)瘤照片

圖3 帶鋼雪花紋微觀形貌

爐輥結(jié)瘤成因分析

由于結(jié)瘤嚴(yán)重，造成產(chǎn)品表面降級(jí)，停機(jī)請(qǐng)專(zhuān)業(yè)維護(hù)隊(duì)伍進(jìn)行清爐，清爐時(shí)發(fā)現(xiàn)，退火爐預(yù)熱段污染較重，爐墻表面發(fā)白嚴(yán)重（圖4），爐底存在大量黑灰（圖5）。同時(shí)，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?jiān)┗旌?，高溫?fù)]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）。

圖5 退火爐爐底蓋照片

圖6 退火爐爐輥照片

圖7 爐輥結(jié)瘤形貌放大圖

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(guò)成分打點(diǎn)測(cè)試（圖8），不能判斷結(jié)瘤與高強(qiáng)鋼生產(chǎn)有必然關(guān)系，其中Mn 主要來(lái)自于帶鋼，Al 主要來(lái)自于耐材或帶鋼以及爐輥的涂層。而對(duì)于Si 元素而言，其來(lái)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(lái)自于耐材、帶鋼；O 多來(lái)自空氣、退火爐內(nèi)氮?dú)馀c氫氣管道內(nèi)的空氣殘留[1]。

圖8 結(jié)瘤處帶鋼能譜分析(a)區(qū)域1；(b)區(qū)域2

爐輥結(jié)瘤機(jī)理

爐輥結(jié)瘤主要機(jī)理：①爐輥與帶鋼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后在表面滑動(dòng)，在機(jī)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(dá)850 ℃。帶鋼在爐內(nèi)向前運(yùn)行的同時(shí)，爐底輥托著帶鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，由于爐底輥通常為從動(dòng)輥，在阻力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用下，輥面與帶鋼表面會(huì)因速度不匹配發(fā)生少量的相對(duì)滑動(dòng)。輥?zhàn)颖砻娼M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(kuò)散效果增加，在微凸體部位易形成附著性結(jié)瘤。同時(shí)在板材軋制過(guò)程中表面附著的污染物（Fe3O4、FeO、油脂等）會(huì)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(zhǎng)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(yīng)力的作用下易發(fā)生脫落從而變成磨料，當(dāng)形成的瘤狀物與輥面發(fā)生輕微的熔融、擴(kuò)散和合金化后，部分瘤狀物牢固粘附于輥面造成板面白點(diǎn)缺陷。兩種結(jié)瘤機(jī)制，都經(jīng)歷了形成瘤核和聚集長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程，聚集長(zhǎng)大是一個(gè)層層累積的過(guò)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(gè)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(guò)修磨手段去除，粘附介質(zhì)一般是爐內(nèi)的水和油[3]。當(dāng)爐內(nèi)混入空氣時(shí)，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(yán)重容易在一定條件下從帶鋼表面剝離，掉落在輥?zhàn)优c帶鋼之間，經(jīng)過(guò)碾壓粘附在輥面，或者隨著帶鋼入鋅鍋，對(duì)鋅鍋內(nèi)鋅液的成分造成影響[4]。

調(diào)查結(jié)論

開(kāi)爐調(diào)查爐內(nèi)露點(diǎn)在合理范圍內(nèi)，爐內(nèi)殘油來(lái)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(lái)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(jìn)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(lái)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(gè)方面是造成本次爐子結(jié)瘤的主要原因。

爐輥結(jié)瘤對(duì)應(yīng)解決措施

（1）帶鋼進(jìn)入退火爐前，清洗段刷輥電流密度在無(wú)負(fù)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(duì)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(shè)置上，焊接過(guò)程中刷輥從打開(kāi)到關(guān)閉的響應(yīng)時(shí)間由2 min 改為30～40 s，提高刷洗的效率，同時(shí)對(duì)刷輥零位控制精度定期標(biāo)定，保證壓下到位，確保刷洗效果。

（3）日常對(duì)爐區(qū)點(diǎn)檢和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，停機(jī)檢修后進(jìn)行必要的爐體測(cè)漏、氮?dú)獯祾叩拳h(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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，杜絕過(guò)多注油或日常維護(hù)不到位。

（4）每隔2 個(gè)月使用厚度大于1.8 mm 高強(qiáng)鋼按照預(yù)設(shè)定爐輥磨輥曲線進(jìn)行磨輥。磨輥時(shí)選中的爐輥設(shè)定速度會(huì)周期性的疊加一個(gè)正向速度差或反向速度差，加速度一般設(shè)置0.12 m/s2，使選中的爐輥相對(duì)帶鋼有正向和反向滑動(dòng)的趨勢(shì)，其他未選中爐輥的速度和爐區(qū)帶鋼速度保持一致。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化機(jī)組清洗段工藝參數(shù)、定期在線磨輥、每天監(jiān)測(cè)爐內(nèi)露點(diǎn)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。