硅鋼機(jī)組爐輥結(jié)瘤控制方案的探討

陸正誼

摘 要：硅鋼生產(chǎn)線的硅鋼連續(xù)退火機(jī)組爐輥結(jié)瘤的問題，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重大難題，長(zhǎng)期制約著企業(yè)的生產(chǎn)和銷售，圍繞世界性難題，提出了很多改進(jìn)方案。首先分折機(jī)組爐輥結(jié)瘤的成份，之后查找爐輥結(jié)瘤的原因，針對(duì)性的提出了相應(yīng)解決辦法和措施。執(zhí)行了預(yù)防和控制措施，達(dá)到解決爐輥結(jié)瘤的目的，產(chǎn)生了良好經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：硅鋼連退機(jī)組；爐輥結(jié)瘤；熔融；硅鋼基材；牌號(hào)；方案

0前言

硅鋼連續(xù)退火機(jī)組爐輥結(jié)瘤的問題是世界性難題，是硅鋼連續(xù)退火機(jī)組不可避開的一道困難，也正因?yàn)槿菀捉Y(jié)瘤，所以硅鋼退火機(jī)組的爐輥不像其他退火機(jī)組一樣采用鋼輥，而是采用石墨碳套輥或者采用了陶瓷輥，就是為了避免產(chǎn)生的結(jié)瘤無法消除，從而帶來產(chǎn)品質(zhì)量的下降。爐輥結(jié)瘤會(huì)導(dǎo)致帶鋼表面有凸包缺陷，嚴(yán)重時(shí)影響涂層的均勻性和疊片系數(shù)，給客戶的生產(chǎn)帶來影響。

1硅鋼連續(xù)退火機(jī)組爐輥結(jié)瘤的成份

據(jù)資料介紹，經(jīng)對(duì)結(jié)瘤物的金相組織分析，電子探針顯微分析，能譜定性分析及定量分析，爐輥結(jié)瘤的主要成份為：4.1%SiO2，0.5%FeO，1.2%Al2O3，1.3%MnO，87.5%Fe。

由分析結(jié)果可知瘤狀物與輥?zhàn)踊w間在高溫下已經(jīng)發(fā)生了熔融、擴(kuò)散現(xiàn)象，使之很好結(jié)合在一起，結(jié)瘤主要成份為鐵，說明結(jié)瘤主要是剝離硅鋼基材。

2硅鋼連續(xù)退火機(jī)組爐輥結(jié)瘤產(chǎn)生的原因

2.1外來氧化鐵皮被帶入爐內(nèi)

在機(jī)組啟動(dòng)升溫或工藝調(diào)整時(shí)，機(jī)組需要運(yùn)行調(diào)整鋼卷，這些調(diào)整鋼卷反復(fù)使用，導(dǎo)致表面存在氧化鐵皮，這些氧化鐵皮進(jìn)入爐內(nèi)，粘附在爐輥表面，如果剛好爐輥存在縫隙，就會(huì)與爐輥有一定的結(jié)合力，從而在后面的運(yùn)行中形成結(jié)瘤。

2.2 鋼帶表面鐵粉

鋼帶表面在軋制過程中，表面會(huì)有鐵粉脫落，與軋制油一起附著在鋼帶表面，雖然經(jīng)過脫脂段的清洗，但仍會(huì)有少量的鐵粉進(jìn)入爐內(nèi)，且此類鐵粉體積小，很容易脫落下來形成結(jié)瘤，是硅鋼生產(chǎn)過程中要十分重視的一個(gè)方面。

2.3 鋼帶表面氧化層還原后海綿鐵

無論鋼卷表面如何干凈，其表面總是有氧化層，另外，硅鋼卷首先進(jìn)入無氧化爐后，也會(huì)有少量的氧化，這些氧化鐵進(jìn)入輻射管加熱段和均熱段，這部分爐內(nèi)有一定量的氫氣，這些氧化鐵會(huì)被氫氣還原，還原后呈海綿狀的鐵，這些鐵與硅鋼基體的聯(lián)接并不緊密，且呈近乎熱融狀態(tài)，會(huì)以層狀粘附在爐輥表面，經(jīng)反復(fù)碾壓后更加緊密的粘附在爐輥上，最終形成較大的粘附層，成為結(jié)瘤。這也是機(jī)組產(chǎn)生結(jié)瘤的最主要的原因。

2.4 材料化學(xué)成份

理論上講，隨著硅鋼基板中硅含量的增加，基板表面就越容易被氧化，不論是冷軋過程中還是進(jìn)入無氧化爐中，會(huì)有更多的氧化層形成，所以硅含量的增加會(huì)加劇結(jié)瘤的形成，這也就是生產(chǎn)高牌號(hào)時(shí)爐輥更容易結(jié)瘤的原因。

在實(shí)際生產(chǎn)中，即使同樣的牌號(hào)，但由于原料廠家的化學(xué)成份的微小差異和熱軋、酸洗、冷軋的不同，最終對(duì)結(jié)瘤的影響也不盡相同。如漣鋼的600牌號(hào)與新余600牌號(hào)在我公司機(jī)組上生產(chǎn)時(shí)，將兩卷前后焊接生產(chǎn)，生產(chǎn)出來后，漣鋼600牌號(hào)表面有較多的黑色條紋，而新余600牌號(hào)表面非常光亮，而且生產(chǎn)漣鋼600材料時(shí)，爐內(nèi)漏點(diǎn)明顯上升，說明漣鋼600材料更容易氧化，然后在還原段部分還原，還有一些無法還原，表面呈現(xiàn)黑色條紋（如下圖）。

我公司生產(chǎn)800牌號(hào)及以上牌號(hào)時(shí)，爐輥結(jié)瘤較為嚴(yán)重，個(gè)人認(rèn)為與漣鋼原料有一定的關(guān)系。生產(chǎn)漣鋼800牌號(hào)時(shí)，每班都要因結(jié)瘤問題磨一次輥，這肯定不正常，但以前生產(chǎn)唐鋼及邯鋼800時(shí)，磨輥沒有這么頻繁。至于漣鋼原料供應(yīng)天潔和浦項(xiàng)問題沒有這么明顯，主要是生產(chǎn)線工藝決定的，天潔公司沒有無氧化爐，所以基本不存在進(jìn)入爐后的氧化，浦項(xiàng)的無氧化爐只將鋼帶加熱到450℃左右，氧化效果不明顯，而我公司無氧化爐需將鋼帶加熱到750℃左右，氧化效果肯定比浦項(xiàng)明顯。

2.5爐內(nèi)氣氛

無氧化爐的燃料為天然氣在爐內(nèi)直接燃燒，燃燒后產(chǎn)生大量的水蒸氣，雖然在燃燒時(shí)空燃比控制為還原性氣氛，即讓天然氣呈不完全燃燒狀態(tài)，但實(shí)際上，硅鋼仍將與爐內(nèi)的的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，形成氧化層，氧化層經(jīng)還原后成為易粘附在爐輥上的海綿狀鐵，最終形成爐輥結(jié)瘤。

另外，據(jù)資料介紹，爐內(nèi)氫氣的含量也是產(chǎn)生結(jié)瘤的原因之一，即如果爐內(nèi)PH2O/PH2過低（即爐內(nèi)水的分壓與氫氣分壓的比值），也容易產(chǎn)生結(jié)瘤，所以在保證還原的前提下盡量降低氫氣的用量。因現(xiàn)在硅鋼原料內(nèi)含碳量很低，所以基本都不采用加濕工藝，即爐內(nèi)水的分壓很低，要想PH2O/PH2不過低，只能降低氫氣分壓，即減少氫氣用量，但同時(shí)要保證鋼帶的充分還原。

2.6無氧化爐板溫控制

據(jù)研究，無氧化爐中雖然處于還原性氣氛，但燃燒天然氣時(shí)產(chǎn)生大量的水蒸氣，所以如果無氧化爐中板溫過高，氧化作用會(huì)加劇，還原后的鐵會(huì)引起結(jié)瘤，所以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮出無氧化爐的溫度按750℃進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果高于此溫度，則結(jié)瘤風(fēng)險(xiǎn)加大。浦項(xiàng)的無氧化爐是按450℃設(shè)計(jì)的，氧化作用更弱，所以同樣是漣鋼原料，在浦項(xiàng)生產(chǎn)時(shí)結(jié)瘤情況和板面情況要比我公司的好。

2.7加熱速度

當(dāng)退火爐升溫時(shí)，如果加熱速度過快，也會(huì)加快結(jié)瘤的產(chǎn)生。實(shí)際是爐溫與板溫的差異過大時(shí)，爐輥的溫度遠(yuǎn)高于板溫（爐輥為碳輥，顏色為黑色，容易吸熱，且爐內(nèi)氣氛為高溫，而板面為亮色，不容易吸熱，入爐時(shí)板溫也較低），而高溫是引起結(jié)瘤的原因。

2.8爐輥材料

硅鋼退火生產(chǎn)線一般有兩種材料，第一是碳套輥，第二種是陶瓷輥，其基本原因就是因?yàn)楣桎撏嘶鹕a(chǎn)過程會(huì)結(jié)瘤，這兩種材料都可以將結(jié)瘤磨掉，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。但這兩種材料的結(jié)瘤磨掉的基理不一樣，陶瓷輥主要是磨平，而不能完全磨掉下來，結(jié)果就是表面還是有小的劃傷點(diǎn)，而且容易再次長(zhǎng)大，必須進(jìn)行新一輪的磨輥；碳套輥主要是磨掉，較大的是磨平，所以碳套輥生產(chǎn)的板面質(zhì)量明顯會(huì)好于碳套輥，而且理論上每次磨輥后使用的周期會(huì)更長(zhǎng)。

從成本上分析，陶瓷輥硬度高，耐磨，使用周期可達(dá)5年左右，每噸成本約0.5元，但碳套輥材質(zhì)軟，不耐磨，平均使用壽命只能達(dá)到6個(gè)月左右，每噸成本約5元。

3需要采取的措施

針對(duì)以上結(jié)瘤產(chǎn)生原因的分析，相應(yīng)得出應(yīng)采取的措施。

3.1加強(qiáng)原料的酸洗，減少氧化皮，同時(shí)控制冷軋溫度及壓下量，減少氧化層的數(shù)量。這只能是原料廠家來控制，我公司無法控制。

3.2加強(qiáng)脫脂能力，減少鐵粉帶入到爐內(nèi)。

3.2.1 保證脫脂液的堿點(diǎn)，將鋼帶表面清洗干凈。鐵粉大部分與軋制油在一起，如果不能清洗掉軋制油，去掉鐵粉則無從談起。

3.2.2 刷輥正常運(yùn)行，刷輥的正常運(yùn)行，才能將鋼帶表面的軋制油和部分鐵粉去除。

3.2.3 電解正常運(yùn)行。鋼帶表面有一定的粗糙度，刷輥只能將表面的軋制油和鐵粉去除，但凹坑內(nèi)的油脂和鐵粉，刷輥就無能為力了，這部分需要電解來去除，電解一方面靠電解液溶解軋制油，帶出鐵粉，另一方面在鋼帶表面產(chǎn)生氫氣和氧氣，形成小的氣泡，將軋制油脫離鋼帶表面，從而達(dá)到去除軋制油和鐵粉的目的。

3.2.4 增加磁過濾裝置。本生產(chǎn)線設(shè)計(jì)之初沒有磁過濾，脫脂液去除的鐵粉仍在脫脂液內(nèi)循環(huán)，當(dāng)濃度過高時(shí)，去除能力就會(huì)大大降低，后來增加了磁過濾裝置，即將脫脂液內(nèi)的鐵粉經(jīng)磁鐵吸出，以保證脫脂液內(nèi)鐵粉量維持在較低的水平，從而達(dá)到凈化脫脂液的結(jié)果。

3.3 控制好爐內(nèi)氣氛

3.3.1保證爐內(nèi)的氧氣含量在較低水平。爐內(nèi)氧氣含量增加后，就會(huì)對(duì)鋼帶表面進(jìn)行氧化，還原后的海綿狀鐵是導(dǎo)致結(jié)瘤的主要原因。

3.3.2氫氣維護(hù)在能還原鋼帶的最低水平。在加濕時(shí)和生產(chǎn)啟動(dòng)時(shí)，為保證還原，氫氣量基本為120Nm3/h，正常生產(chǎn)時(shí)，則減少到80Nm3/h左右。

3.3.3控制好空燃比，讓無氧化爐保持在還原性氣氛中。這樣做會(huì)損失一部分能源，也是今年采取的措施，從生產(chǎn)實(shí)際來看，有一定的效果，但并不是很明顯。

3.4 將出無氧化爐的板溫控制在750℃以下。無氧化爐的加熱效率是最高的，從節(jié)能上講應(yīng)該是越高越好，但如果超過750℃以上，氧化效果就會(huì)增加，增加結(jié)瘤的可能性。

3.5控制升溫速度，特別是在生產(chǎn)過程中。

3.6 磨輥時(shí)將溫度降到650℃以下，這樣磨輥效果就會(huì)更加好一些，能將大部分結(jié)瘤磨掉。

3.7 對(duì)容易結(jié)瘤的爐輥采用碳套輥，對(duì)不容易結(jié)瘤的爐輥采用陶瓷輥。現(xiàn)在機(jī)組退火爐共有爐輥根，其中無氧化爐10根，為鋼質(zhì)水冷輥，輻射管加熱段12根，為雙套輥，均熱段52根，為雙套輥，2#爐喉2根，為雙套輥，循環(huán)空氣冷卻段30根，雙套輥12根，鋼輥18根，即雙套輥共有78根，如果全部采用碳套輥，則費(fèi)用大，維修工作量也較大，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)際使用碳套輥52根，即輻射管加熱12根，均熱段40根，一方面滿足了生產(chǎn)的需要（按最高牌號(hào)470考慮的），另一方面也盡量降低了成本和維修費(fèi)用。

4特別方案

根據(jù)以往的方案和現(xiàn)在各鋼廠的方案，當(dāng)爐輥結(jié)瘤到一定程度時(shí)，機(jī)組降溫，然后用厚板磨輥料（一般選擇厚度為0.8mm的冷板）進(jìn)入爐內(nèi)，機(jī)組停止運(yùn)行，點(diǎn)動(dòng)爐輥，讓爐輥與磨輥料摩擦，從而使結(jié)瘤松動(dòng)掉下來，較大的結(jié)瘤如果掉不下來，也可能磨平，然后再繼續(xù)升溫，恢復(fù)生產(chǎn)。

在今年四月份，老板提出了新的磨輥方案：即在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了結(jié)瘤影響產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，生產(chǎn)一部分普碳鋼，在生產(chǎn)的過程中，控制爐輥的速度，讓爐輥與生產(chǎn)中的普碳鋼有一定的速度差，從而達(dá)到磨輥的目的。

因?yàn)檫€沒有任何一家曾經(jīng)這樣磨過輥，雖然從理論上講是可行的，但實(shí)際效果能否達(dá)到磨掉結(jié)瘤或磨平結(jié)瘤，還需經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)際使用，這種方法對(duì)于結(jié)瘤初期作用較大，特別是對(duì)于生產(chǎn)1300牌號(hào)、800牌號(hào)時(shí)產(chǎn)生的結(jié)瘤基本可以消除，這樣就避免了在生產(chǎn)過程中一旦結(jié)瘤就必須進(jìn)行停機(jī)磨輥的狀態(tài)，但對(duì)于600牌號(hào)的結(jié)瘤，用普碳鋼的方式則只能一至兩次，后面如果再用則升溫到600牌號(hào)時(shí)結(jié)瘤就出來了。另外，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間和較大的結(jié)瘤，生產(chǎn)普碳鋼的方式也顯得有點(diǎn)力不從心。

這種方式在實(shí)際使用中非常好，如果只生產(chǎn)1300牌號(hào)和800牌號(hào)，基本可以不停機(jī)磨輥，實(shí)際在生產(chǎn)1300牌號(hào)時(shí)，每三天左右就需磨輥一次，生產(chǎn)800牌號(hào)，每天2至3次磨輥，平均算下來，基本可以減少磨輥次數(shù)為每?jī)商煲淮危看文ポ伒膿p失約5000至6000元，按5000元計(jì)算，每年可節(jié)約成本約60萬元，提高產(chǎn)量約1萬噸。

這種方案可以說是世界首創(chuàng)！

5總結(jié)

5.1 結(jié)瘤是硅鋼退火生產(chǎn)中必然會(huì)產(chǎn)生的缺陷，是硅鋼退火生產(chǎn)中世界性問題。

5.2 原料上我們無法控制，包括成份和軋制工藝，我們只能在現(xiàn)有原料的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)工藝控制，尋找更適應(yīng)原料的生產(chǎn)方法，努力延長(zhǎng)結(jié)瘤的產(chǎn)生。

5.3 加強(qiáng)脫脂能力，磁過濾裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，保障硅鋼表面的清潔，以減少結(jié)瘤的產(chǎn)生。

5.4 生產(chǎn)過程中將一部分爐輥處于磨輥狀態(tài)，減緩結(jié)瘤的長(zhǎng)大，延長(zhǎng)單次生產(chǎn)時(shí)間。

5.5 工藝控制上，按照硅鋼的特點(diǎn)和結(jié)瘤理論，制定適合本機(jī)組的工藝控制方案，并嚴(yán)格實(shí)施，如爐內(nèi)氣氛控制，無氧化爐溫度控制，氫氣使用量控制，控制升溫速度等。

5.6 合理安排生產(chǎn)，充分利用普碳鋼生產(chǎn)時(shí)溫度稍低的特點(diǎn)，在結(jié)瘤未長(zhǎng)大時(shí)生產(chǎn)一部分普碳鋼，壓制結(jié)瘤的長(zhǎng)大。

5.7 在不得已必須要磨輥時(shí)，盡量降低爐內(nèi)溫度，提高磨輥的效果。

5.8 從成本和質(zhì)量?jī)煞矫嫫胶饪紤]，在容易結(jié)瘤的爐輥上使用碳套輥，而不容易結(jié)瘤的爐輥上使用陶瓷輥。

參考文獻(xiàn)：

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