無(wú)脫脂工序單張冷軋板表面質(zhì)量改善的主要途徑

李治強(qiáng)，楊鳳毛，王雙欣

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠，山西 太原 030003）

單張冷軋板生產(chǎn)工藝，與連續(xù)軋制機(jī)組相比，雖然工藝已經(jīng)相對(duì)落后，但在實(shí)踐中，依然有不少加工車(chē)間在正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，主要生產(chǎn)小批量、特殊品種冷軋板。如太鋼冷軋硅鋼廠冷板系統(tǒng)，投產(chǎn)于20世紀(jì)60年代，以具有4 000 t軋制力的2300軋機(jī)為代表，主要以生產(chǎn)高強(qiáng)度寬幅軍工鋼和特殊零部件用合金鋼、碳鋼為主，年產(chǎn)量約3萬(wàn)t。厚度范圍1.5~10.0 mm，寬度范圍1 000~2 000 mm，長(zhǎng)度范圍1 500~6 000 mm。在市場(chǎng)上主要用于機(jī)械零部件和工程結(jié)構(gòu)件沖壓、制造。受原有落后工藝限制，軋后沒(méi)有堿洗脫脂工序，冷軋后直接裝爐退火，多種原因?qū)е庐a(chǎn)品表面質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間處于落后水平，與市場(chǎng)上的連軋冷板表面相去甚遠(yuǎn)。這一缺陷嚴(yán)重制約其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，一定程度上影響了合同量和客戶(hù)群。再加上加工成本高于連軋冷板的因素，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力逐漸消退，嚴(yán)重影響總合同量和產(chǎn)能的發(fā)揮。為徹底改變這一被動(dòng)現(xiàn)狀，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)整理分析，一方面從最直觀的管理問(wèn)題入手，建立高標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)嚴(yán)管理，在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上做到表面質(zhì)量最優(yōu)化；另一方面通過(guò)不斷大膽嘗試設(shè)備改進(jìn)和工藝優(yōu)化，全流程各工序共同發(fā)力，最終取得最佳效果。

1 基本工藝流程及設(shè)備介紹

單張冷軋板生產(chǎn)工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，除去特殊品種工藝流程復(fù)雜以外，其余品種主要包括熱卷開(kāi)平、單張酸洗、單張可逆軋制、罩式爐退火、精整涂油包裝（如圖1所示）。

主要設(shè)備組成包括寬度1 400 mm矯直開(kāi)平線一條、槽式酸洗線一條、2300四輥可逆冷軋機(jī)一臺(tái)、裝爐量80 t的電罩爐12座、十三輥矯直機(jī)2500剪機(jī)組成的精整剪切涂油包裝線一條。

圖1 太鋼冷軋硅鋼廠冷板系統(tǒng)工藝流程

2 改善前表面質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1 冷軋板表面質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 13237—2013《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋鋼板和鋼帶》，表面質(zhì)量等級(jí)主要分為較高級(jí)別表面、高級(jí)別表面和超高級(jí)表面。并對(duì)相應(yīng)判斷特征進(jìn)行了表述（如表1所示）。

表1 GB/T 13237—2013表面等級(jí)特征

2.2 改善前太鋼單張冷軋板表面質(zhì)量水平

改善前，單張冷軋板成品表面質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，僅有較高級(jí)表面、高級(jí)表面兩類(lèi)，且實(shí)際質(zhì)量水平保持在較高級(jí)表面，甚至達(dá)不到較高級(jí)別表面，為便于檢驗(yàn)判定，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)又將較高級(jí)表面分為一級(jí)和二級(jí)表面。以2016年—2017年質(zhì)檢記錄為例，較高級(jí)表面中二級(jí)表面占比43.84%，一級(jí)表面占比52.66%，內(nèi)部命名為Ⅱ組表面（高級(jí)表面在舊版標(biāo)準(zhǔn)中的表述）的占比不足5%。主要缺陷特征包括表面氧化色（藍(lán)色或棕色）、殘留乳化液印記、油污壓坑、輥印、粘接點(diǎn)、酸洗麻點(diǎn)色差及砂眼劃傷等。

2.3 主要影響因素分析

針對(duì)每一類(lèi)表面缺陷，全面分析所有工序的可能因素，在生產(chǎn)中以周為單位，采取控制單一變量法進(jìn)行試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，分別查找到了關(guān)鍵影響因素。

2.3.1 表面氧化色、黏接點(diǎn)及砂眼

通過(guò)多次裝爐試驗(yàn)，最終確定表面氧化色、黏接點(diǎn)及砂眼問(wèn)題的原因主要集中在電罩爐退火工序。氧化色一方面冷軋后短時(shí)間內(nèi)裝爐易導(dǎo)致表面氧化色。分析根本原因在于冷軋后鋼板表面殘留水份未揮發(fā)干凈（肉眼看不到），裝爐后高溫下?tīng)t內(nèi)水汽與鋼板表面發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致氧化色產(chǎn)生。另一方面在熱處理過(guò)程中氮?dú)獗Ｗo(hù)不到位或爐子密封不好，保護(hù)氣氛氮?dú)庵袇㈦s氧氣導(dǎo)致氧化。第三是鋼板實(shí)際出爐溫度高于230℃時(shí)，鋼板接觸到空氣中大量氧氣導(dǎo)致表面氧化；黏接點(diǎn)的產(chǎn)生因素主要包括單垛裝爐量過(guò)大、鋼板層間夾雜異物、熱處理工藝溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)幾個(gè)因素；砂眼主要是熱處理裝爐扣內(nèi)罩操作中不慎將密封砂吹起飛入鋼板層間，高溫后鋼板緊密接觸擠壓導(dǎo)致。

2.3.2 殘留乳化液印記、油污壓坑

針對(duì)冷板長(zhǎng)期存在的表面殘留乳化液印記、油污壓坑缺陷，多方試驗(yàn)證明主要問(wèn)題在于軋機(jī)軋制過(guò)程。乳化液是軋制油和除鹽水的混合物，作為軋制潤(rùn)滑劑，具有潤(rùn)滑、清洗和防銹等功能。軋制中一味追求最小軋制壓力而刻意將乳化液流量調(diào)大是直接原因；乳化液濃度高于2.0%時(shí)，雖然潤(rùn)滑效果較好，但軋后表面殘留白色印記，由于沒(méi)有堿洗脫脂工序，熱處理后此缺陷依然無(wú)法消除；油污壓坑是乳化液更換周期太長(zhǎng)，乳化液中殘留其他油污油泥過(guò)多，在軋制中壓入鋼板表面導(dǎo)致。

2.3.3 表面擦劃傷

軋后鋼板在輥道及皮帶運(yùn)輸、吸盤(pán)下料過(guò)程中，過(guò)鋼通道出現(xiàn)毛刺、結(jié)瘤或尖銳棱角；退火裝爐前要進(jìn)行并垛裝爐，如果由于吊運(yùn)不當(dāng)導(dǎo)致鋼板發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)批量性表面劃傷；精整機(jī)組由于每張鋼板要依次排開(kāi)經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)備，輥道和皮帶運(yùn)輸路線較長(zhǎng)，當(dāng)運(yùn)輸通道出現(xiàn)異?；虿僮髟?qū)е落摪逯丿B搭接，往往會(huì)造成較為嚴(yán)重的表面擦劃傷。

3 改善試驗(yàn)及關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)

在試驗(yàn)中，控制單一變量關(guān)鍵因素過(guò)程中，便開(kāi)始大膽思考改進(jìn)，打破以往設(shè)備現(xiàn)狀無(wú)法改變的限制，關(guān)于每一類(lèi)型的表面缺陷，有針對(duì)性的制定改進(jìn)方案和具體措施，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)驗(yàn)證其有效性。以硬件設(shè)備和工藝改進(jìn)為主，以強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管控的管理措施為輔，制訂了一些列改進(jìn)措施，明確職責(zé)分工快速執(zhí)行到位，并通過(guò)層層管理責(zé)任落實(shí)、每月評(píng)價(jià)閉環(huán)PDCA，各類(lèi)缺陷得到了顯著改善，尤其表面色澤一致程度達(dá)到了歷史最好水平，尤其薄規(guī)格1.5~4.0 mm冷板，鋼板表面整體色澤呈現(xiàn)光亮銀白色，無(wú)氧化、無(wú)色差、無(wú)缺陷。

3.1 解決表面氧化色、黏接點(diǎn)及砂眼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1.1 降低裝爐前鋼板潮濕程度

根據(jù)冷板表面氧化因素分析和裝爐試驗(yàn)，冷軋后放置24 h再裝爐產(chǎn)品，整體氧化程度遠(yuǎn)小于冷軋后直接裝爐產(chǎn)品，主要原因是放置時(shí)間較長(zhǎng)，鋼板軋后乳化液潮濕程度降低。為最大程度、最快速的降低軋后鋼板潮濕程度，不影響生產(chǎn)效率，將軋機(jī)成品道次乳化液噴淋量降低30%，保證表面基本潤(rùn)滑。軋后鋼板在軋機(jī)出口增加高壓吹掃風(fēng)刀，保證中間道次和成品道次鋼板表面無(wú)任何乳液殘留。軋后鋼板下料筐位置增加烘干風(fēng)機(jī)，24 h吹掃烘干鋼板垛，保證裝爐前鋼板潮濕程度降到最低。現(xiàn)場(chǎng)改善效果顯著。

3.1.2 提高裝爐后爐內(nèi)氧氣置換徹底程度

爐內(nèi)氮?dú)鈿夥罩脫Q氧氣徹底程度直接決定鋼板氧化程度。氧氣置換主要靠裝爐后升溫前的冷吹和升溫后的熱吹工序，單一延長(zhǎng)冷吹熱吹能夠降低氧氣含量，但無(wú)限延長(zhǎng)影響生產(chǎn)效率。因此，裝爐時(shí)在每垛鋼板之間額外放置一定數(shù)量的干燥木料，隨著爐內(nèi)溫度升高，木料首先開(kāi)始燃燒消耗氧氣，以此將爐內(nèi)氧氣徹底消耗干凈，從而保證氧氣置換徹底程度。另外，電罩爐內(nèi)罩和砂封密封性能必須得到保證。

3.1.3 精確熱處理工藝溫度控制

產(chǎn)生鋼板粘接的首要原因是熱處理退火過(guò)程中溫度超高，為防止操作人員失誤導(dǎo)致冒溫，在電器柜增設(shè)冒溫預(yù)警，針對(duì)可能出現(xiàn)冒溫現(xiàn)象提前報(bào)警，以此提醒操作人員，保證精準(zhǔn)控溫。另外，裝爐前務(wù)必認(rèn)真檢查鋼板垛，確認(rèn)鋼板中沒(méi)有墜落小型設(shè)備零件，杜絕局部壓強(qiáng)過(guò)大問(wèn)題。同時(shí)，嚴(yán)格控制出爐溫度，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出爐后鋼板溫度嚴(yán)格控制在200℃以下，避免因高溫接觸大量氧氣導(dǎo)致氧化。

3.2 解決殘留乳化液印記、油污壓坑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.2.1 乳化液噴淋系統(tǒng)管控

乳化液噴淋管路改造，主要目的是實(shí)現(xiàn)乳化液快速開(kāi)、停，流量大小隨時(shí)可調(diào)，能夠根據(jù)所軋鋼板規(guī)格及時(shí)調(diào)整流量、角度，確保潤(rùn)滑、清洗功能的同時(shí)，最大限度降低殘留。

3.2.2表面吹掃設(shè)備改進(jìn)

改進(jìn)吹掃管為高壓空氣風(fēng)刀，加大吹掃能力，同時(shí)成品道次結(jié)合降低乳化液流量和下料筐烘干風(fēng)機(jī)，保證表面殘留乳化液清理徹底。

3.2.3 乳化液循環(huán)系統(tǒng)改造

乳化液的純凈程度決定了軋制過(guò)程中表面是否產(chǎn)生油污壓坑，為實(shí)現(xiàn)乳化液純凈度最佳化，重新制作了一套循環(huán)系統(tǒng)，從噴淋、回收、過(guò)濾、沉淀、撇油清理、到循環(huán)利用，全程干凈可控，杜絕其他設(shè)備油污混入其中，并且做到及時(shí)清污和具備較大過(guò)濾能力。另外，乳液濃度持續(xù)控制在1.0%~1.5%，理論上比2.0%以上濃度潤(rùn)滑效果降低，但根據(jù)實(shí)際軋制壓力觀察，增加壓力不明顯，而且表面光潔效果良好。低濃度乳化液粘附在鋼板表面，經(jīng)過(guò)熱處理加熱后顏色變化不明顯，因此鈍化膜依然為銀白色。

3.3 解決表面擦劃傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

軋機(jī)精整過(guò)鋼通道及裝爐前管控。過(guò)鋼通道出現(xiàn)異常是產(chǎn)生批量劃傷的直接原因，因此每個(gè)班組在生產(chǎn)前、生產(chǎn)中、生產(chǎn)后都要時(shí)刻關(guān)注并及時(shí)檢查處理。同時(shí)裝爐前并垛和下料都有可能導(dǎo)致鋼板層間相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致的劃傷，就需要制定措施杜絕此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生。

4 改善效果

前后歷經(jīng)一年多的陸續(xù)改進(jìn)和強(qiáng)化管控，單張冷軋板表面徹底改變歷史面貌，擺脫了以往認(rèn)為是“太鋼碳鋼冷板防偽標(biāo)識(shí)”的各類(lèi)缺陷，表面外觀與連軋連退產(chǎn)品不相上下，尤其4.0 mm以下產(chǎn)品表面能夠達(dá)到Ⅱ組表面比例由2017年前不足5%，提升至45%左右。不論在現(xiàn)場(chǎng)還是在用戶(hù)中，表面質(zhì)量改善都得到了一致認(rèn)可。

表2 改善前后表面等級(jí)判定比例（整改時(shí)段為2017年底—2018年底） %

5 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)研究及實(shí)際改進(jìn)工作，證明無(wú)脫脂工序的單張冷軋板表面也可以保持在一個(gè)較高水平，雖然改進(jìn)途徑方法與連軋連退機(jī)組完全不同，但通過(guò)特定的方式方法，同樣可以將產(chǎn)品表面提升至連退水平。主要途徑比如：改進(jìn)設(shè)備減少乳化液殘留、加大吹掃和爐內(nèi)氣氛管控杜絕氧化、精準(zhǔn)控溫避免黏接、高標(biāo)準(zhǔn)管理生產(chǎn)過(guò)程杜絕表面擦劃傷等等。對(duì)于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)來(lái)講，質(zhì)量改善不僅需要理論支撐，更重要的的是改善措施、方法在現(xiàn)場(chǎng)的高標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)。未來(lái)，將繼續(xù)努力，力爭(zhēng)使太鋼單張冷軋板表面質(zhì)量達(dá)到更高水平。