無脫脂工序單張冷軋板表面質量改善的主要途徑

李治強，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）

單張冷軋板生產工藝，與連續軋制機組相比，雖然工藝已經相對落后，但在實踐中，依然有不少加工車間在正常生產運營，主要生產小批量、特殊品種冷軋板。如太鋼冷軋硅鋼廠冷板系統，投產于20世紀60年代，以具有4 000 t軋制力的2300軋機為代表，主要以生產高強度寬幅軍工鋼和特殊零部件用合金鋼、碳鋼為主，年產量約3萬t。厚度范圍1.5~10.0 mm，寬度范圍1 000~2 000 mm，長度范圍1 500~6 000 mm。在市場上主要用于機械零部件和工程結構件沖壓、制造。受原有落后工藝限制，軋后沒有堿洗脫脂工序，冷軋后直接裝爐退火，多種原因導致產品表面質量長時間處于落后水平，與市場上的連軋冷板表面相去甚遠。這一缺陷嚴重制約其產品的市場競爭力，一定程度上影響了合同量和客戶群。再加上加工成本高于連軋冷板的因素，市場競爭力逐漸消退，嚴重影響總合同量和產能的發揮。為徹底改變這一被動現狀，從現場實際出發，進行了大量的數據整理分析，一方面從最直觀的管理問題入手，建立高標準、推進嚴管理，在現有硬件基礎上做到表面質量最優化；另一方面通過不斷大膽嘗試設備改進和工藝優化，全流程各工序共同發力，最終取得最佳效果。

1 基本工藝流程及設備介紹

單張冷軋板生產工藝流程相對簡單，除去特殊品種工藝流程復雜以外，其余品種主要包括熱卷開平、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）。

主要設備組成包括寬度1 400 mm矯直開平線一條、槽式酸洗線一條、2300四輥可逆冷軋機一臺、裝爐量80 t的電罩爐12座、十三輥矯直機2500剪機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工藝流程

2 改善前表面質量現狀

2.1 冷軋板表面質量判定標準

根據GB/T 13237—2013《優質碳素結構鋼冷軋鋼板和鋼帶》，表面質量等級主要分為較高級別表面、高級別表面和超高級表面。并對相應判斷特征進行了表述（如表1所示）。

表1 GB/T 13237—2013表面等級特征

2.2 改善前太鋼單張冷軋板表面質量水平

改善前，單張冷軋板成品表面質量檢驗標準中，僅有較高級表面、高級表面兩類，且實際質量水平保持在較高級表面，甚至達不到較高級別表面，為便于檢驗判定，內部標準又將較高級表面分為一級和二級表面。以2016年—2017年質檢記錄為例，較高級表面中二級表面占比43.84%，一級表面占比52.66%，內部命名為Ⅱ組表面（高級表面在舊版標準中的表述）的占比不足5%。主要缺陷特征包括表面氧化色（藍色或棕色）、殘留乳化液印記、油污壓坑、輥印、粘接點、酸洗麻點色差及砂眼劃傷等。

2.3 主要影響因素分析

針對每一類表面缺陷，全面分析所有工序的可能因素，在生產中以周為單位，采取控制單一變量法進行試驗統計，分別查找到了關鍵影響因素。

2.3.1 表面氧化色、黏接點及砂眼

通過多次裝爐試驗，最終確定表面氧化色、黏接點及砂眼問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間內裝爐易導致表面氧化色。分析根本原因在于冷軋后鋼板表面殘留水份未揮發干凈（肉眼看不到），裝爐后高溫下爐內水汽與鋼板表面發生氧化反應導致氧化色產生。另一方面在熱處理過程中氮氣保護不到位或爐子密封不好，保護氣氛氮氣中參雜氧氣導致氧化。第三是鋼板實際出爐溫度高于230℃時，鋼板接觸到空氣中大量氧氣導致表面氧化；黏接點的產生因素主要包括單垛裝爐量過大、鋼板層間夾雜異物、熱處理工藝溫度過高或保溫時間過長幾個因素；砂眼主要是熱處理裝爐扣內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致。

2.3.2 殘留乳化液印記、油污壓坑

針對冷板長期存在的表面殘留乳化液印記、油污壓坑缺陷，多方試驗證明主要問題在于軋機軋制過程。乳化液是軋制油和除鹽水的混合物，作為軋制潤滑劑，具有潤滑、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大是直接原因；乳化液濃度高于2.0%時，雖然潤滑效果較好，但軋后表面殘留白色印記，由于沒有堿洗脫脂工序，熱處理后此缺陷依然無法消除；油污壓坑是乳化液更換周期太長，乳化液中殘留其他油污油泥過多，在軋制中壓入鋼板表面導致。

2.3.3 表面擦劃傷

軋后鋼板在輥道及皮帶運輸、吸盤下料過程中，過鋼通道出現毛刺、結瘤或尖銳棱角；退火裝爐前要進行并垛裝爐，如果由于吊運不當導致鋼板發生相對滑動也會出現批量性表面劃傷；精整機組由于每張鋼板要依次排開經過多個設備，輥道和皮帶運輸路線較長，當運輸通道出現異常或操作原因導致鋼板重疊搭接，往往會造成較為嚴重的表面擦劃傷。

3 改善試驗及關鍵管控環節

在試驗中，控制單一變量關鍵因素過程中，便開始大膽思考改進，打破以往設備現狀無法改變的限制，關于每一類型的表面缺陷，有針對性的制定改進方案和具體措施，并經過長時間生產驗證其有效性。以硬件設備和工藝改進為主，以強化現場管控的管理措施為輔，制訂了一些列改進措施，明確職責分工快速執行到位，并通過層層管理責任落實、每月評價閉環PDCA，各類缺陷得到了顯著改善，尤其表面色澤一致程度達到了歷史最好水平，尤其薄規格1.5~4.0 mm冷板，鋼板表面整體色澤呈現光亮銀白色，無氧化、無色差、無缺陷。

3.1 解決表面氧化色、黏接點及砂眼的關鍵環節

3.1.1 降低裝爐前鋼板潮濕程度

根據冷板表面氧化因素分析和裝爐試驗，冷軋后放置24 h再裝爐產品，整體氧化程度遠小于冷軋后直接裝爐產品，主要原因是放置時間較長，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，不影響生產效率，將軋機成品道次乳化液噴淋量降低30%，保證表面基本潤滑。軋后鋼板在軋機出口增加高壓吹掃風刀，保證中間道次和成品道次鋼板表面無任何乳液殘留。軋后鋼板下料筐位置增加烘干風機，24 h吹掃烘干鋼板垛，保證裝爐前鋼板潮濕程度降到最低。現場改善效果顯著。

3.1.2 提高裝爐后爐內氧氣置換徹底程度

爐內氮氣氣氛置換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，單一延長冷吹熱吹能夠降低氧氣含量，但無限延長影響生產效率。因此，裝爐時在每垛鋼板之間額外放置一定數量的干燥木料，隨著爐內溫度升高，木料首先開始燃燒消耗氧氣，以此將爐內氧氣徹底消耗干凈，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

產生鋼板粘接的首要原因是熱處理退火過程中溫度超高，為防止操作人員失誤導致冒溫，在電器柜增設冒溫預警，針對可能出現冒溫現象提前報警，以此提醒操作人員，保證精準控溫。另外，裝爐前務必認真檢查鋼板垛，確認鋼板中沒有墜落小型設備零件，杜絕局部壓強過大問題。同時，嚴格控制出爐溫度，根據大量實驗結果，出爐后鋼板溫度嚴格控制在200℃以下，避免因高溫接觸大量氧氣導致氧化。

3.2 解決殘留乳化液印記、油污壓坑的關鍵環節

3.2.1 乳化液噴淋系統管控

乳化液噴淋管路改造，主要目的是實現乳化液快速開、停，流量大小隨時可調，能夠根據所軋鋼板規格及時調整流量、角度，確保潤滑、清洗功能的同時，最大限度降低殘留。

3.2.2表面吹掃設備改進

改進吹掃管為高壓空氣風刀，加大吹掃能力，同時成品道次結合降低乳化液流量和下料筐烘干風機，保證表面殘留乳化液清理徹底。

3.2.3 乳化液循環系統改造

乳化液的純凈程度決定了軋制過程中表面是否產生油污壓坑，為實現乳化液純凈度最佳化，重新制作了一套循環系統，從噴淋、回收、過濾、沉淀、撇油清理、到循環利用，全程干凈可控，杜絕其他設備油污混入其中，并且做到及時清污和具備較大過濾能力。另外，乳液濃度持續控制在1.0%~1.5%，理論上比2.0%以上濃度潤滑效果降低，但根據實際軋制壓力觀察，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，經過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鍵環節

軋機精整過鋼通道及裝爐前管控。過鋼通道出現異常是產生批量劃傷的直接原因，因此每個班組在生產前、生產中、生產后都要時刻關注并及時檢查處理。同時裝爐前并垛和下料都有可能導致鋼板層間相對滑動導致的劃傷，就需要制定措施杜絕此類問題發生。

4 改善效果

前后歷經一年多的陸續改進和強化管控，單張冷軋板表面徹底改變歷史面貌，擺脫了以往認為是“太鋼碳鋼冷板防偽標識”的各類缺陷，表面外觀與連軋連退產品不相上下，尤其4.0 mm以下產品表面能夠達到Ⅱ組表面比例由2017年前不足5%，提升至45%左右。不論在現場還是在用戶中，表面質量改善都得到了一致認可。

表2 改善前后表面等級判定比例（整改時段為2017年底—2018年底） %

5 結論

通過以上試驗研究及實際改進工作，證明無脫脂工序的單張冷軋板表面也可以保持在一個較高水平，雖然改進途徑方法與連軋連退機組完全不同，但通過特定的方式方法，同樣可以將產品表面提升至連退水平。主要途徑比如：改進設備減少乳化液殘留、加大吹掃和爐內氣氛管控杜絕氧化、精準控溫避免黏接、高標準管理生產過程杜絕表面擦劃傷等等。對于工業企業生產來講，質量改善不僅需要理論支撐，更重要的的是改善措施、方法在現場的高標準落實。未來，將繼續努力，力爭使太鋼單張冷軋板表面質量達到更高水平。