平整機工作輥拋丸毛化技術在鍍錫類產品上的應用

滕瑞沖， 吳 旭， 王學謙， 李 虎， 魏學東

（河鋼集團衡水板業有限公司， 河北 衡水 053400）

衡水板業公司是一家生產高檔包裝用鍍錫板、食品、化工、DR 材等高附加值產品的深加工企業。主要生產設備有2 臺1250 軋機，1 條連續退火機組、1 條罩式退火機組、1 條脫脂線、1 條雙機架平整機組、2臺拉矯機、1 條鍍錫線、1 臺軋輥拋丸毛化機及相應的磨床等[1]。受鍍錫類產品表面特殊要求的影響，平整機組采用毛化后的工作輥進行帶鋼的平整，從而達到改變帶鋼表面粗糙度的目的。鍍錫板生產根據客戶不同需求，將其表面分為B 面（光亮）、R 面（粗糙）、M面（無光），板面調整主要通過使用不同粗糙度的軋輥來實現，目前軋輥毛化是改變軋輥粗糙度的主要方式。軋輥毛化技術常用的有：拋丸毛化（SBT）、激光毛化（LT）、電子束毛化（EBT）、電火花毛化（EDT）[2]。激光毛化、電火花毛化設備復雜、維護使用成本較高，為節約投資及維護成本，拋丸毛化成為冷軋中小企業的首選。

衡水板業公司將噴丸毛化后軋輥應用在平整機上以來，平整工序頻繁出現線狀軟點輥傷、毛化不良、色差等缺陷問題。由于初期公司多生產化工類、氣霧類產品，該類缺陷對于產品影響較小，后公司開發食品類鍍錫板，此類缺陷對于產品表面影響很大，造成客戶頻繁投訴、抱怨甚至降級判廢，在高端產品上的應用上受到嚴重影響。為了降低此類缺陷發生率，在平整機工序中采用返工重平或者頻繁更換工作輥的方式來解決。2020 年該類缺陷造成平整機單月返工率最高達12.8%，同時造成降級品量持續升高，輥耗升高，并對產品質量帶來影響。為解決平整機此類缺陷，衡水板業公司事業部成立平整機毛化工藝攻關小組，分析該缺陷產生原因并進行針對性治理，將平整板面表面缺陷重平率控制在6.7%以內，大大減少了降級品的出現。

1 表面缺陷分類及產生原因分析

想要解決表面缺陷問題，首先要了解表面缺陷產生的原因，并采取解決缺陷的措施。

1.1 表面缺陷分類

平整機工序在生產鍍錫類產品時，控制表面質量是平整機生產過程中的難點，通過雙機架平整后，表面缺陷主要集中在線狀軟點輥傷、毛化不良色差、橫折紋、屈服紋等缺陷。其中線狀軟點輥傷、毛化不良色差缺陷成為制約平整機質量的關鍵因素。

圖1 為平整機輥傷缺陷，該缺陷在帶鋼表面體現為沿軋制方向呈線狀軟點、塊狀、條狀突起或凹陷進去的有間隔的輥傷，且具有固定周期的缺陷。

圖1 平整機輥傷缺陷

圖2 為平整機色差缺陷，該缺陷主要體現為視覺上的差異，整個板面由于毛化粗糙度的差異，導致在視覺上形成明暗條紋。

圖2 平整機色差缺陷

1.2 造成表面缺陷原因及治理重要性

1.2.1 輥傷缺陷形成原因

平整機輥傷產生原因主要分為兩類：一類為軋輥本身缺陷造成，包括軋輥裂紋、爆輥、軋輥磨削缺陷、撞傷等，此類缺陷一般通過表面檢查可發現，更換軋輥后缺陷消失；第二類是由于外界因素造成，包括異物帶入硌傷軋輥、勒輥操作不當、工藝不合理劃傷軋輥等。而線狀軟點缺陷就是因為異物帶入軋輥形成，工作輥在拋丸設備中進行毛化時，由于丸料及破碎的丸料粉末飛濺，極易在軋輥表面凹坑及輥脖處殘存，這些異物會隨毛化輥帶入平整機機架內，造成污染，從而易引起線狀軟點輥傷。

1.2.2 色差缺陷形成原因

色差缺陷主要是由于軋輥表面粗糙度的不同，在視覺上造成差異而形成的。平整機工作輥使用時間過長，輥子局部磨損過大，也會造成表面接觸力大小不同，產生色差。毛化不良是色差缺陷的一種，主要原因是毛化衰減的速度不同而導致色差缺陷的產生。

1.2.3 表面缺陷治理的重要性

為了解決平整機線狀軟點、色差、毛化不良等缺陷，必須對產生缺陷的原因進行綜合的治理，而上述缺陷都與軋輥毛化過程有十分密切的關系。因此如何提高毛化質量，以及規范毛化生產工藝是控制該類缺陷產生的關鍵點，而為了進一步提高毛化控制精度，就需要對毛化工藝進行研究及改進。

2 平整機工作輥拋丸毛化原理

拋丸毛化機主要由料倉、斗式提升機、拋丸機、振動篩、拋丸室、風機、軋輥運送車、除塵系統等組成。

拋丸毛化原理：利用高速旋轉的拋丸器，將高硬度鋼砂經過拋丸器離心加速，按預定的程序加速到設定的速度，拋射到軋輥表面上，在軋輥表面上產生無數無序且有一定粗糙度的強化砂面[3]。鋼砂強烈高速地沖擊軋輥表面，使軋輥表面形成冷作硬化，淬火層更加致密。

衡水板業公司毛化設備采用拋丸毛化，實現產品毛化的機組為雙機架平整機組的第二機架，雙機架平整機組生產二次冷軋產品時，第一機架工作輥為光輥，第二機架工作輥為毛化輥，通過調整第二機架工作輥表面粗糙度，來得到客戶所需的產品表面。目前市場上流通的產品表面粗糙度要求基本以R1 表面為主，粗糙度要求在0.35～0.65 μm 之間。

3 拋丸毛化的關鍵控制點

衡量軋輥拋丸毛化質量的指標參數有粗糙度（Ra）大小、峰值數（RPc）大小以及其均勻性等。表面粗糙度Ra是指在取樣長度內粗糙度輪廓偏距絕對值的算術平均值（單位為μm），峰值數RPc是指粗糙度輪廓中單位長度內峰的個數。

3.1 拋丸料粒徑的影響及控制

拋丸毛化時，丸料的選取直接決定了毛化效果。丸料過大，影響毛化產品表面的峰值密度；丸料過小，影響毛化產品表面粗糙度。毛化丸料經過反復試驗后選取兩種規格，即直徑0.7 mm 的圓形丸料和直徑0.3 mm的多邊形丸料，并分儲在1 號和2 號兩個料倉。由于丸料在軋輥拋丸毛化過程中易破碎，會造成丸料尺寸的變化，影響毛化質量，所以應對丸料料倉進行控制。兩個料倉在運行過程中，經分子篩進行自動篩選，直徑0.7 mm 規格的丸料破碎后，經篩選出的＜0.5 mm規格的丸料自動流入2 號料倉繼續使用，直徑0.3 mm規格的丸料破碎后，直徑低于0.2 mm 規格的丸料經篩選自動進入報廢倉儲。

1 號料倉以0.7 mm 丸料為主，如表1 所示，共分三個等級，各等級丸料占比控制在1∶8∶1。

表1 1 號料倉丸料配比工藝

2 號料倉以0.3 mm 丸料為主，如表2 所示，共分三個等級，各等級丸料占比控制在1∶8∶1。

表2 2 號料倉丸料配比工藝

控制各丸料占比波動范圍不得超過5%。每日從兩個料倉取樣，通過實驗室不同粒度的小型篩子進行分篩，而后稱重，確保各料倉丸料占比在要求范圍內，若超出標準，則需置換或添加新丸料。兩個料倉的毛化料情況如表3 所示。

表3 毛化料情況

3.2 拋丸毛化工藝技術研究

拋丸毛化工藝通過采用0.7 mm 和0.3 mm 的兩種粒徑丸料共同作用，得到所需的毛化輥表面粗糙度大粒徑的0.7 mm 規格丸料，再通過拋丸器離心加速，將丸料拋射到軋輥表面形成無數無序的“深坑”，以滿足毛化輥粗糙度的指標要求。但尖峰太高，實為“偽峰”，易于剝落，影響帶鋼表面粗糙度，且加快了毛化輥輥面粗糙度的衰減，剝落的鐵屑在平整機架內又會形成二次污染，易引起輥傷、色差和亮線等產品質量缺陷。因此，在0.7 mm 規格丸料毛化后，再用0.3 mm規格丸料進行毛化去峰，在原有的“深坑”中在添加小坑用以去峰的同時，增加峰值密度，提高RPc值。

3.3 拋丸丸料殘留的影響及控制

針對拋丸丸料殘留問題，衡水板業公司對設備進行了三方面優化改進：增加壓縮空氣吹掃，對毛化輥可能會殘留異物的地方進行空氣壓力吹掃；增上毛刷輥，在毛化輥毛化軌道下方增添毛刷輥，以使毛化輥在旋轉時，靠自重與毛刷輥接觸，來清除軋輥表面殘留的異物；增設吸塵設備，毛化輥毛化結束運出后，通過吸塵設備對軋輥輥身及輥脖處進行異物的吸附清理。

通過以上設備優化改進，從根源上抑制了毛化輥自身攜帶的異物對平整毛化生產的影響。清理后對毛化輥再進行涂油防銹處理，加蓋塑料薄膜，防止毛化輥在運輸、長時間放置時的二次污染，實現了毛化工藝的清潔化生產[4]。

4 拋丸毛化軋輥復制率及軋制里程技術研究分析

平整機組生產鍍錫類產品時，第二機架實現毛化，在平整延伸率工藝參數及毛化輥粗糙度等一定的前提下，第二機架的壓力對平整毛化時的產品表面粗糙度復制率影響最大，在保證板型的基礎上，經實踐數據統計分析，S2 壓力在350～400 t 時，可實現平整后產品表面粗糙度落點在0.4～0.6 μm 之間[5]。

在平整毛化的生產中，由于毛化輥輥面經過一定的過鋼量后，會出現一定程度的衰減，在理論上可衰減為光輥，影響產品表面粗糙度，所以需對毛化輥的衰減程度進行摸底研究。實驗采用3 對表面粗糙度落點在0.9 μm 左右的平整毛化輥，分為A、B、C 三組進行上機生產，S2 壓力在350～400 t 之間，每生產一卷帶鋼，在尾部取樣檢測帶鋼表面粗糙度值，直至取樣鐵表面粗糙度＜0.4 μm 控制范圍。

A 組試驗生產完18 卷帶鋼，平整毛化公里數為170 km 左右時，第18 卷帶鋼表面粗糙度落點為0.38 μm，低于標準范圍。

B 組試驗生產完17 卷帶鋼，平整毛化公里數為160 km 左右時，第17 卷帶鋼表面粗糙度落點為0.37 μm，低于標準范圍。

C 組試驗生產完18 卷帶鋼，平整毛化公里數為170 km 左右時，第18 卷帶鋼表面粗糙度落點為0.37 μm，低于標準范圍。

通過以上數據分析，最終得出粗糙度為0.8～1.0 μm毛化輥在平整工藝參數一定的前提下，生產鍍錫類產品時的有效公里數在160 km 左右，為提高產品表面粗糙度的安全系數，最終規定有效公里數為150 km，從而實現最終產品表面粗糙度的可控性。

5 拋丸毛化工藝優化效果

工藝優化后，隨機抽取3 卷檢測粗糙度，編號為試樣1、試樣2、試樣3，驗證粗糙度落點及正反面和卷與卷之間粗糙度差異。經檢測，衡水板業公司生產的鍍錫類產品粗糙度落點在0.4～0.6 μm，具體粗糙度數據如表4 所示。

表4 試樣正反面粗糙度參數

將取樣與其他廠家對比，在20 倍顯微鏡下觀察，衡水板業公司生產的鍍錫類產品經毛化后，基本掩蓋住了軋制紋路。圖3 為市場上流通的某廠家R1 表面；圖4 為衡水板業公司R1 表面。

圖3 市場上流通的某廠家R1 表面

圖4 衡水板業公司R1 表面

取樣在高倍顯微鏡下檢測衡水板業公司生產R1表面產品（放大100 倍），毛化后表面峰值密度RPc落點在516.76 μm 長度上共有11 尖峰，如圖5 所示。根據RPc定義，折合到1 cm 長度上，RPc為213 個，達到了RPc為（210±30）個/cm 的預期目標。

圖5 R1 表面產品（放大100 倍）毛化后表面

6 結論

1）對毛化工藝、清潔化生產、軋制里程規范等方面進行探究，達到了控制平整板面缺陷的目的。

2）研究直徑0.7 mm 丸料跟直徑0.3 mm 丸料的配合使用對增加峰值密度的重要作用，實現了毛化衰減控制，減少了毛化不良造成的色差缺陷。

3）在軋輥毛化過程中，采取壓縮空氣吹掃、毛刷輥、負壓除塵等清潔化生產方式，減少了軋輥的污染，從而預防軋輥上攜帶的鋼砂等異物帶入機架，避免造成輥傷。

4）規范軋輥的使用周期，防止因軋輥超期使用造成的軋輥毛化衰減，從而減少由此造成的色差缺陷。

5）噴丸毛化過程中的污染是造成表面輥傷缺陷的主要原因，而毛化的均勻性以及毛化的峰值密度均勻性是造成板面色差的關鍵點，因此通過清潔化生產以及毛化工藝上的改善，大大降低了該類缺陷的產生，使平整機工序的返工率以及降級品率大大降低。