酸軋帶鋼表面乳化液殘留的原因分析及改進

楊 騰 齊海峰 王業鈞 鮑常闖 蔡 清

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司）

0 引言

乳化液在冷軋軋制過程中起到潤滑和冷卻的作用，為保持軋后帶鋼表面的清潔，在最后一個機架的出口設有乳化液吹掃裝置，采用壓縮空氣吹掃去除帶鋼表面的乳化液［1-4］。如果吹掃不凈，帶鋼表面的殘留乳化液就會形成乳化液斑跡，影響其表面質量，嚴重的會導致帶鋼銹蝕［5］。

在某冷連軋機組生產過程中，帶鋼表面經常出現乳化液殘留，嚴重影響帶鋼的質量。筆者在對各種吹掃裝置進行分析的基礎上，對該機組的吹掃裝置進行了改進，最終解決了帶鋼表面乳化液殘留導致的銹蝕問題。

1 缺陷形貌特征及分析

某產線在生產窄規格（1 000～1 200 mm）時，帶鋼表面存在殘留水滴，重卷開卷后帶鋼表面存在乳化液殘留斑跡，已出現銹蝕情況。帶鋼上下表面均存在，呈不規則點狀。帶鋼表面帶水及銹蝕宏觀形貌如圖1 所示。

圖1 帶鋼表面帶水及銹蝕宏觀形貌

發生銹蝕的根本原因是，當金屬中存在雜質元素（Mn、Na、Ca），且存在電解質溶液時，形成原電池反應，活潑的金屬失去電子被氧化，這就是電化學反應，是鋼鐵腐蝕的主要原因。氯離子在溶液中呈現酸性，在充當電解質的同時，促進析氫反應。Mn 元素屬于活潑金屬，在電化學反應中容易失去電子，促進反應的進行。從電鏡中可判斷板面發黑部分發生了嚴重的銹蝕，并發現帶鋼表面附著大量的碳基氧化物。分析得出：在壓下率增加后，軋制區域溫度升高，導致帶鋼冷卻效果變差，軋制油在高溫下烤化吸附到帶鋼表面，與帶鋼產生電化學反應，形成含有大量碳基殘留物的銹蝕缺陷。銹蝕位置掃描電鏡和成分分布如圖2 所示。

圖2 銹蝕位置掃描電鏡和成分分布

帶鋼表面存在宏觀的殘留水滴，主要是軋機出口吹掃系統失效所引起的。

2 分析與改進措施

2.1 吹掃設備

在該酸軋軋機正常生產過程中，為減少帶鋼表面乳化液殘留，在軋機5 機架出口側設有吹掃系統。分為三大部分：邊部吹掃、康達氣簾、康達杯（吸盤），三部分相互協同控制帶鋼表面乳化液，如圖3、圖4 所示。

圖3 乳化液吹掃系統布置

圖4 康達噴嘴

隨著高端用戶越來越多，汽車外板對于表面質量的要求越來越高，結合西馬克軋機設計特點，重點對吹掃系統進行了改造。

2.2 問題分析

利用三維建模軟件建立了軋輥與軋件的模型。建立上防纏導板2 維模型及流場分析模擬圖，建立了多工況3 維流場分布數值模擬與分析，如圖5所示。

圖5 吹掃工藝氣流有限元模擬

通過系統模擬，并結合現場生產過程分析，主要問題包括：

（1）出口吹掃噴嘴壓力不足。軋機出口吹掃乳化液噴嘴用壓縮空氣，因用戶點分支點位集中，由于管路直徑的限制導致各用戶點壓力偏低，空氣管路內部銹蝕造成管路不同程度堵塞，最終造成各用戶點噴嘴壓力偏低。

（2）機架出口冷凝水滴落造成銹蝕。軋機出口吹掃裝置布置從空間結構上來看，均布置在軋機5架內工作輥出口側。在正常生產過程中，軋機內會產生大量的乳化液蒸汽煙霧，部分煙霧在軋機內鋼結構框架上冷凝，并滴落在帶鋼上，造成帶鋼銹蝕。

（3）吹掃噴嘴布局不合理。原設計4 個安裝在上防纏導板上用于吹掃帶鋼上表面乳化液的噴嘴，由于原設計邊部噴嘴間距較遠，同時噴嘴吹出氣體隨輻射范圍較大，其作用效果隨著距離越遠而大幅度減小，無法將帶鋼表面殘留的乳化液清除。

2.3 設備整改措施

對吹掃系統開展三維建模分析，并大規模進行數值計算并結合現場改進吹掃方案，如圖6 所示。

圖6 吹掃工藝改進方案流程

2.3.1 增加輔助吹掃噴梁

在不改變軋機出口相關設備的基礎之上，在軋機出口外部增加兩條吹掃噴梁，布局在軋機外側分別對帶鋼上下表面的殘留進行最終吹掃。

2.3.2 邊部吹掃系統結構優化

對原設計軋機邊部吹掃噴嘴在帶鋼表面吹掃進行模擬，發現：當生產超過1.6 m 寬幅帶鋼時，邊部存在吹掃盲區，同時由于兩噴嘴重疊區域較小，其風力隨著距離逐漸變小，距離噴嘴較遠區域形成盲區，最終造成多個盲區，效果與現場實際情況相符。邊部吹掃盲區模擬如圖7 所示。

圖7 邊部吹掃盲區模擬

對邊部吹掃框架結構進行改造，合理增加噴嘴數量，合理布置噴嘴距離和噴嘴角度，并根據以往產生銹蝕帶鋼的相關數據，結合噴嘴相關技術參數，保證在氣流與帶鋼的接觸區域里氣流的綜合吹掃效果最好，同時相鄰噴嘴之間相互彌補，保證重疊區域的風力，最終保證在生產出現銹蝕頻率最高的寬度時的吹掃效果。邊部吹掃改造效果模擬如圖8 所示。

圖8 邊部吹掃改造效果模擬

通過設備改造和乳化液壓力控制的優化，減少了帶鋼表面乳化液殘留，避免帶鋼銹蝕的出現。

2.3.3 優化支路管道提升吹掃壓力

機架出口共計6 個帶鋼吹掃用戶點，由現場壓縮空氣閥臺總管路分流5 根分支管路，每根支管路分別獨立供應用戶點，5 根分支管路接口集中聚集在管路終端，正常生產時，6 個用戶點同時使用壓縮空氣，用氣總量超過2 850 Nm3/h，用氣量偏大，導致五條分支路管路壓縮空氣壓力偏低，吹掃噴嘴吹掃力下降，吹掃效果不佳。通過管路路徑改造，在不改變主管路直徑的情況下，將5 根分支管路并入主管路接口位置分開，合理布置管路接口，防止用氣部位集中導致用氣供應不足。支路用戶點管道改造前后如圖9 所示。

圖9 支路用戶點管道改造

由于帶鋼輥縫吹掃管路過濾器濾芯相對于其他管路濾芯更容易堵塞，該支路位于閥臺最低點且最低處無排污閥門，造成系統內雜質在此處堆積，從而堵塞濾芯。在主管路終點增加排污口，定期對主管路排污，防止臟污、鐵粉等進入分支管路堵塞噴嘴。乳化液吹掃系統管道改造前后壓力對比見表1。

表1 乳化液吹掃系統管道改造前后壓力對比

2.3.4 優化5 機架分區冷卻邊部噴嘴補償

5 機架多區冷卻邊部噴嘴根據寬度和厚度不同分檔調控，實現帶鋼邊部噴嘴補償自動化控制。當帶鋼寬度＞1 170 mm 時，軋機速度＜400 mpm，邊部噴嘴補償為0；軋機速度＞400 mpm，邊部噴嘴補償+2。當帶鋼寬度＜1170 mm 時，邊部噴嘴補償-2。

3 結語

針對生產過程中帶鋼表面帶水情況進行分析，通過建立5 機架吹掃模型分析吹掃盲區，認為乳化液帶水是由于空氣吹掃壓力低、存在局部壓力低點導致。

采取管道優化以提升各用戶點吹掃壓力，優化邊部吹掃噴嘴分布與個數，增加上下表面噴梁，優化分區冷卻邊部噴嘴補償等措施，避免帶鋼表面帶水情況的發生，提升了產品質量。