熱軋碳鋼表面除鱗不凈缺陷控制研究

王 敏

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司熱連軋廠，山西 太原 030003）

0 引言

熱軋碳鋼是目前國內各大鋼廠生產的主要品種，熱軋過程中表面除鱗不凈是熱軋過程中經常發生的主要表面缺陷，如果軋制前未將爐生氧化鐵鱗和二次氧化鐵鱗去除，將造成鐵鱗壓入缺陷，下游用戶經過酸洗或拋丸后，會在其表面出現明顯凹坑，嚴重影響冷軋用戶冷軋板表面質量及直接涂裝用戶的涂裝效果。

1 除鱗不凈缺陷原因分析

1.1 缺陷產生原因分析

熱軋碳鋼在生產過程中生成的表面氧化鐵鱗主要有三種：在加熱爐內燒鋼生成的爐生氧化鐵鱗，也稱作一次氧化鐵鱗；在精軋前帶鋼表面氧化生成的二次氧化鐵鱗；在精軋及冷卻過程中生成的三次氧化鐵鱗。一次氧化鐵鱗通過初除磷設備經高壓水除鱗去除；二次氧化鐵鱗通過布置在粗軋機前后的高壓除鱗水和精軋機前的除鱗設備去除；三次氧化鐵鱗通過精軋區控軋控冷等來控制其厚度及與帶鋼基體的結合狀態，最后由下游用戶通過酸洗或拋丸等工序去除[1]。

熱軋碳鋼表面除鱗不凈缺陷，主要是由于軋制前除鱗設備未能去除一次氧化鐵鱗和二次氧化鐵鱗，軋制過程中氧化鐵鱗壓入帶鋼表面，形成條帶狀或零星點狀缺陷，其中一次氧化鐵鱗對帶鋼表面影響最大，會造成嚴重的鐵鱗壓入缺陷。

1.2 缺陷產生的影響因素

1.2.1 化學成分

很多文獻研究過氧化鐵鱗產生的原因，其中Fukagawa[2]等人分析了含硅鋼氧化鐵鱗的形成機制，指出含硅鋼中Fe2SiO4的釘扎作用導致了一次氧化鐵鱗難以除盡，進而造成除鱗不凈缺陷。現場生產過程中也發現Si 含量越高，越容易產生除鱗不凈缺陷。

1.2.2 除鱗設備狀態參數

雖然鋼板表面的除鱗效果受到板坯質量、燒鋼工藝、除鱗設備、除鱗工藝、軋鋼工藝等多方面的影響，但一般情況下板坯質量、燒鋼工藝、除鱗工藝和軋鋼工藝不會隨意變動。因此，除鱗設備成為重點控制因素，除鱗設備狀態參數設定直接影響除鱗效果的好壞。除鱗設備對除鱗效果的影響主要表現在三個方面，即除鱗水的打擊力、除鱗噴嘴的重疊量和除鱗水流量[3]。

除鱗噴嘴安裝示意圖如圖1 所示。圖1 中，H 為噴嘴到鋼帶表面的高度，E 為噴嘴安裝間距，W 和C為相鄰噴嘴打擊到鋼板表面的重疊量，B 為噴嘴打擊鋼板表面的寬度，L 為噴嘴打擊鋼板表面的橫向覆蓋寬度，α 為噴嘴的噴射角度，β 為噴嘴的入射角，γ 表示噴嘴的偏轉角。根據除鱗設備系統和除鱗噴嘴安裝示意圖，為更方便地研究這三個因素對除鱗效果的影響，特將其轉化為研究除鱗系統的水壓力、除鱗噴嘴的高度H 和除鱗速度。通過對轉化后3 個可調整參數的研究，得出除鱗設備參數對除鱗效果的影響。

圖1 除鱗噴嘴安裝示意圖

2 效果評價及控制措施

2.1 除鱗設備評價方法

傳統評價除鱗設備除鱗效果的方法是打鉛板，該方法只能簡單評價除鱗箱內噴嘴間重疊搭接情況，未能有效評價除鱗箱前后兩排水嘴在除鱗過程中前后互補情況及正常生產情況下除鱗設備的除鱗效果。

除鱗設備打涂料坯方法：選取1 塊冷卻的板坯，提前用裝修涂料對其上下表面進行噴涂，放置時間＞4 h，利用換輥時間將涂料坯吊到除鱗設備前輥道上，按正常輥道速度送到初除鱗箱內，依次打開1 號除鱗、2號除鱗、尾部除磷，再關閉1 號除鱗，將打過的涂料坯晾干，這時板坯表面將清晰顯示出除鱗效果的好壞，如圖2 所示。板坯頭部顯示1 號除鱗噴嘴的除鱗效果，中部顯示1 號和2 號除鱗噴嘴綜合作用的除鱗效果，尾部顯示2 號除鱗噴嘴的除鱗效果。該方法簡單、便于操作，能直觀反映出除鱗設備除鱗效果的好壞。

圖2 除鱗設備打涂料坯效果圖

2.2 化學成分的影響

為驗證Si 含量對碳鋼除鱗不凈缺陷的影響，選取T610L 大梁鋼作為對比分析對象，不同編號T610L大梁鋼的具體成分如表1 所示。

表1 不同Si 含量的T610L 成分

相同工藝及除鱗設備狀態下，試驗結果顯示，編號01 的鋼帶表面沒有除鱗不凈的缺陷，編號02 的鋼帶表面頭尾零星存在除鱗不凈的缺陷，編號03 的鋼帶表面出現條帶狀除鱗不凈的情況。上述試驗結果再次驗證了Si 含量對除鱗不凈缺陷的影響。

2.3 除鱗設備參數設定的影響

太鋼2250 線碳鋼Q235B 正常生產過程中，通過試驗調整除鱗設備參數驗證對除鱗效果的影響，除鱗設備參數調整情況如表2 所示。

表2 除鱗設備參數調整試驗數據

由于除鱗系統壓力固定、無法降低，僅對20 MPa高壓除鱗系統和35 MPa 超高壓系統進行除鱗效果對比，結果表明，兩者除鱗效果相同。其他文獻資料也表明，一般碳素鋼只需12～15 MPa 的高壓水，鎳鉻合金鋼等需要20 MPa 的高壓水，不銹鋼等特種鋼則需要23～25 MPa 的高壓水就可把鋼板表面氧化鐵鱗除盡[3]。

在高壓除鱗系統壓力20 MPa、除鱗速度采用1.3 m/min 條件下，當除鱗噴嘴高度降低到80 mm 時，碳鋼表面出現條帶狀除鱗不凈缺陷，除鱗噴嘴無法重疊；當除鱗噴嘴高度升高到150 mm 時，碳鋼表面出現星點狀除鱗不凈缺陷。雖然除鱗噴嘴重疊量增加，但打擊力下降，同樣不利于去除氧化鐵鱗。

在高壓除鱗系統壓力20 MPa、除鱗噴嘴高度110 mm 條件下，除鱗速度越低，除鱗效果越好，當除鱗速度達到1.7 m/min 時，碳鋼表面出現星點狀除鱗不凈缺陷，相當于單位時間內打擊到鋼板表面的水流量減少。

3 結論

1）創新性地采用除鱗設備打涂料坯的方式驗證除鱗設備除鱗效果的好壞，該方法簡單、便于操作，能更直觀地觀察反映出除鱗設備的狀態。同時與傳統的打鉛板方法配合，能更全面地評價除鱗設備。

2）煉鋼過程中，通過控制碳鋼板坯中w（Si），合理設計熱軋中的除鱗系統水壓力、除鱗噴嘴高度和除鱗速度，可有效解決熱軋碳鋼表面除鱗不凈問題。