冷軋帶鋼表面劃傷問(wèn)題分析及改進(jìn)措施

趙凱利，靳永昌

（南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司，江蘇 南京 211100）

引言

冷軋鋼板表面質(zhì)量的好壞是評(píng)價(jià)軋機(jī)設(shè)備、軋制工藝以及軋制液應(yīng)用水平高低的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。但實(shí)際上，冷軋鋼板在軋制后表面通常都會(huì)出現(xiàn)部分缺陷，如黑斑［1］、橫折紋［2］、銹蝕［3］、劃傷［4］、白斑［5］、翹皮［6］等。導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)缺陷的原因很多，如來(lái)料熱軋板原有的表面缺陷（板中含夾雜物）、設(shè)備方面（噴嘴堵塞或者噴射角度不對(duì)）以及工藝原因（板型控制不良）等。本文就某鋼鐵廠單機(jī)架可逆式軋機(jī)冷軋帶鋼表面曾經(jīng)出現(xiàn)劃傷問(wèn)題，通過(guò)分析并從優(yōu)化軋制液產(chǎn)品角度出發(fā)來(lái)說(shuō)明軋制液的應(yīng)用對(duì)帶鋼軋制表面質(zhì)量的影響。

1 現(xiàn)場(chǎng)工藝條件及問(wèn)題描述

1.1 軋機(jī)相關(guān)參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)軋機(jī)類(lèi)型為1450 mm 六輥軋機(jī)，工作輥直徑和長(zhǎng)度為Φ385/435×1450 mm。

1.2 軋制工藝

現(xiàn)場(chǎng)的軋制材料種類(lèi)為低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼等，軋制道次為5 道，最大變形率為92%，最大軋制速度1000 m/min，最大可軋制力為13000 kN。

1.3 劃傷問(wèn)題描述和分析

自2021 年下半年，發(fā)現(xiàn)此1450 可逆軋機(jī)在軋制出口厚度要求在0.3 mm 以下時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)軋后表面劃傷現(xiàn)象，尤其在來(lái)料硬度較高的情況下，出現(xiàn)的頻率更高，帶鋼表面劃傷現(xiàn)象具體見(jiàn)圖1和圖2，軋制力會(huì)達(dá)到1100 t左右。

圖1 工作輥表面劃傷

圖2 鋼板表面劃傷

現(xiàn)場(chǎng)勘查排除了是由于軋輥的線速度和帶鋼運(yùn)行速度差異滑動(dòng)導(dǎo)致的問(wèn)題，分析軋制乳化液，發(fā)現(xiàn)近期槽液pH 值波動(dòng)較大，雖日常有檢測(cè)和控制，但較之前有走高的趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)軋制乳化液取樣分析后發(fā)現(xiàn)，油水分離速度之前短時(shí)間內(nèi)可以分開(kāi)，而現(xiàn)在變?yōu)榻咏?分鐘才能分開(kāi)，軋制乳液的技術(shù)指標(biāo)較之前設(shè)計(jì)的有了較大的偏離。

軋制過(guò)程屬于混合潤(rùn)滑狀態(tài)［7］。一方面是流體潤(rùn)滑起作用，表現(xiàn)形式是軋輥和帶鋼接觸，表面被潤(rùn)滑油膜隔開(kāi)，這種情況下，遵循牛頓流體定律；另一方面是邊界潤(rùn)滑起作用，軋輥和帶鋼表面間距較小，油膜中極壓潤(rùn)滑劑與帶鋼表面發(fā)生相互作用，提供潤(rùn)滑功能。碳鋼軋制液是乳液狀態(tài)下使用，其中水相主要起到冷卻作用，而潤(rùn)滑功能基本由油相提供，極壓潤(rùn)滑添加劑也會(huì)包裹在油相中發(fā)揮極壓潤(rùn)滑作用。為有效體現(xiàn)出產(chǎn)品的潤(rùn)滑性能，在軋制過(guò)程中，乳液中的油相需要以相對(duì)快的速度分離出來(lái)，以提供強(qiáng)有力的油膜和足夠的蘊(yùn)含于其中的極壓劑來(lái)發(fā)揮潤(rùn)滑作用。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，自2021年下半年開(kāi)始，配制軋制油的水由脫鹽水改為工業(yè)用水，由于工業(yè)水中含鈣、鎂等離子，配制成乳化液后pH值容易偏高。pH值對(duì)于穩(wěn)定軋制乳液至關(guān)重要，pH 偏高會(huì)引起乳液粒徑變小，油水分離速度也會(huì)變慢，析出的油相較少，進(jìn)而最終影響軋制潤(rùn)滑性能，導(dǎo)致軋制力上升和鋼板出現(xiàn)劃傷等問(wèn)題。

2021 年下半年，受當(dāng)?shù)叵揠娬哂绊?，軋機(jī)開(kāi)機(jī)不規(guī)律，也容易出現(xiàn)乳液溫度偏低、槽液腐敗、槽液乳化狀態(tài)不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題，這對(duì)軋制油產(chǎn)品在這種情況下要始終維持良好的狀態(tài)提出了更高的要求。

2 軋制油產(chǎn)品優(yōu)化

2.1 針對(duì)水質(zhì)變化問(wèn)題

由于現(xiàn)場(chǎng)配制用水短時(shí)間內(nèi)不會(huì)改為脫鹽水，為了有效解決軋制過(guò)程出現(xiàn)的表面劃傷問(wèn)題，需要從軋制油產(chǎn)品角度進(jìn)行解決。圖3 展示的是在用的軋制油產(chǎn)品按照質(zhì)量比濃度2%配制成乳液后的粒徑隨pH 值變化趨勢(shì)圖。圖中顯示，乳液粒徑隨pH值升高先增大后變小，較大的乳液粒徑落在pH 值為5.0~5.5 區(qū)間，這個(gè)區(qū)間也是在軋制油產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中根據(jù)原有現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)條件設(shè)計(jì)出來(lái)的。在這個(gè)pH值區(qū)間內(nèi)，乳液粒徑較大，可以快速進(jìn)行油水分離，有效提供了在軋制輥縫區(qū)的潤(rùn)滑功能?，F(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)變化后，在用乳化槽液的pH 區(qū)間發(fā)生后移，乳液粒徑因此變小，潤(rùn)滑能力下降。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)槽液pH 值的技術(shù)指標(biāo)要求，有意改變了原有軋制油產(chǎn)品中乳化劑的類(lèi)型和用量，優(yōu)化后的產(chǎn)品配制后的乳液隨pH 值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。圖中顯示在乳液粒徑較大時(shí)，pH 值落在5.4~6.1 區(qū)間，這個(gè)pH 值區(qū)間與現(xiàn)場(chǎng)槽液實(shí)際pH值變化比較接近。

圖3 原有軋制油產(chǎn)品配制成乳液的粒徑隨pH變化趨勢(shì)圖

圖4 優(yōu)化后的軋制油產(chǎn)品配制成乳液的粒徑隨pH變化趨勢(shì)圖

2.2 針對(duì)限電引起的槽液長(zhǎng)時(shí)間停用導(dǎo)致的易腐敗問(wèn)題

針對(duì)限電引起的槽液長(zhǎng)時(shí)間停用導(dǎo)致的易腐敗問(wèn)題主要有以下兩種：（1）改變了軋制原油中僅使用酚型抗氧劑的方式，搭配使用了胺型抗氧劑，兩種不同類(lèi)型的抗氧劑復(fù)配起到了有效協(xié)同以提升產(chǎn)品抗氧化性能的目的?？寡趸阅茉囼?yàn)采用的是在120 ℃，銅鐵催化的情況下，通入空氣165 mL/min，進(jìn)行氧化安定性考察。經(jīng)過(guò)96 小時(shí)后，氧化后產(chǎn)品的油品外觀較原產(chǎn)品顏色淺，說(shuō)明其抗氧化性較原產(chǎn)品好。同時(shí)，優(yōu)化的產(chǎn)品測(cè)試后的銅絲外觀較亮，也驗(yàn)證了其抗氧化較好的特性。對(duì)比試驗(yàn)后的油品理化指標(biāo)，酸值、粘度和色度三個(gè)指標(biāo)均較之前產(chǎn)品有所降低，說(shuō)明優(yōu)化后的產(chǎn)品抗氧化性均較原產(chǎn)品好；（2）為了有效提升槽液長(zhǎng)時(shí)間停用情況下的抗微生物腐敗能力，在產(chǎn)品中增加了胺類(lèi)的抗菌抑菌組分別進(jìn)行了微生物測(cè)試對(duì)比試驗(yàn)。測(cè)試過(guò)程如下：將兩種待測(cè)新鮮槽液（均配制為2 %濃度）放入搖床，35 ℃情況下，連續(xù)測(cè)試30 天后，取1 mL 均勻涂在培養(yǎng)基表面并培養(yǎng)72小時(shí)后觀察。結(jié)果顯示優(yōu)化后的產(chǎn)品中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)菌的生成，而原有產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)有菌的滋生，說(shuō)明優(yōu)化后的產(chǎn)品抗微生物的能力較強(qiáng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證應(yīng)用

針對(duì)優(yōu)化后的產(chǎn)品，重新制定了現(xiàn)場(chǎng)乳化液控制指標(biāo)。新產(chǎn)品使用后的近半年時(shí)間內(nèi)，帶鋼表面未再出現(xiàn)過(guò)劃傷問(wèn)題，槽液狀態(tài)良好，也未出現(xiàn)過(guò)腐敗問(wèn)題，同時(shí)軋制力也始終穩(wěn)定在800 t以下。

軋制油作為一種工藝型產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)有效地維護(hù)和管理至關(guān)重要，以下是一些重點(diǎn)注意事項(xiàng)：（1）配液前清理油箱、機(jī)架、回流槽內(nèi)積累的油泥及其它殘留物，避免大量生菌發(fā)酵污染物混入新配乳化液；（2）配液完成初期需開(kāi)啟攪拌器進(jìn)行內(nèi)循環(huán)兩個(gè)小時(shí)以上，促使乳化液充分乳化均勻；（3）配液后建議每天有效軋鋼8小時(shí)以上，至少正常生產(chǎn)六卷維持槽液溫度以及活躍性；（4）停機(jī)期間保持相對(duì)高液位，確保機(jī)械攪拌有效投入使用，防止因?yàn)闇囟鹊?、攪拌流?dòng)性較差引起冷軋油中有效成分的析出；（5）如遇開(kāi)機(jī)前槽液溫度降低至30 ℃以下，建議先優(yōu)先軋制兩卷偏厚規(guī)格鋼卷，待槽液溫度上升至40 ℃以上方可軋制常規(guī)規(guī)格；（6）如因?yàn)檫B續(xù)長(zhǎng)期間斷性停機(jī)，導(dǎo)致槽液內(nèi)有浮油析出不易回溶，經(jīng)調(diào)整無(wú)效時(shí)，則需要將浮油撇除。

4 結(jié)論

除了常規(guī)的理化檢測(cè)指標(biāo)外，乳液的狀態(tài)對(duì)軋制產(chǎn)品潤(rùn)滑性能的發(fā)揮至關(guān)重要，其中對(duì)乳液pH 值的有效控制就是一個(gè)關(guān)鍵手段。因此，在實(shí)際使用中，所有可能引起乳液pH 變動(dòng)的因素都應(yīng)該予以關(guān)注，合適的pH 區(qū)間可以控制乳液的粒徑分布和油水分離速度，以充分發(fā)揮乳液的潤(rùn)滑和清潔性能。同時(shí)，有效的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和管理對(duì)長(zhǎng)期的保持軋制過(guò)程的高質(zhì)量水平也尤為重要。