張海濤 李長(zhǎng)春 高建舟 壽葉紅 王超海 李敬

(1.北京科技大學(xué); 2.安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

安鋼 1780 mm熱軋帶鋼氧化鐵皮成因及對(duì)策

張海濤1,2李長(zhǎng)春2高建舟2壽葉紅2王超海2李敬2

(1.北京科技大學(xué); 2.安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

通過(guò)分析氧化鐵皮的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì),結(jié)合安鋼 1780 mm熱軋生產(chǎn)工藝,對(duì)帶鋼表面氧化鐵皮的形成原因進(jìn)行了分析,并提出了減少帶鋼表面氧化鐵皮的改進(jìn)措施。

熱軋帶鋼 氧化鐵皮 除鱗 溫度

0 前言

安鋼 1780 mm熱連軋生產(chǎn)線是安鋼實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化、工藝現(xiàn)代化、產(chǎn)品專業(yè)化的現(xiàn)代化生產(chǎn)線之一,于 2007年 6月竣工投產(chǎn),年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 350萬(wàn) t/年 ,軋制規(guī)格 (厚 ×寬 )為 (1.2～19)mm ×(800～1630)mm,主要產(chǎn)品有碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、冷軋基料、汽車(chē)用鋼、焊瓶鋼、橋梁鋼、管線鋼等。雖然在生產(chǎn)過(guò)程中 1780 mm熱連軋產(chǎn)能得到了極大提升,但是部分帶鋼表面存在氧化鐵皮的質(zhì)量缺陷,使成品表面粗糙不平,甚至出現(xiàn)凹坑和麻點(diǎn),嚴(yán)重影響了帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量與機(jī)械性能。通過(guò)對(duì)熱軋帶鋼表面氧化鐵皮的形成原因進(jìn)行研究分析,并采取措施予以改進(jìn),使熱軋帶鋼的表面質(zhì)量大幅提高,進(jìn)一步提升了安鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮概述

氧化鐵皮是指板坯在加熱爐內(nèi)加熱或高溫狀態(tài)下與氧化性氣氛接觸后發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成 Fe304、Fe203、FeO的一種混合物。氧化鐵皮一般分為三層:最外層是結(jié)晶構(gòu)造的氧化鐵 (Fe2O3),約占整個(gè)氧化鐵皮厚度的 10%,其細(xì)膩有光澤、松脆、易脫落,并具有阻止內(nèi)部繼續(xù)劇烈氧化的作用;第二層是致密、無(wú)孔和裂縫、成玻璃狀斷口的磁性四氧化三鐵(Fe3O4),約占氧化鐵皮厚度的 50%;與金屬本體相連的第三層是富氏體,呈疏松、多孔的細(xì)結(jié)晶組織,約占氧化鐵皮厚度的 40%,主要由 (FeO+Fe3O4)組成,其中 FeO性質(zhì)發(fā)粘,粘到板坯上不易除掉。圖 1為 575℃以上生成的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 氧化鐵皮結(jié)構(gòu)

熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷主要指板坯或帶鋼表面生成的氧化鐵皮沒(méi)有被完全去除,在軋制過(guò)程中將其壓入帶鋼表面造成的一種表面質(zhì)量缺陷。板坯在具有氧化性氣氛的加熱爐內(nèi)加熱到 1150℃～1250℃,板坯表面與高溫爐氣接觸生成 2 mm～3 mm厚氧化鐵皮,稱為“一次氧化鐵皮”,一次氧化鐵皮經(jīng)過(guò)精軋后壓入帶鋼,呈小斑點(diǎn)、大塊斑痕和帶狀條紋形狀不規(guī)則地分布在帶鋼表面上,常伴有粗糙的麻點(diǎn)狀;一次除鱗后,在粗軋軋制過(guò)程中會(huì)形成100μm左右的氧化鐵皮,稱為“二次氧化鐵皮”,其二次氧化鐵皮表現(xiàn)為紅色鱗層,軋制后壓入帶鋼表面呈明顯的長(zhǎng)條狀,沿軋制方向呈帶狀分布 (如圖 2所示);在粗軋后的精軋過(guò)程中高溫帶鋼表面與空氣中的氧結(jié)合形成的氧化層稱為“三次氧化鐵皮”,三次氧化鐵皮壓入帶鋼表面呈顆粒狀,分布多像分散的鹽粒。

圖2 帶鋼表面氧化鐵皮缺陷

2 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷形成原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)氧化鐵皮性質(zhì)的研究及對(duì)熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷形貌的觀察,筆者認(rèn)為安鋼 1780mm熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷主要是由一次和二次氧化鐵皮壓入造成的,其主要原因有以下幾方面:

2.1 加熱方面

板坯加熱溫度、加熱時(shí)間、加熱方法、爐膛氣氛和鋼種等都直接關(guān)系到一次氧化鐵皮的生成、性質(zhì)以及氧化鐵皮的去除效果。當(dāng)煤氣熱值不穩(wěn)定或煤氣壓力波動(dòng)較大時(shí),造成加熱爐爐溫波動(dòng)大、溫度不均勻,如果板坯加熱溫度過(guò)低,會(huì)造成氧化鐵皮中FeO比例加大,FeO性質(zhì)發(fā)粘,與鋼基體結(jié)合緊密,造成板坯氧化鐵皮不易去除;如果板坯加熱溫度過(guò)高,板坯表面氧化嚴(yán)重,甚至氧化鐵皮熔化滲透入鋼基體內(nèi)部,難以脫落,造成軋制壓入;當(dāng)軋機(jī)軋制出現(xiàn)故障,恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)間又不確定時(shí),造成板坯在加熱爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留,如果升溫降溫不及時(shí)或采取方法不當(dāng),會(huì)造成板坯加熱溫度高,尤其是板坯頭部和尾部受爐墻輻射強(qiáng)度較高,會(huì)引起板坯頭尾局部過(guò)熱,造成帶鋼頭尾氧化鐵皮去除不良;如果升溫降溫過(guò)程中爐膛氣氛控制不好,整個(gè)鋼坯表面被多次氧化與覆蓋,氧化鐵皮與鋼基體的附著力增大,也會(huì)造成氧化鐵皮去除不凈;針對(duì)不同鋼種要采取不同的加熱溫度,例如對(duì)于 Si含量高的鋼種,會(huì)在 FeO和鋼基體之間形成低熔點(diǎn) (1170℃)的化合物 Fe2Si04,當(dāng)加熱溫度低于 1170℃時(shí),Fe2Si04會(huì)凝固,造成FeO難以去除;另外在軋制計(jì)劃中,由于低加熱溫度的板坯被安排在加熱時(shí)間長(zhǎng)或加熱溫度較高的鋼種后面,或被安排在兩種加熱溫度都較高的鋼種之間,使得不同鋼種的不同加熱方法和加熱制度不能夠被很好的執(zhí)行,導(dǎo)致一次氧化鐵皮難以去除干凈。

2.2 粗軋方面

二次氧化鐵皮的清除與粗軋除鱗水壓力、粗軋立輥側(cè)壓能力、軋制溫度和軋制速度等有關(guān),除鱗水壓力越高、立輥側(cè)壓能力越大則除鱗效果越好。熱軋板坯從加熱爐出來(lái)后,經(jīng)高壓水除去一次氧化鐵皮后,進(jìn)行粗軋。在短時(shí)間的粗軋過(guò)程中板坯表面與水和空氣接觸,在潮濕的空氣中,板坯表面吸附了一層薄薄的水膜,這層水膜里含有少量的 H+和OH-,還溶解了氧氣,結(jié)果在板坯表面形成了一層電解質(zhì)溶液,它跟板坯里的鐵和少量的碳恰好形成無(wú)數(shù)微小的原電池。在這些原電池里,鐵是負(fù)極,碳是正極,鐵失去電子而被氧化,板坯表面產(chǎn)生了二次氧化鐵皮。由于受水平軋制的影響,二次氧化鐵皮厚度較薄,與板坯的界面應(yīng)力小,所以剝離性差。如果粗軋開(kāi)軋溫度高,軋制速度慢,板坯表面的氧化時(shí)間長(zhǎng),二次氧化鐵皮就會(huì)增多,如果粗軋除鱗水壓力達(dá)不到設(shè)定值或粗軋立輥側(cè)壓能力不足,產(chǎn)生的二次氧化鐵皮就不能被完全去除,殘留在中間坯表面進(jìn)入精軋,造成帶鋼表面出現(xiàn)氧化鐵皮缺陷。

3 帶鋼表面氧化鐵皮的改進(jìn)措施

3.1 加熱方面

首先在板坯裝入加熱爐前,嚴(yán)格執(zhí)行板坯裝爐制度,必須清除掉連鑄坯本身產(chǎn)生的疏松的氧化鐵皮和切割連鑄坯時(shí)殘留的毛刺,減少毛刺壓入帶來(lái)的氧化鐵皮去除不良。然后板坯裝入加熱爐后嚴(yán)格執(zhí)行板坯加熱工藝制度,合理控制加熱爐各段溫度與板坯在爐時(shí)間,勤觀察爐膛氣氛和板坯的火色,正確判斷爐膛氣氛和板坯溫度,保證板坯加熱溫度適宜;另外根據(jù)不同的鋼種、規(guī)格、加熱時(shí)間要求,合理調(diào)整加熱制度,優(yōu)化加熱曲線,在保證加熱溫度前提下,盡可能實(shí)現(xiàn)板坯在低溫段高溫快速加熱,減少板坯在高溫段的停留時(shí)間,以減少氧化鐵皮的產(chǎn)生;在加熱過(guò)程中,出現(xiàn)煤氣熱值、壓力變化,造成爐溫波動(dòng)不穩(wěn)定,及時(shí)調(diào)整優(yōu)化空燃比,保證加熱爐各段溫度和氣氛,尤其是當(dāng)煤氣熱值低時(shí),要放慢出鋼節(jié)奏,保證有效加熱時(shí)間,保持均熱段為還原性氣氛。軋機(jī)停軋時(shí),嚴(yán)格執(zhí)行加熱爐停軋降溫制度,及時(shí)降低爐膛熱負(fù)荷,采取間拔燒嘴的降溫方法,杜絕只減煤氣不減風(fēng),并將步進(jìn)梁后退 4～6周期,適當(dāng)關(guān)閉煙道閘門(mén),保持爐膛壓力為正壓,減少爐頭吸冷風(fēng);軋機(jī)重新開(kāi)軋時(shí),首先將均熱段爐溫提升到有效溫度,待軋制正常后,加熱段依次升溫,以減少氧化鐵皮生成量,在此之前,應(yīng)制止出鋼軋制。最后優(yōu)化軋制計(jì)劃編排,相鄰兩塊板坯的末架粗軋機(jī)出口溫度差應(yīng)小于 20℃,特殊情況下,在裝鋼時(shí)要留出一定的空位,避免目標(biāo)溫度跳躍對(duì)加熱質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

3.2 粗軋方面

在粗軋軋制工藝要求范圍內(nèi),盡可能降低開(kāi)軋溫度,提高軋制速度,減少中間坯與空氣的接觸時(shí)間,減少二次氧化鐵皮;通過(guò) 提高粗軋除鱗水壓力,增加除鱗道次,提高立輥側(cè)壓能力,保證氧化鐵皮最佳去除效果。

3.3 生產(chǎn)組織方面

質(zhì)檢部門(mén)反饋氧化鐵皮信息后,及時(shí)對(duì)加熱溫度、軋制節(jié)奏、除鱗點(diǎn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以調(diào)整,定時(shí)檢查除鱗設(shè)備;合理控制出鋼節(jié)奏,杜絕盲目生產(chǎn);嚴(yán)控板坯在爐時(shí)間,不得超出板坯允許加熱時(shí)間范圍。

4 改進(jìn)效果

1)由于熱軋帶鋼的化學(xué)成分、加熱溫度、加熱時(shí)間、爐內(nèi)氣氛不同,板坯及帶鋼表面所形成的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)、性質(zhì)亦有所不同,通過(guò)具體地分析研究、采取改進(jìn)措施,安鋼熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷得到明顯改善,表面氧化鐵皮缺陷比例明顯減少,2010年存在表面氧化鐵皮缺陷的鋼卷僅占 0.1%,較2008年的 0.5%和 2009年的 0.25%,分別減少0.4%和 0.15%。

2)通過(guò)熱軋生產(chǎn)工藝的適當(dāng)調(diào)整,除鱗設(shè)備的有效使用及粗軋開(kāi)軋溫度、軋制速度的合理控制,提高了帶鋼的表面質(zhì)量與性能。

5 結(jié)語(yǔ)

熱軋帶鋼表面氧化鐵皮缺陷具有普遍現(xiàn)象,安鋼 1780 mm熱軋機(jī)組采取的改進(jìn)措施對(duì)其它同類(lèi)型機(jī)組生產(chǎn)具有重要的借鑒意義。

[1] 薛念福,李里,陳繼林,等.熱軋帶鋼除鱗技術(shù)研究[J].軋鋼釩鈦,2003,24(3):52-59.

[2] 魏天賦.熱帶氧化鐵皮的成因及去除方法[J].鋼鐵研究,2003(4):25-27.

[3] V.B金茲伯格[美 ].板帶軋制工藝學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社,2000:345-360.

ANALYSIS OF SCALE FORM ING REASONS AND M EASURES IN ANGANG 1780 mm HOT ROLL ING PROCESS

Zhang Haitao1,2Li Changchun2Gao Jianzhou2Shou Yehong2Wang Chaohai2Li Jing2
(1.University of Science and TechnologyBeijing; 2.Anyang Iron&Steel Stock Co,Ltd)

Based on Angang 1780 mm hot rolling process,the for ming causes of iron oxide scale are analyzed by studying the composition,structure and featuresof scale and at the same time some improvementmeasurements are put for ward.

hot rolled strip iron oxide scale descaling temperature

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:2010—8—13