唐詩，鄒木

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

對(duì)于冷軋來說，乳化液斑跡缺陷一直是一個(gè)難以完全消除的技術(shù)難題，硅鋼由于其成分特點(diǎn)產(chǎn)生的乳化液斑跡則比普通冷軋產(chǎn)品來說更難。由于軋后殘余含硅鐵粉量多,對(duì)熱處理工序軋硬卷表面的斑跡缺陷很難通過清洗和加熱進(jìn)行消除。生產(chǎn)線跟蹤總結(jié)后得出乳化液斑跡的特點(diǎn)是，在帶鋼上呈現(xiàn)表面無規(guī)則點(diǎn)塊狀大小不相同的黑褐色橢圓或長(zhǎng)條形缺陷，嚴(yán)重的乳化液斑跡在退火工藝的清洗退火后能有一定的降低顏色變暗但同樣無法完全消除，此缺陷一般出現(xiàn)在帶鋼頭部，嚴(yán)重的會(huì)造成整卷斑跡缺陷，一旦發(fā)生如果沒有及時(shí)查清原因且采取有效的控制措施會(huì)隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)呈加重趨勢(shì)。因此，對(duì)軋機(jī)乳化液斑跡的產(chǎn)生原因進(jìn)行研究，找出造成乳化液斑跡缺陷的關(guān)鍵控制因素，制定有效的現(xiàn)場(chǎng)控制措施，降低此類缺陷的產(chǎn)生，對(duì)維持冷軋過程中產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有很大的意義。

文章結(jié)合冷軋硅鋼UCM 軋機(jī)實(shí)際生產(chǎn)情況，做了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)，分析了冷軋硅鋼產(chǎn)品產(chǎn)生乳化液斑跡缺陷的主要因素，并提出了控制乳化液斑跡的措施。

1 乳化液斑跡的產(chǎn)生原因

1.1 硅鋼表面乳化液殘留的形成原因

以6 輥UCM 軋機(jī)為例，軋機(jī)的乳化液噴射和吹掃布置如圖1 所示，UCM 軋機(jī)乳化液噴射梁裝置共有2 套，分別安裝在軋機(jī)出入口轉(zhuǎn)向輥前。通過ABB 板形儀配套的氣動(dòng)系統(tǒng)控制來進(jìn)行流量噴射，可以隨著軋制速度和板形的變化發(fā)展情況通過調(diào)節(jié)軋制時(shí)乳化液噴射的流量和噴射技術(shù)方式，同時(shí)在前后配備與之搭配的空氣吹掃。奇數(shù)道次軋制時(shí)，帶鋼從入口軋制到出口，打開入口噴射乳化液，關(guān)閉出口；相反，在偶道次軋制過程中，入口的乳化液關(guān)閉，打開出口。同時(shí)為避免乳化液噴射對(duì)測(cè)厚儀造成的干擾，出入口測(cè)厚儀均配備測(cè)厚儀保護(hù)罩，測(cè)厚儀鏡頭開孔處設(shè)置有空氣吹掃，靠近輥縫內(nèi)側(cè)配有一排空氣吹掃噴嘴用于消除帶鋼運(yùn)行中的乳化液。

圖1 UCM軋機(jī)乳化液噴射

乳化液殘留在硅鋼表面的原因主要有以下幾方面：

(1)乳化液通過噴射梁噴嘴噴射到輥縫區(qū)高速旋轉(zhuǎn)的軋輥后被軋輥的轉(zhuǎn)速反彈帶回到軋機(jī)入口區(qū)域，在帶鋼表面上殘留乳化液形成斑跡；

(2)帶鋼上方的測(cè)厚儀保護(hù)罩吹掃能力不足，吹氣嘴堵塞，導(dǎo)致部分乳化液殘留在出口帶鋼表面上冷凝后形成斑跡；

(3)單機(jī)架可逆式軋機(jī)在進(jìn)行道次切換時(shí)，前一道次的入口成為了后一道次的出口，而前一道次入口輥縫前的乳化液由于不能及時(shí)疏通分流，會(huì)在后道次軋制過程中沿軋制方向流出進(jìn)到卷芯中，在較高的形變溫度下迅速碳化形成乳化液斑跡。

1.2 乳化液斑跡的形成過程

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)跟蹤,硅鋼在道次間軋制卷曲時(shí)，部分乳化液從出口側(cè)輥縫流出被高速運(yùn)行的帶鋼迅速卷入卷曲卷芯，通過測(cè)溫槍對(duì)軋制時(shí)的卷曲卷芯溫度測(cè)量，卷芯帶鋼層間溫度達(dá)到100～130 ℃，帶鋼的外圈溫度可以達(dá)到90～110 ℃；這會(huì)把乳化液中的水份蒸發(fā)掉，而乳化液中殘留的鐵粉就會(huì)附著在帶鋼的表面，在不同濃度的乳化液中，由于其他的化學(xué)成分逐漸增加，從而加速了Fe的化學(xué)反應(yīng)。在最后的軋制過程中Fe 的反應(yīng)物與帶鋼基體融合形成另一種物質(zhì)，它們沉積在帶鋼的表面就形成了難以消除的乳化液斑跡。乳化液在硅鋼表面殘留的越多，形成的斑跡顏色就越重，斑跡形貌特征因軋機(jī)工作速度不同有著不同的形貌,如圖2 所示,左圖為低速狀態(tài)下的乳化液斑跡形貌呈橢圓形或圓形，右圖為高速狀態(tài)下乳化液斑跡形貌呈點(diǎn)狀或細(xì)長(zhǎng)條形。

圖2 乳化液斑跡形貌

通過跟蹤對(duì)比發(fā)現(xiàn)：乳化液斑跡產(chǎn)生量最關(guān)鍵兩個(gè)因素為末道次軋制帶鋼表面潔凈程度和空氣吹掃清除能力。

1.3 乳化液斑跡跟蹤試驗(yàn)

針對(duì)乳化液斑跡形成的原因進(jìn)行實(shí)例分析，做了以下幾個(gè)模擬試驗(yàn)：

（1）分別在末道次和第四道次停機(jī)時(shí)乳化液噴射管道未吹掃結(jié)束切換道次和待吹掃結(jié)束后再切換道次啟動(dòng)軋制，對(duì)比兩種操作模式下的帶鋼斑跡產(chǎn)生情況；

（2）利用空氣吹掃角度變換（測(cè)厚儀保護(hù)罩啟停操作）將出口帶鋼表面乳化液吹凈與不經(jīng)過吹掃后帶鋼軋制后帶鋼表面斑跡情況；

（3）更改軋制末道次乳化液管道吹掃系統(tǒng)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，增加管道內(nèi)部吹掃能力，減少乳化液管道內(nèi)部乳化液殘留。如圖3所示。

圖3 末道次空氣吹掃對(duì)比實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析見表1。對(duì)管道吹掃結(jié)束后啟軋?jiān)O(shè)置為A1方法，管道吹掃未結(jié)束后啟軋?jiān)O(shè)置為B1 方法；出口帶鋼吹掃設(shè)置為A2 方法，出口帶鋼不經(jīng)過吹掃設(shè)置為B2方法；末道次管道吹掃90 s設(shè)置為A3 方法，末道次管道吹掃30 s 設(shè)置為B3 方法。對(duì)比幾種方式軋制后帶鋼斑跡所占比例進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) %

結(jié)果表明：

（1）乳化液斑跡產(chǎn)生為末道次帶鋼表面殘留的乳化液造成；

（2）在切換道次前將出口帶鋼表面乳化液吹凈斑跡情況好于未吹凈的模式；

（3）延長(zhǎng)末道次停機(jī)管道吹掃時(shí)長(zhǎng)對(duì)抑制乳化液斑跡的產(chǎn)生有效。

2 乳化液斑跡產(chǎn)生機(jī)理分析

由現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)和查閱相關(guān)資料可推斷出帶鋼表面產(chǎn)生乳化液斑跡的主要原因是由于帶鋼表面殘留的乳化液在卷曲時(shí)高低溫差環(huán)境下濃縮并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成黑褐色斑跡；在軋制過程中，存在于輥縫區(qū)的乳化液主要成分由油組成，并含有少量的水。在室溫下，乳化液中的水和鐵的氧化速度很慢。但是，隨著輥縫區(qū)域溫度的升高，乳化液中的水會(huì)在高溫下蒸發(fā)形成水蒸氣，由于鐵的氧化速度也會(huì)加快，它們?cè)趲т摫砻姘l(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)生成氧化鐵，在軋制完成后熱處理前，帶鋼表面的氧化鐵就已經(jīng)形成。當(dāng)鋼卷被加熱到軋制油蒸發(fā)的環(huán)境溫度時(shí)，少量的油會(huì)被保護(hù)氣氛帶走，但大部分的油會(huì)進(jìn)入或浮在已形成的氧化鐵表面上面形成斑跡[1]。反應(yīng)式如下：

軋制油和氧化鐵會(huì)在乳化液斑跡的形成過程中產(chǎn)生相互影響，因此在帶鋼表面殘留的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)軋制油進(jìn)入氧化鐵里就能發(fā)展形成乳化液斑跡。

3 減少乳化液斑跡產(chǎn)生的對(duì)策

改善或者控制冷軋帶鋼乳化液斑跡的產(chǎn)生，達(dá)到減少或者消除的作用，需要從兩個(gè)方面入手。一是從設(shè)備配置方面，利用技改增加出口側(cè)吹掃覆蓋面，提高有效吹掃面積、吹掃壓力優(yōu)化[2]等；二是從工藝操作方面，包括操作習(xí)慣的改變固化、空氣管道吹掃優(yōu)化、減少噴嘴堵塞、控制板形等。以下從兩方面做出針對(duì)性措施抑制乳化液斑跡的產(chǎn)生。

3.1 抑制乳化液斑跡產(chǎn)生措施

(1)出口測(cè)厚儀保護(hù)罩外壁采用分段多次焊接，降低熱形變，保證密封性，新增90 mm 高度擋板，將防纏導(dǎo)板上殘留乳化液引流至軋機(jī)兩側(cè)，解決防纏導(dǎo)板乳化液滴漏，如圖4所示。

圖4 保護(hù)罩新增擋板

(2)檢修時(shí)對(duì)防纏導(dǎo)板和保護(hù)罩進(jìn)行沖洗，防止油泥堆積形成堰塞聚集乳化液，造成軋制時(shí)乳化液集留造成滴漏。

（3）測(cè)厚儀保護(hù)罩增加空氣吹掃氣刀，用于清理道次切換乳化液管道吹掃時(shí)滴落、殘留在帶鋼表面的乳化液，外部新增氣刀具體位置見圖5。

圖5 新增氣刀位置

（4）調(diào)整氣吹噴嘴與帶鋼切入角度，各個(gè)吹氣噴嘴的吹掃面積會(huì)增加，吹掃效果更好，同時(shí)減少了漏吹，也就減小了噴嘴與帶鋼表面的接觸距離，達(dá)到吹掃壓力增強(qiáng)的效果。

（5）增大控制系統(tǒng)中吹掃空氣環(huán)境壓力，一般需要達(dá)到0.4 MPa 以上，同時(shí)要調(diào)整側(cè)吹噴射角度，增加帶鋼兩側(cè)的吹掃效果，減少帶鋼邊部以及中部的乳化液殘留。

（6）更改軋制控制系統(tǒng)中末道次乳化液管道吹掃持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，由原有的30 s 延長(zhǎng)至90 s，減少乳化液噴射管路中的殘留。

3.2 加強(qiáng)乳化液管理

乳化液在軋制過程中起到對(duì)輥系和帶鋼進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑作用，乳化液日常的使用和管理不當(dāng)會(huì)使冷軋硅鋼的表面產(chǎn)生一些質(zhì)量缺陷。因此，在整個(gè)乳化液使用的過程中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)乳化液進(jìn)行定期的檢測(cè)和化驗(yàn)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整理化指標(biāo)，從而達(dá)到軋制過程中最佳的潤(rùn)滑和冷卻效果，以此來保證冷軋硅鋼的表面質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2.1 控制雜油含量

乳化液中其他油品含量如果增加得過多會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的乳化液穩(wěn)定性降低，同時(shí)它的皂化值也會(huì)下降，而這兩個(gè)重要指標(biāo)的降低會(huì)造成軋制中潤(rùn)滑效果不良，并且乳化液中鐵粉會(huì)相應(yīng)增加，這樣，軋制過程中產(chǎn)生的鐵粉會(huì)被油滴吸收到乳液中，其顏色會(huì)變黑。同時(shí)，乳化液中混合油的粘度變大會(huì)導(dǎo)致乳化液中的油從水中膨脹變質(zhì)，這些變質(zhì)的物質(zhì)就成為了乳化液斑跡。軋機(jī)內(nèi)部的液壓系統(tǒng)泄漏的液壓油和軋輥軸承油霧潤(rùn)滑的潤(rùn)滑油會(huì)進(jìn)入到乳化液系統(tǒng)中，如果能夠控制乳化液中的這部分雜油的產(chǎn)生量，可以降低乳化液中的皂化值。當(dāng)雜油過多時(shí)，需要通過撇油器撇去部分雜油或者更換部分乳化液。

3.2.2 降低乳化液污染，提高乳化液清潔度

鐵粉和灰份是乳化液中影響帶鋼表面質(zhì)量的主要成分。鐵粉的形成主要是由輥縫變形區(qū)的前后滑動(dòng)引起的。軋輥與帶鋼表面的相對(duì)摩擦?xí)纬芍睆叫∮? nm 的鐵粉?；曳种饕芙饘傺趸锖蛙垯C(jī)內(nèi)油泥的影響，空氣粉塵對(duì)乳化液的污染加劇。隨著乳化液中鐵粉含量增加，乳化油顆粒在滾動(dòng)后會(huì)吸附乳化液中的大量鐵粉，這部分鐵粉的增加會(huì)加速與它的結(jié)合，從而使乳化油滴的粒徑增大，ESI 值降低，同時(shí)乳化液的穩(wěn)定性也會(huì)降低，從而降低乳化液的潤(rùn)滑性能，增加乳化液在帶鋼表面的殘留。目前用于冷軋生產(chǎn)的乳化液過濾系統(tǒng)是一種電磁過濾器，能去除部分鐵粉和灰分。定期開啟磁過濾系統(tǒng)以保持乳化系統(tǒng)的清潔,通過日常的乳化液進(jìn)行理化分析，將鐵粉總量控制在≤0.015%，灰分總量≤0.04%。

4 乳化液斑跡改善效果

實(shí)施上述措施后，硅鋼表面的乳化液斑跡明顯減少，質(zhì)量斑跡封閉率降至0.32%以下；硅鋼乳化液斑跡的長(zhǎng)度也從200～300 m 減少到15 m 以下，帶鋼表面斑跡的顏色經(jīng)過退火后由黑褐色變?yōu)榘咨?/p>

5 結(jié)語

冷軋帶鋼乳化色斑是冷軋生產(chǎn)中常見的缺陷之一。這類產(chǎn)品缺陷在不同的軋機(jī)上處理能力不同，但基本原理和產(chǎn)生機(jī)理基本相同。以單機(jī)架可逆軋機(jī)上斑跡控制措施和減少頭尾斑跡的改善措施為例，應(yīng)控制好以下幾個(gè)方面。

（1）必須能夠保證末道次軋制前板面清潔程度，特別是吹掃效果，幾個(gè)關(guān)鍵部位的吹掃角度必須日常進(jìn)行確認(rèn)校正。

（2）加強(qiáng)車間日常生產(chǎn)中乳化液的使用管理，保證乳化液的潤(rùn)滑效果和清潔程度。

（3）改善軋機(jī)操作習(xí)慣，避免在吹掃時(shí)切換道次造成管道內(nèi)殘留的乳化液飛濺至帶鋼表面。

（4）防纏導(dǎo)板殘留乳化液不滴漏至軋機(jī)內(nèi)部，確保軋機(jī)啟軋時(shí)出口側(cè)沒有明顯乳化液從輥縫內(nèi)帶出。

（5）導(dǎo)流槽及軋機(jī)頂部無堆積油泥，乳化液導(dǎo)流暢通。