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

對于冷軋來說，乳化液斑跡缺陷一直是一個難以完全消除的技術難題，硅鋼由于其成分特點產生的乳化液斑跡則比普通冷軋產品來說更難。由于軋后殘余含硅鐵粉量多,對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行消除。生產線跟蹤總結后得出乳化液斑跡的特點是，在帶鋼上呈現表面無規(guī)則點塊狀大小不相同的黑褐色橢圓或長條形缺陷，嚴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，此缺陷一般出現在帶鋼頭部，嚴重的會造成整卷斑跡缺陷，一旦發(fā)生如果沒有及時查清原因且采取有效的控制措施會隨著生產時間延長呈加重趨勢。因此，對軋機乳化液斑跡的產生原因進行研究，找出造成乳化液斑跡缺陷的關鍵控制因素，制定有效的現場控制措施，降低此類缺陷的產生，對維持冷軋過程中產品質量的穩(wěn)定性有很大的意義。

文章結合冷軋硅鋼UCM 軋機實際生產情況，做了現場數據跟蹤統(tǒng)計，分析了冷軋硅鋼產品產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 軋機為例，軋機的乳化液噴射和吹掃布置如圖1 所示，UCM 軋機乳化液噴射梁裝置共有2 套，分別安裝在軋機出入口轉向輥前。通過ABB 板形儀配套的氣動系統(tǒng)控制來進行流量噴射，可以隨著軋制速度和板形的變化發(fā)展情況通過調節(jié)軋制時乳化液噴射的流量和噴射技術方式，同時在前后配備與之搭配的空氣吹掃。奇數道次軋制時，帶鋼從入口軋制到出口，打開入口噴射乳化液，關閉出口；相反，在偶道次軋制過程中，入口的乳化液關閉，打開出口。同時為避免乳化液噴射對測厚儀造成的干擾，出入口測厚儀均配備測厚儀保護罩，測厚儀鏡頭開孔處設置有空氣吹掃，靠近輥縫內側配有一排空氣吹掃噴嘴用于消除帶鋼運行中的乳化液。

圖1 UCM軋機乳化液噴射

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)高速旋轉的軋輥后被軋輥的轉速反彈帶回到軋機入口區(qū)域，在帶鋼表面上殘留乳化液形成斑跡；

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

(3)單機架可逆式軋機在進行道次切換時，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疏通分流，會在后道次軋制過程中沿軋制方向流出進到卷芯中，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

通過現場實驗跟蹤,硅鋼在道次間軋制卷曲時，部分乳化液從出口側輥縫流出被高速運行的帶鋼迅速卷入卷曲卷芯，通過測溫槍對軋制時的卷曲卷芯溫度測量，卷芯帶鋼層間溫度達到100～130 ℃，帶鋼的外圈溫度可以達到90～110 ℃；這會把乳化液中的水份蒸發(fā)掉，而乳化液中殘留的鐵粉就會附著在帶鋼的表面，在不同濃度的乳化液中，由于其他的化學成分逐漸增加，從而加速了Fe的化學反應。在最后的軋制過程中Fe 的反應物與帶鋼基體融合形成另一種物質，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狀或細長條形。

圖2 乳化液斑跡形貌

通過跟蹤對比發(fā)現：乳化液斑跡產生量最關鍵兩個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

針對乳化液斑跡形成的原因進行實例分析，做了以下幾個模擬試驗：

（1）分別在末道次和第四道次停機時乳化液噴射管道未吹掃結束切換道次和待吹掃結束后再切換道次啟動軋制，對比兩種操作模式下的帶鋼斑跡產生情況；

（2）利用空氣吹掃角度變換（測厚儀保護罩啟停操作）將出口帶鋼表面乳化液吹凈與不經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)時長，增加管道內部吹掃能力，減少乳化液管道內部乳化液殘留。如圖3所示。

圖3 末道次空氣吹掃對比實驗

數據統(tǒng)計結果分析見表1。對管道吹掃結束后啟軋設置為A1方法，管道吹掃未結束后啟軋設置為B1 方法；出口帶鋼吹掃設置為A2 方法，出口帶鋼不經過吹掃設置為B2方法；末道次管道吹掃90 s設置為A3 方法，末道次管道吹掃30 s 設置為B3 方法。對比幾種方式軋制后帶鋼斑跡所占比例進行對比分析。

表1 試驗數據統(tǒng)計 %

結果表明：

（1）乳化液斑跡產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）延長末道次停機管道吹掃時長對抑制乳化液斑跡的產生有效。

2 乳化液斑跡產生機理分析

由現場模擬試驗和查閱相關資料可推斷出帶鋼表面產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高低溫差環(huán)境下濃縮并發(fā)生化學反應形成黑褐色斑跡；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，乳化液中的水會在高溫下蒸發(fā)形成水蒸氣，由于鐵的氧化速度也會加快，它們在帶鋼表面發(fā)生劇烈的化學反應生成氧化鐵，在軋制完成后熱處理前，帶鋼表面的氧化鐵就已經形成。當鋼卷被加熱到軋制油蒸發(fā)的環(huán)境溫度時，少量的油會被保護氣氛帶走，但大部分的油會進入或浮在已形成的氧化鐵表面上面形成斑跡[1]。反應式如下：

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

3 減少乳化液斑跡產生的對策

改善或者控制冷軋帶鋼乳化液斑跡的產生，達到減少或者消除的作用，需要從兩個方面入手。一是從設備配置方面，利用技改增加出口側吹掃覆蓋面，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性措施抑制乳化液斑跡的產生。

3.1 抑制乳化液斑跡產生措施

(1)出口測厚儀保護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，將防纏導板上殘留乳化液引流至軋機兩側，解決防纏導板乳化液滴漏，如圖4所示。

圖4 保護罩新增擋板

(2)檢修時對防纏導板和保護罩進行沖洗，防止油泥堆積形成堰塞聚集乳化液，造成軋制時乳化液集留造成滴漏。

（3）測厚儀保護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）調整氣吹噴嘴與帶鋼切入角度，各個吹氣噴嘴的吹掃面積會增加，吹掃效果更好，同時減少了漏吹，也就減小了噴嘴與帶鋼表面的接觸距離，達到吹掃壓力增強的效果。

（5）增大控制系統(tǒng)中吹掃空氣環(huán)境壓力，一般需要達到0.4 MPa 以上，同時要調整側吹噴射角度，增加帶鋼兩側的吹掃效果，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)時長，由原有的30 s 延長至90 s，減少乳化液噴射管路中的殘留。

3.2 加強乳化液管理

乳化液在軋制過程中起到對輥系和帶鋼進行冷卻和潤滑作用，乳化液日常的使用和管理不當會使冷軋硅鋼的表面產生一些質量缺陷。因此，在整個乳化液使用的過程中，生產現場要對乳化液進行定期的檢測和化驗，并根據檢測結果及時調整理化指標，從而達到軋制過程中最佳的潤滑和冷卻效果，以此來保證冷軋硅鋼的表面質量穩(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使整個系統(tǒng)的乳化液穩(wěn)定性降低，同時它的皂化值也會下降，而這兩個重要指標的降低會造成軋制中潤滑效果不良，并且乳化液中鐵粉會相應增加，這樣，軋制過程中產生的鐵粉會被油滴吸收到乳液中，其顏色會變黑。同時，乳化液中混合油的粘度變大會導致乳化液中的油從水中膨脹變質，這些變質的物質就成為了乳化液斑跡。軋機內部的液壓系統(tǒng)泄漏的液壓油和軋輥軸承油霧潤滑的潤滑油會進入到乳化液系統(tǒng)中，如果能夠控制乳化液中的這部分雜油的產生量，可以降低乳化液中的皂化值。當雜油過多時，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)的前后滑動引起的。軋輥與帶鋼表面的相對摩擦會形成直徑小于1 nm 的鐵粉?；曳种饕芙饘傺趸锖蛙垯C內油泥的影響，空氣粉塵對乳化液的污染加劇。隨著乳化液中鐵粉含量增加，乳化油顆粒在滾動后會吸附乳化液中的大量鐵粉，這部分鐵粉的增加會加速與它的結合，從而使乳化油滴的粒徑增大，ESI 值降低，同時乳化液的穩(wěn)定性也會降低，從而降低乳化液的潤滑性能，增加乳化液在帶鋼表面的殘留。目前用于冷軋生產的乳化液過濾系統(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

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

5 結語

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

（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，幾個關鍵部位的吹掃角度必須日常進行確認校正。

（2）加強車間日常生產中乳化液的使用管理，保證乳化液的潤滑效果和清潔程度。

（3）改善軋機操作習慣，避免在吹掃時切換道次造成管道內殘留的乳化液飛濺至帶鋼表面。

（4）防纏導板殘留乳化液不滴漏至軋機內部，確保軋機啟軋時出口側沒有明顯乳化液從輥縫內帶出。

（5）導流槽及軋機頂部無堆積油泥，乳化液導流暢通。