热轧氧化铁皮的成因及去除方法

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关键词 热轧 氧化铁皮 成因 除鳞
ANALYSIS OF SCAL E FORMING REASONS AND DESCAL ING METHODS IN HOT ROLL ING PROCESS
Wei Tianbin (Wuhan Iron and Steel Corp . )
Synopsis This paper analyses the scale forming reasons in hot rolling process and its influ2 encing factors ,scale types and compositions. All kinds of descaling methods ,equipment and condi2 tions ,both home and abroad ,are given in the paper. Besides ,the author puts forward some sugges2 tions to produce high strength hot - rolled steels under WISCO’s conditions.
3 氧化铁皮的形成原因
3. 1 化学成分对氧化铁皮形成的影响 3. 1. 1 含 Si 量对氧化铁皮形成的影响
Si 形成铁橄榄石 (2FeO. SiO2 ) 粗糙的次氧化 铁皮界面 ,使氧化铁皮附着力强难以去除 。铁橄 榄石在低于 1 177 ℃会凝固 ,如果不完全除去 ,则
联系人 :魏天斌 ,高级工程师 ,武汉市 (430081) 武钢技术中心科学技术信息研究所
热轧板坯从加热炉出来后 ,经高压水除去 1 次鳞后进行粗轧 。在短时间的粗轧过程中 ,钢板 表面产生了 2 次鳞 。2 次鳞受水平轧制的影响 , 厚度较薄 ,钢板与鳞的界面应力小 ,所以剥离性 差 。如果喷射高压水不能完全除去 2 次鳞 ,鳞残 留在钢板表面的情况下进行精轧 ,产品表面就会 出现缺陷[2] 。
表 1 实验结果
w (Si)
Π% 0. 1
出炉温度
Π℃ 1 230
在炉时间
Πmin 180
0. 5 1 230
180
1. 6 1 230
180
加热炉内 O2 FΠN
质量浓度Π%
1. 0
960
480
400
240
1. 0
960
480
1. 0
960
SΠ106 Pa
0. 27 0. 50 0. 81 2. 25 0. 73 1. 5 1. 93
2 氧化铁皮的种类及组成
热轧氧化铁皮的组成主要为 FeO 、Fe3O4 和 Fe2O3 。氧化铁皮可分为 1 次氧化铁皮和 2 次氧 化铁皮 。1 次氧化铁皮为灰黑色鳞层 ,鳞层由磁 铁矿 ( Fe3O4 ) 组成 ;2 次氧化铁皮为红色鳞层 ,鳞层 由方铁矿 ( FeO) 、赤铁矿 ( Fe2O3 ) 等微粒组成 。 2. 1 1 次氧化铁皮( 1 次鳞)
4. 2 轧制法除鳞 一种用剪切式轧制法的轧机 ,通过减少辊径 ,
用机械法去除热轧板表面的氧化物 。这种轧机至 少有两个可沿轴向相对移动的轧辊 ,辊面呈现 S 形 ,互为反向安装。轧辊在一个确定的轴向位置 时 ,其辊面可紧密无缝地配合 ,它能对热轧板的不 同表面及表面状况除鳞 。当两个轧辊沿同一方向 作相对移动时 ,可使中间区增大 ;若使轧辊沿同一 方向的轴向作相对移动时 ,辊面适于略微凸出的钢 板表面 ,而以相反方向的轴向作相对移动时 ,辊面 适于钢板中间偏薄 、边缘偏厚的板面[10] 。见图 5 。
yingliyungang热轧氧化铁皮综合利用的发展期刊论文冶金能源2010295引证文献24高压水打击力对钢坯除鳞效果的研究期刊论文冶金设备20094微波加热在钛带冷轧酸洗中的应用期刊论文现代化工20112热轧带钢氧化铁皮生长过程数值模拟期刊论文钢铁20081带氧化铁皮酸洗困难原因分析及对策期刊论文轧钢20064热轧卷板氧化铁皮形成机理及控制策略的研究期刊论文钢铁200611sn400b钢板表面氧化铁粉缺陷原因分析及对策期刊论文宝钢技术200567
融点低 (1 170 ℃) ,形成熔融状态后便会以楔形侵 入鳞与铁质中 ,这样 ,鳞与铁质界面就形成了错综 复杂的特殊结构的鳞层 。有资料显示 ,含 Si 量大 于 0. 2 %的钢进行热轧时 ,完全防止麻点的产生 是极度困难的 。图 1 是含 0. 09 %C ,0. 54 %Si 的 钢 ,由于除鳞不彻底 ,由剩余铁橄榄石中 1 次氧化 铁皮产生的红锈 。
图 5 两组磨削辊的结构示意图
特开平 9 - 103816 报导了另一种轧制除鳞 法[4] ,即通过改变粗轧中各道次的压下率和精轧 前的累计压下率 ,可提高鳞的剥离性 。当粗轧中 各道次的压下率大于 25 % ,精轧前的累计压下率 大于 85 %时实施除鳞 ,鳞的残留率显著降低 。见 表 3 、4 。
连铸板坯在热轧前 ,往往要在 1 100~1 300 ℃ 加热和保温 。在此温度下 , 板坯表面生成 1~3 mm 厚的 1 次鳞 。该 1 次鳞也称为 1 次氧化铁皮 。 1 次鳞的内部存在有较大的空穴 ,当板坯从加热
炉出来后 ,在高温 ,鳞层表面碰到高压水后 ,因热 应力其表面就会开裂 。高压水进入产生的裂缝 后 ,由于高压水的冷却和压力作用 ,裂缝就会向钢 基界面扩展 。当裂缝达到钢基界面后 ,高压水就 会进入排列在钢基界面上的空穴 ,使沿钢基界面 的裂缝连续不断地产生 、扩展 ,从而除去鳞[1] 。 2. 2 2 次氧化铁皮( 2) 次鳞
高压水除鳞的简单机理如下 :板坯从加热炉 出来后 ,表面覆盖的氧化铁皮急速冷却 ,炉内生成 的氧化铁皮呈现网状裂纹 。在高压水的喷射之 下 ,氧化铁皮表面局部急冷 ,产生很大收缩 ,从而 使氧化铁皮裂纹扩大 ,并有部分翘曲 。经高压水 流的冲击 ,在裂纹中高压水的动压力变成流体静 压力而侵入氧化铁皮底部 ,使氧化铁皮从板坯表 面剥落 ,达到了清除氧化铁皮之目的[5] 。基本原 理示意如图 4 。
图 1 0. 09 %C、0. 54 %Si 的钢中剩余初次氧化铁皮产生的“红锈”。
3. 1. 2 w (Ni) 对氧化铁皮形成的影响 钢中含 Ni 时 ,如果发生氧化 ,Ni 集中的部分
就会凸起 ,界面形状凸凹不平 ,使鳞的剥离性恶 化 。当钢中的 w (Ni) 量达到 0. 2 %以上时 ,铁质 表面凸凹严重 ,鳞剥离更困难[4] 。 3. 2 温度和加热时间对氧化铁皮形成的影响
对热轧除鳞 ,国内外有高压水除鳞、机械法除
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鳞 、化学法除鳞 、轧制除鳞和气体除鳞等 。较普遍 的办法就是高压水除鳞 ,特殊情况下是高压水除鳞 加上机械法 、或化学法 、或轧制法 、或气体法并举 。 4. 1 高压水除鳞
Keywords hot rolling scale forming descaling
1 前 言
随着汽车工业的发展 ,要求生产更高强度钢 板的呼声日显强烈 ,而强度的提高往往要增加含 硅量 ,含硅量的增加导致铁橄榄石氧化铁皮的形 成而难以去除 。如果增加含 Ni 量 ,Ni 集中的地方 就会凸起 ,界面形状凸凹不平 ,鳞的剥离性更差 。 武钢生产的高强度 、低合金钢板也因氧化铁皮难 以去除而影响表面质量 。
板坯在高温加热时 ,钢与 O2 的化学应为 : Fe + 1Π2O2 = FeO 3Fe + 1Π2O2 = Fe3O4 2Fe3O4 + 1Π2O2 = Fe2O3 氧化铁皮的形成过程是氧由表面向铁的内部 扩散 ,而铁向外部扩散的过程 。氧化铁皮的结构 是分层的 , 里层是 FeO , 依次向外的是 Fe3O4 和 Fe2O3 。通常 ,板坯加热温度 、加热时间对氧化铁 皮的形成过程有很大影响 ,见图 2 、图 3 。
加热温度及加热时间同碳钢氧化烧损量 a 的 函数关系 ,可用如下经验公式表示 :
a = 6. 3t1Π2 e - 900Πj 式中 : a ———氧化烧损量 ,gΠcm2
t ———加热时间 ,min j ———钢的表面绝对温度 , K 由以上可知 ,快速加热将减少氧化烧损 。
4 氧化铁皮的去除方法
喷出压力Π
(N·cm - 2)
1 960 2 450 2 940 5 880 2 940 5 880 3 430 4 410 3 920 2 940
表 4 实施结果一览表
每喷嘴喷
出流量Π
(L·min - 1) 130 200 140 110 350 150 120 200 70 140
2003 年 8 月
August 2003
·综述与评介·
钢 铁 研 究
Research on Iron & Steel
第 4 期 (总第 133 期)
No. 4 (Sum133)
热轧氧化铁皮的成因及去除方法
魏天斌 (武汉钢铁集团公司)
摘 要 阐述了板坯热轧时形成氧化铁皮的原因 、影响因素 、铁皮的种类和组成 。 介绍了国内外板坯热轧时去除氧化铁皮的各种方法 ,以及各种除鳞设备和除鳞条件 ,并 针对武钢生产高强度热轧板提出了改进建议 。
B1 = f1 ( F. S. T) B2 = f2 (R) B1 :除鳞能力 B2 :鳞剥离难度 式中 , F ———钢板表面喷射水的总冲击力 ,N
F = f3 (Q. D. Po) S ———钢板表面喷射水的单位冲击力 ,Pa S = f4 ( . Po. D. L.β) T ———除鳞时间 ,s R ———除鳞剥离率 , % 利用此公式 ,得出不同 w (Si) 下去除红鳞所 需的 F 和 S ,见表 1 。
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序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
试验钢种类
A A A A B B B C C C
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导致剩余红锈及铁皮坑的形成 。英国 Henry Mar2 ston 认为 , 与 普 通 碳 钢 相 比 , 含 1. 5 % Si 的 钢 在 1 100 ℃时氧化铁皮生成较少 ,在 1 200 ℃时 ,由于 铁橄榄石的形成 ,无疑会生成更多的氧化铁皮[3] 。 日专利特开平 9 - 103816 认为[4] ,高温氧化时 ,钢 中的 Si 为选择性氧化 ,在 FeO (方铁石) 与铁质的 界面上形成 2Feo. SiO2 (铁橄榄石) ,因为铁橄榄石
图 4 高压水除鳞机理示意图
美国专利 US5697241[6] 、US5661884[7] 和 欧 洲 专利 EP056823[8] 均报导了在轧制中采用一种旋 转或偏置式高压水除鳞 ,这类高压水除鳞装置比 固定式高压水除鳞装置的除鳞效果好 。
一般情况下 , w (Si) 高的钢因形成铁橄榄石 (2Feo. SiO2 ) 红鳞 ,用高压水除鳞难以去除 。但特 开平 9 - 70611[ 9 ]对高压水的射流形状 、喷射距离 等进行了较详细的研究 ,确信不但要考虑喷射水 除鳞能力对钢板表面的总冲击力 ( F) ,而且还要 考虑单位冲击力 (S) 。并得出如下关系式 :
钢材种类
A B C
表 3 钢材的化学成分
wB
C
Si
Mn
P
S
Ni
0. 12 0. 85 1. 46 0. 018 0. 002
0. 61 1. 63 0. 85 0. 012 0. 006 0. 25
0. 83 0. 30 0. 44 0. 016Байду номын сангаас0. 003 1. 55
表 3 、表 4 说明 ,对于难除鳞的含高 Si 和 Ni 的钢 ,只要轧制时从粗轧开始到精轧前各道次采 用 25 %以上的压下率 ,而且精轧前的累计压下率
图 2 加热时间对碳素钢烧损量的影响
图 3 加热温度对碳素钢烧损量的影响
图 2 表示 ,温度在 850~900 ℃以下 ,氧化速 度很小 ,在 1 000 ℃以上急剧上升 ,而加热温度超 过 1 300 ℃时氧化速度大大增加 。
图 3 表示 ,在同一温度下 ,随着时间的增加 , 氧化速度逐渐减慢 ,但氧化铁皮生成的绝对量还 是越来越多 。
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