浅析冷轧带钢在罩式炉退火中产生的粘接

收稿日期:2003-03-21作者简介:牟　浩(1968—),男,工程师,主要从事工业炉窑设计及技术开发工作.文章编号:1001-6988(2003)022*******浅析冷轧带钢在罩式炉退火中产生的粘接牟　浩1,刘　吉力2(1.马鞍山钢铁设计院有限责任公司,马鞍山243000;2.马钢冷轧板厂,马鞍山243000)摘　要:经过罩式炉退火的冷轧带钢卷在开卷时有时会出现粘接这一表面缺陷。

出现粘接的带钢卷层在平整开卷时将产生很高的开卷阻力,并在带钢表面造成带钢撕裂或折裂,同时伴随有开卷噪音。

带钢粘接受许多操作因素的影响,其中有些因素又相互影响。

对影响钢卷粘接的因素作了定性分析。

关键词:钢卷;罩式退火炉;粘接中图分类号:TG 15612 文献标识码:BAdhesion of Cold 2R olling Steel Strip R oll R aised in the Q uenchingProcess in B atch Annealing Furnace 2C auses and TreatmentsM U Hao 1,LI U Jie 2(1.Institution o f Research &Design ,Maanshan Iron &Steel Co.Ltd.,Maanshan 243000,China ;2.Cold 2Rolling Steel Strip Mill ,Maanshan Iron &Steel Co.Ltd.,Maanshan 243000,China )Abstracts :The defect of adhesion is raised when the cold 2rolling steel strip is uncoiled along with the large quantity of counter 2force after quenched in batch annealing furnace.As the result ,cracks are emerged in the steel strip ,and high level of noise is caused.Various factors are contributed to the adhesion ,s ome of which are interacted.Certain studies were made into these factors and treatments are proposed.K ey w ords :steel strip roll ;quenching in furnace ;adhesion1　前言在罩式炉退火过程中,冷却阶段开始时,被退火的钢卷中出现很高的径向热压应力,这使带钢卷层在超过600℃的温度下长达数小时的相互压合焊接在一起,由此而产生粘接。

这是造成粘接这一表面缺陷的主要原因。

另外,高的退火温度,长的退火时间,冷却阶段开始时的快速冷却,高的卷取张力,高的表面残余物,光滑的带钢表面(即低的表面粗糙度),以及薄又软的钢卷都有利于粘接的形成。

为避免出现粘接,在600℃以上时的冷却速度不能过快。

2　带钢粘接的表现形式在粘接程度相同时,粘接在一起的钢卷层分离后所出现的表面缺陷不一定相同。

薄带钢由于抗弯刚度低而趋向折裂,而较厚的带钢表面则只出现局部的损伤。

3　生产操作中的影响参数3.1　退火工艺在钢卷加热过程中,由于径向热传导,外侧带钢温度比内侧带钢温度高,由于热胀而使带卷变松。

在冷却时情况正好相反。

冷却阶段一开始,在较冷的外区和较热的内区中的温差就远远拉大。

由于冷4缩钢卷外层收缩到内层上而极大地提高了卷层之间的压力。

这维持在高温下长达数小时的挤压力是形成粘接的主要原因。

使得在钢卷中的某些位置上出现了类似于扩散压力焊接时的条件。

退火工艺对粘接的影响是直接通过温度和时间的作用,但间接地是通过钢卷中由温度场产生的热应力来影响粘接的形成。

退火温度愈高,冷却速度愈快,则内外温差愈大,形成的热应力也越大,尤其是冷却开始时形成的压应力更大。

因此,在冷却开始阶段带钢温度高于600℃时,冷却速度不能过快。

另一方面,退火时间愈长,则钢卷在高的径向热压应力状态作用下的时间越长,更有利于某些位置扩散压力焊接条件的形成,从而更利于粘接的形成。

退火工艺中影响粘接的因素还有采用的保护气体的种类。

对于全氢罩式退火炉,由于氢气的热导率较其他保护气体要高得多(是氮氢型保护气体的6～7倍),且通过强烈的对流热交换,可大大缩短退火周期,同时又可改变钢卷温度场分布,使钢卷在实现光亮再结晶退火的同时有效地减少了钢卷的粘接。

3.2　表面残余物质的影响冷轧后,在带钢表面将不可避免地会残余一些轧制残余物,如表面残余氧化铁粉、残油以及残余乳化液等油脂与脏物。

这些物质在全氢罩式退火炉中将会发生一系列的化学反应,其中轧制油与残余乳化液在还原高温气氛作用下,大部分将发生分解并挥发掉。

而表面残余的氧化铁粉在全氢高温还原气氛下将被还原成微细的纯铁粉颗粒,即Fe2O3+H2ϖFe+ H2Oξ。

此表面残余氧化铁粉在高温全氢气氛下转变为微细纯铁粉颗粒,这一化学反应过程使得紧紧压合在一起的卷层就有可能焊合在一起,形成粘接。

因此,降低表面残余物质,尤其是表面残铁粉的量能有效地降低粘接的发生。

一般要求冷轧时通过合理选择乳化液系统,以及通过调节喷吹压力等措施,使冷轧后带钢表面残余氧化铁粉控制在150mg/m2每面以下,而残油量要求控制在300mg/m2每面以下。

如有可能,在某些情形下有必要在乳化液系统中添加一定量的抗粘接剂。

在有些企业的冷轧产品生产过程中,就采用脱脂机组对冷轧后的半成品进行脱脂处理,然后再进入罩式退火炉退火,其目的就是为了降低表面残余物的含量以减少粘接的发生。

3.3　卷取张力的影响卷取张力是形成钢卷高温冷却时卷层间压应力的重要因素之一。

冷连轧卷取张力越大,则退火冷却时层间热压应力也越大。

因此,有些钢铁企业对于冷轧卷取张力是有严格规定的(尤其是对于材质柔软的薄规格产品),如在开始卷取阶段的卷取张力可以大些(40～46N/m m2),在卷取一定的数量以后,将卷取张力减少到20～24N/m m2左右。

当然,卷取张力的选择首先要满足冷连轧轧制工艺对各段张力的要求。

张力对粘接的影响除表现为张力的大小外,整卷张力的稳定也是一个重要的因素。

如果张力的波动过大,势必会造成钢卷某些部位的卷取张力过大,在这些部位形成的热压应力也越大,有利于粘接的形成。

3.4　表面粗糙度的影响带钢表面粗糙度对钢卷粘接的总体影响趋势为:愈光滑的带钢表面愈易于产生粘接。

其原因是:具有高的粗糙度的带卷,其卷层间接触点的数量比低的粗糙度的带卷要少,接触点的大小也比低粗糙度的带卷要小,因此其卷层间的微观压力也不同于具有低粗糙度的带卷。

这样在退火冷却时,虽然由于宏观热压应力的作用形成卷层间的微观压应力,但由于高粗糙度的带卷卷层间的接触点数量少且尺寸小,因此减少了扩散压力焊接点的形成,减少了焊接发生的概率。

粗糙度是冷轧薄板生产轧制工艺中的一个重要参数,这不光是下道工序(如罩式退火或涂镀)对冷轧轧制的要求,冷轧轧制工艺本身对粗糙度也有要求。

因此,对于冷轧轧辊需要定期地进行磨辊与打毛,且在轧制时需对粗糙度进行监控与检测。

3.5　其他因素除上述因素外,钢卷的几何形状、钢卷材质、平整工艺等对钢卷粘接都存在一定的影响。

钢卷的几何形状(如厚度、宽度、板形、平直度)会直接影响到钢卷温度场和应力场的分布,这是几何形状影响粘接的直接原因。

不规则的几何形状更有利于粘接的形成。

另外,柔软的薄规格产品也有利于粘接的形成,可能的原因是:柔软的产品其延展性好,因此在平整开卷时刚性不足,更倾向于发生撕裂或折裂。

平整工艺对粘接的影响主要表现在开卷速度,若在钢卷中产生轻度的粘接,可在平整时通过提高开卷速度把粘接降低到可接受的程度。

(下转第48页)14《工　业　炉》　第25卷　第2期　2003年5月 (2)炉子燃料热量组成转炉煤气热量:1944×4.18×104k J/h(占77.8%)。

高炉煤气热量:556×4.18×104k J/h(22.2%)(3)燃料小时消耗量转炉煤气:10800m3/h;高炉煤气:6030m3/h。

(4)转、高炉煤气混合体积比10800∶6030=1.8∶1转、高炉煤气单位体积百分比含量66.17%(转),35.83%(高)(5)混合煤气热值　Q=1441.7×4.18k J/m3(6)空气耗量　V B=20250m3/h(7)产生烟气量　V r=34094m3/h5　应用效果经过一系列技术改造及生产操作的改进,取得了良好的经济效益和社会效益,实现了转、高炉煤气混烧替换重油与高炉煤气混烧的目的。

按2002年9月改造后生产统计数据,在炉子产量100t/h情况下,高炉煤气耗量为10314m3/t材,转炉煤气耗量为82m3/t材,按年产量60万t计算(重油单价1.5元/kg,高炉煤气0.05元/m3,转炉煤气0.10元/ m3),改造项目的总投资为232.42万元。

计算结果为:(1)改造后t钢能耗费用103m3/t×0.05元/m3+82m3/t×0.1元/m3= 13.35元/t(2)改造前t钢能耗价格13kg/t×1.5元/kg+140m2/t×0.05元/m3= 26.5元/t。

(3)年经济效益(26.5-13.35)元/t钢×60万t=789万元(4)回收期232.42÷789×12=3.35个月,全部收回技改总投资。

6　结论该项目成功地完成了转、高炉煤气混合燃烧,轧钢加热炉实现了高产、节能、降低生产成本、改善环境污染的目的,取得了可喜的技术经济效益和社会效益,为中、小型钢铁企业及无焦炉煤气的钢铁企业提供了一个可以借鉴的经验,填补了钢铁企业的一项空白。

参考文献:[1]　王秉铨.工业炉设计手册[M].北京:机械工业部出版社,1996.[2]　钢铁厂工业炉设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社,1979.[3]　日本住友金属工业株式会社相关资料[Z].(上接第41页)4　结论本文的出发点是定性地分析与寻找在罩式退火炉中钢卷层间粘接的主要原因。

为了避免粘接,就要在罩式炉中创造不粘接的条件。

就是说使带钢和钢卷具有良好的先决条件,即具有达到上限的粗糙度,最少的卷取张力和几何误差以及最少的表面残余物质。

这样在全氢罩式炉中就还只有退火温度、退火时间和冷却速度影响带钢产生粘接。

对于罩式退火炉的生产操作来说,可以下这样的结论:要从尽量低的卷芯温度一直到低于约600℃的临界温度这一点出发来设定一种递增的冷却速度,这样就能在高温时出现较轻微的热压应力。