电工钢退火炉陶瓷辊结瘤原因分析及改进措施

电工钢退火炉陶瓷辊结瘤原因分析及改进措施
李庆胜
(宝钢股份公司 冷轧厂,上海 200941)
摘要:分析了宝钢1550电工钢连续退火涂层机组退火炉陶瓷辊结瘤的原因是带钢表面的氧化物颗粒和铁屑带入炉内,在高温还原性气氛下和陶瓷辊的辊面相互作用,并在其它各种因素的影响下产生的。

针对结瘤的机制采取了相应措施,有效地解决了陶瓷辊结瘤问题。

关键词:陶瓷辊;结瘤;电工钢
中图分类号:TG333 2 文献标识码:B 文章编号:1008-0716(2004)03-0012-04
Cause Analysis of Ceramic Roll s Pick up for
Silicon Steel Annealing Furnace and Measures for Improvement
L I Qing sheng
(Baosteel Cold Rolling Mill,Shanghai200941,China)
Abstract:It is dross pick ups on ceramic rolls of the annealing furnace for the1550silicon steel continuous annealing and c oating line that were caused by oxide particles and iron chips on surface of the strip brought into the furnace,and reacted with the surface of the ceramic rolls under the high te mperature and in reduced atmosphere,and influenced by all kinds of other factors.As appropriate measures have been taken,the proble m of pick ups on the surface of ceramic rolls has been successfully solved.
Key Words:Ceramic roll;Pick up;Silicon steel
1 前言
宝钢1550电工钢机组(SAC L)共有2条生产机组(1#SAC L、2#SACL),在生产中发生过大批量的带钢麻点和异物压入缺陷,尤其是每次定修开机后,情况更严重。

这种缺陷的存在严重影响了绝缘涂层涂敷时的均匀性和板面的平整性,导致了产品绝缘不良和叠片不佳问题,因此全部判次处理,造成巨大损失。

经过仔细分析检查发现,造成这种问题的原因是退火炉内加热段陶瓷辊面发生大面积结瘤引起的。

SACL机组在初始设计安装时,退火炉炉辊分布的原则是:带钢温度大于600 的区域使用碳套辊,带钢温度小于600 的区域使用陶瓷辊。

碳套辊使用至今,尚未发生辊面结瘤现象,而唯独陶瓷辊,特别是退火炉加热段部分的陶瓷辊(1#SACL机组主要为9#~14#炉辊;2#SAC L机组主要为5#~13#炉辊)发生了严
李庆胜 工程师 1971年生 1998年毕业于大连理工大学 现从事冷轧涂镀专业 电话 26646020重的结瘤现象。

SAC L机组陶瓷辊的编号有两种,即厂家编号为HG-311B(1#SACL中的8#~11#炉辊)的陶瓷辊和编号为LCo-56(1#SACL机组中的12#~ 14#炉辊)的陶瓷辊。

HG-311B的组成成分主要为:Cr、Ti和Ta;LCo-56的组成成分为:CoCr Ta AlY+30%Al2O3。

在停机状态下,检查结瘤的陶瓷辊,其表面布满层层条状的铁皮样瘤状物。

结瘤物一头大,一头小,长约10~15mm,宽约2~3mm,呈柳叶状,表面由于氧化而发蓝,可以利用利器层层剥落。

图1为剥离的柳叶状瘤状物实物形貌。

2 陶瓷辊结瘤原因探讨
2.1 炉辊结瘤机制
炉辊结瘤主要有两种机制[1]:一种是高温时,带钢和辊子在相互滑动下,发生机械摩擦作用,带钢表面的氧化物、铁屑等在辊子表面还原和粘结聚集形成的;另一种机制是由于辊子本身磨损氧
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宝 钢 技 术 2004年第3期
图1 陶瓷辊面柳叶状瘤状物
Fi g.1 Willow leaf s haped pick up on ceramic rolls surface
化,辊子表面的氧化物附着聚集形成的。

无论哪
一种结瘤机制,都经历了形成瘤核和聚集长大两个过程。

聚集长大是一个层层累积的过程,因此表现在瘤状物的形貌上就出现了可以层层剥离的现象。

当形成的瘤状物与辊面发生轻微的熔融、扩散和合金化现象后,部分瘤状物牢固粘附于辊面成为划伤和辊印的危害物,即前述的 麻点 缺陷;另一部分瘤状物熔融后脱落附着于带钢表面,成为所说的 异物压入 缺陷。

2.2 试验分析
为了搞清1550SAC L 退火炉陶瓷辊的结瘤机制究竟为哪一种,以便相应地采取措施,对瘤状物利用金相分析、电子探针和能谱分析等方法进行了研究。

2.2.1 瘤状物的金相组织
沿瘤状物纵向剖开,经镶嵌、研磨和抛光制成金相样,结瘤物的金相组织见图2和图3。

图2中左侧为结瘤物的外表面,外表面光滑;右侧为结瘤物的内表面,内表面粗糙。

结瘤物内有弥散的氧化物颗粒。

图3为两层结瘤物的剖面金相组织,
上下交界处氧化物颗粒较多。

图2 HG-311B 陶瓷辊面瘤状物金相组织
Fig.2 Microstructure of pick up on surface of HG 311B ceramic rolls
2.2.2 电子探针显微分析
(1)定性分析
图3 LC o 56陶瓷辊面瘤状物金相组织
Fig.3 Microstructure of pick up on
surface of LCo 56ceramic rolls
图4为结瘤物内表面的二次电子像(SEI)。

从二次电子像上能观察到,结瘤物与陶瓷辊结合较好,利用利器剥离的瘤状物内表面明显带有陶
瓷辊辊面的材质(如Cr 、Y 、Ta 和Al 等元素)。

图4 结瘤物内表面SEI 显示
Fig.4 SEI photo of pick up s inner side
能谱定性分析结瘤物内表面成分,结果见图5、图6。

从HG-311B 陶瓷辊上剥离的结瘤物内表面富集O 、Al 、Y 、Cr 、Fe 等元素,而从LCo-56陶瓷辊上剥离的结瘤物表面富集O 、Al 、Ta 、Cr 、Fe 等元素。

图5 HG-311B 结瘤物能谱定性分析
Fig.5 Energy spectrum q uali tative analysis
of HG-311B roll pick ups
(2)定量分析
扫描观察HG-311B 及LCo-56结瘤物的组织分别见图7和图8,结瘤物的基体中有弥散的析出物,应用电子探针分析结瘤物的基体及弥散
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的析出物,结果见表1
所列。

图6 LCo-56结瘤物能谱定性分析
Fig.6 Energy spectrum quali tative analysis
of LCo-56roll pick-ups
表1 结瘤物的基体与析出物电子探针定量分析结果
Table 1 Electronic quanti tive analytical results
of pick up s basis and deposi tion
%
分析部位Si Al Mn Fe O LCo-56基体0.20.10.199.6-
LCo-56析出物34.27.9 6.8 2.348.8HG-311B 基体0.40.20.499.0-HG-311B 析出物
35.1
6.9
7.8
1.4
48.
8
图7 HG-311B 结瘤物的扫描形貌
Fig.7 Scanning photo of HG-311B roll pick
ups
图8 LCo-56结瘤物的扫描形貌
Fig.8 Scanning photo of LCo-56roll pick ups
2.3 试验分析结果讨论
(1)由结瘤物的电子探针显微分析和能谱定性分析结果可知瘤状物与辊子基体间在高温下已经发生了熔融、扩散现象,使之很好结合在一起,
通过利器在辊面剥离,不同程度地附带剥离了辊面材质。

(2)由结瘤物定量分析结果来看,结瘤物基体不含Si 、Al 、Mn,主要为Fe 。

但结瘤物上析出的弥散氧化物中Si 、Al 、Mn 含量分别高达35%、7%和7%,这与陶瓷辊的基体材料根本不同,其成分与
带钢成分却是一致的(富含Fe 、Si 、Al 、Mn 等元素)。

可见,层层累加的瘤状物正是由带钢直接带来形成的。

因此,从其形成机制来说,宝钢1550SACL 机组陶瓷辊结瘤属于第一种结瘤机制,即带钢与辊子在高温环境下发生机械摩擦作用,导致带钢表面各种氧化物颗粒和铁屑等在含有高
浓度氢气的还原性气氛环境下被还原和熔融、粘结。

在这种高温并带张力和摩擦力的环境下,辊
子表面的镀层有所损伤,粗糙度加大,出现明显的凹凸和孔隙。

于是带钢上的各种熔融、粘结的氧化物颗粒和铁粉就在这些孔隙开始停留堆积,并层层累加不断长大,最终形成上面描述的层状细条可剥离瘤状物。

形成的瘤状物因与辊面发生了轻微熔融、扩散和合金化,所以瘤状物内表面含有很多辊面材质成分(如Ta 、Y 、Al 、Ti 等元素)。

(3)由结瘤物发生的区段来看,结瘤辊子集中在1#、2#SACL 机组加热段,1#SACL 机组最严重的为9#~14#陶瓷辊,2#SACL 机组为5#~13#陶瓷辊。

从生产实绩来看,该段区域辐射管温度是最高的,尤其在升温过程中,温度更高。

这导致炉辊的工作条件已经远远超过了其承受能力。

这
也是带钢表面氧化物颗粒、铁屑等易在该区段陶瓷辊的辊面发生熔融、粘结的重要原因。

(4)由于生产过程中及结瘤后,为了磨掉辊子表面的结瘤物,采用过渡卷与辊面磨擦,正是带钢与辊面滑动摩擦导致了瘤状物一头大、一头小的形貌。

3 改进和预防措施
(1)对使用温度环境苛刻的区段改用碳套辊由于1#、2#SACL 机组加热段易结瘤区域的
实际工作温度已远远超过了陶瓷辊的承受能力,所以才会发生氧化物及铁屑与辊面的熔融、粘结结瘤现象。

而且,从1#SACL 机组和2#SACL 机
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组结瘤的情况来看,2#SAC L机组结瘤要明显比1#SAC L机组严重(由于2#SACL机组退火炉内加热段为氧化性湿气氛的缘故),这说明2条机组在该区段的陶瓷辊都存在选型不符的情况,所以对最易结瘤的区段改用耐结瘤能力更好的碳套辊。

碳套辊结构为钢轴外安装一个石墨碳套。

石墨很软,具有很好的润滑性。

用石墨制成的碳套辊虽然易氧化,但不产生固体氧化物,一般碳和氧反应生成CO或C O2气体排出,完全杜绝了第二种结瘤机制(辊子本身氧化磨损产生的氧化物等)造成的结瘤现象。

此外,由于石墨材料本身良好的润滑性和柔软性,不易粘结熔融金属和氧化物,对于带钢表面的结瘤聚集形核物也很难附着于碳套辊辊面上,即使已经形成瘤状物粘附辊面也很容易脱落和嵌进辊内而不露出,从而有效地避免或大大减少了带钢由于结瘤造成的划伤和辊印缺陷。

(2)控制炉内气氛
连续退火脱碳时,气氛中露点的高低、H2含量的多少及气氛温度的高低都与结瘤有着极大的关系。

图9(a)为利用钢辊传送带钢,带钢在露点为30 和水蒸气/氢气分压比P H
2
O/P H2=0.07的60%H2+N2中900 退火时,将脱碳段(700~
850 )P H
2O
/P H
2
保持在0.085~0.11之间。

如此
处理后,辊面产生结瘤致使带钢出现划伤。

检查炉辊瘤成分为4.1%SiO2,0.5%FeO,1.2%Al2O3, 1.3%MnO,87.5%Fe[2]。

退火前带钢表面附着的氧化物被氢气还原成铁而堆积在炉辊表面,这也是辊面氧化物被还原从而形成炉辊瘤的主要原因。

实践表明,在露点、炉温都较高的2#SAC L机组的第一、第二加热脱碳段,炉辊结瘤最严重。

而在大于850 的更高温区域,虽有铁被还原但因温度高都粘附在带钢上,基本不造成炉底辊结瘤。

为了验证温度、露点和氢气含量等对炉辊结
瘤的影响,采取增大P H
2O
/P H
2
到大于0.12,即减
少氢气量和增加氮气量,减少气氛的还原性,结果大大减少了结瘤,见图9(b)[2]。

因此,在高浓度的含氢气氛中,氧化铁等被还原再熔融粘结的可能性要大得多。

为了减少氢气还原氧化铁的量,对2#SAC L机组脱碳段炉内气氛进行严格控制。

如果露点大于+30 时,采用降低氢气浓度,增大
P H
2O/P H2值,对于抑制2
#SACL机组脱碳段辊子
结瘤起到很好的作用。

图9 炉辊结瘤和炉内气氛的关系
Fig.9 Relationship between pick ups on the roll
and furnace atmosphere
(3)提高带钢表面的清洁度
带钢表面的氧化物颗粒和铁屑是瘤状物产生的源泉。

为此,必须加强清洗段的清洗效果,充分去除来料带来的各种粉尘杂物。

通过反复试验,调节好刷辊的刷洗电流大小来确保带面的清洁度,改进刷辊的开、闭操作,在通成品卷、磨辊料和过渡卷时,刷辊不打开,而是正常刷洗,从而大大减少带钢带入炉内的氧化物及铁屑等杂质。

另外,加强焊接管理和过渡卷的管理,减少焊渣带入及氧化严重过渡卷的使用。

并且,对过渡卷通板时,要求不低于工艺速度的80%,避免因过渡卷在炉内氧化严重而在高温高氢环境下,带钢表面的氧化物被还原与辊子发生熔融粘结形成结瘤物。

(4)合理调整辊速
合理调整炉辊转速,使之与带钢速度同步,避免过大的速度差使得摩擦加剧而将带钢表面残留的铁粉或氧化物等带到炉辊上。

另外,在定修时重新测量辊径输入到电气画面中,从而达到对辊速进行修正的目的,间接减少了实际辊速和带钢速度的差。

(下转第31页)
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确度,因此要定期清洗。

(9)零点漂移和调零
零点漂移来自流量传感器部分,主要原因有: 1)机械振动的非对称性和衰减;2)流体的密度粘度变化。

影响前者的因素有:1)管端固定应力的影响;
2)振动管刚度的变化;3)双管谐振频率不一致性;
4)管壁材料的内衰减。

后者影响零位的原因是结构不平蘅,因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致,到充满液体时可能产生零漂,同样因粘度引起的振动衰减与频率有关,在流动时亦可能产生零漂。

最后调零必须在安装现场进行,流量传感器排尽气体,充满待测流体后再关闭传感器上下游阀门,在接近工作温度的条件下调零。

安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。

更换测量介质种类时,为了解校准的测量结果,必须重新调零。

4 结束语
CMF是一种应用广泛、技术先进的流量仪表,CMF的应用对加强控制、计量管理和节能降耗将起非常重要的作用。

但因其技术含量高,价格也贵,故在选择、安装和使用时应特别慎重。

如果选用不当,可能会得不到所要求的精度,甚至无法测量。

特别是C MF所能测的最大流量定得很高,在最大流量时压力降和流速都很大,实际上难于承受。

另外,对于精度要求不高,又无特殊情况,不宜盲目选用C MF。

总之,要正确合理地选用C MF,使其最大限度地发挥效益。

参考文献
1 孙淮清.石油化工自动控制设计手册.第三版,北京:化学工业
出版社,2000:104~108
编辑 任 燕
(改稿日期:2004-03-23)
(上接第15页)
(5)利用定修对炉内进行清扫,减少炉内粉尘量。

(6)调整升温速率
根据炉况,降低升温速率,并使之标准化,从而在升温过程中降低辊面的热辐射量,有效减少熔融的铁粉及杂质量,减少结瘤物的聚集。

通过以上改进和预防,从根本上解决了陶瓷辊结瘤的各种环节,取得了好的效果。

表2为采取上述措施后和此前几个月未采取措施的结瘤带钢量的比较。

表2 采取措施前后陶瓷辊
结瘤导致的缺陷量比较
Table2 Comparison of defects caused by pick ups
on the rolls before and after taking measures
缺陷1月2月3月4月麻点/t375.25153.2000
异物压入/t10.08960.46164.370
缺陷总量/t385.331113.66164.370
月产量/万t 2.696 2.859 3.350 3.341
缺陷所占比例/% 1.43 3.900.490
注:1、2月份为未采取措施,3、4月份为已经开始采取措施。

4 结论
(1)SACL机组陶瓷辊结瘤机制为第一种机制,即高温下,带钢和辊子在相互滑动的机械摩擦作用下,带钢表面的氧化物、铁屑等在辊子表面还原和粘结、聚集,层层叠加长大。

在其后的过程中,瘤状物和辊面发生了轻微熔融、扩散和合金化过程,从而牢固粘附于辊面,造成了带钢辊印(麻点)和异物压入缺陷。

(2)针对结瘤原因,通过选择适型的炉辊种类、控制气氛状况、提高带钢表面的清洁度、合理调整陶瓷辊辊速、加强定修时炉内清扫和炉辊辊径管理以及调整升温速率等办法,可以有效解决SAC L机组退火炉陶瓷辊结瘤问题。

参考文献
1 H.H.Fukubayas hi,Coating for High Te mperature Pick up and Wear
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2 何忠治.电工钢.北京:冶金工业出版社,1997:525~527
编辑 李仁江
(改稿日期:2004-02-03)
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陆敏健 科里奥利质量流量计的应用。