带钢生产中氧化铁皮的控制方法研究

带钢生产中氧化铁皮的控制方法研究
针对带钢生产中出现的氧化铁皮问题，分析了其形成原因和控制方法，并通过优化轧制工艺参数，分析了常见的五类氧化铁皮缺陷；并通过优化轧制工艺参数，明确了在实际生产中为减少氧化铁皮的形成所采取的适宜加热时间、开轧温度及终轧温度。

标签：氧化铁皮；热轧工艺参数；缺陷；开轧温度；终轧温度
引言
热轧带钢表面质量的影响因素有很多，如翘皮，划伤，氧化铁皮压入与细孔等[1]。

其中氧化铁皮的压入是表面质量控制的难点。

热轧过程中有30%的产量损失与氧化铁皮缺陷有关[2]。

钢坯在热加工时表层生成的金属氧化物就是氧化铁皮氧化铁皮[3]。

不同的轧制工艺决定了钢坯氧化铁皮的结构及厚度[4]，氧化铁皮结构基体层到最外层依次由FeO、Fe3O4、
Fe2O3构成。

1 氧化铁皮的形成原因及控制方法
钢坯在进入热轧之前需要进入加热炉中高温加热，由于炉内存在氧化性气体，很难做到无氧氛围，致使钢坯表面产生氧化铁皮，通常称作一次氧化铁皮。

一次氧化铁皮塑性差、脆而硬，粗轧时小颗粒状的氧化铁皮与基体相互挤压，使钢坯表面呈现凹坑。

引起带钢生产中出现的一次氧化铁皮压入缺陷的原因：（1）高压水除磷机设备不完善，喷嘴堵塞、磨损以及喷射距离不合理都会引起带钢表面除磷不彻底，导致一次氧化铁皮压入；（2）一次氧化铁皮与板坯界面结合力较强而难以用除磷机彻底清除，进而随板坯进入粗轧工艺[5]。

为防止此类缺陷产生，应确保过滤网无阻塞、除鳞水喷嘴畅通、高压水除鳞机水量充足[6]。

带钢在粗轧过程中要经过多道次轧制，粗轧时每个道次钢坯都会与空气和水接触产生二次氧化铁皮。

二次氧化铁皮需要经过粗轧和精轧之间的高压水除磷机去除，此时的氧化铁皮与带钢的表面应力小、脱落性差而难以去除。

如果二次氧化铁皮未清理干净而进行精轧就会导致二次氧化铁皮压入缺陷，对此二次氧化铁皮的清除需要保证除磷设备的正常运转和较强的水冷能力。

带钢在精轧过程和精轧后到最终卷曲冷却中生产的氧化铁皮称作三次氧化铁皮。

它的产生是由于精轧工作辊轧制时反复承受巨大压力导致轧辊辊面老化，氧化膜脱落造成的[7]。

这层氧化膜会黏附带钢表面形成压入缺陷，导致带钢表面粗糙不平整，同时氧化膜脱落造成的辊面凸起部分与带钢相互作用，在周围空气中形成三次氧化铁皮。

2 氧化铁皮缺陷分类及解决方法
从氧化铁皮产生原因分析：氧化铁皮共分除磷系、板道系、温度系、轧辊系、粘铁系。

（1）除磷系：此种缺陷在钢坯表层常表现出长条形且沿着轧制方向粗大压入，并且长条形压入还会出现多处断裂，此类铁皮多为一次或二次氧化铁皮。

解决方法：定期检修，换辊或躲峰时检验喷水嘴有无坏损，同时按时维修其它相关除磷设备喷嘴；检查喷嘴喷水时是否能够完全覆盖表面，并全力避免异物进去除磷系统。

（2）板道系：钢坯下表面在同一點处常出现多个类似板条状的氧化铁皮缺陷，此种铁皮缺陷在结构上常见的氧化铁皮有很大不同。

解决方法：轧制时避免出现发现死辊，定期检验轧辊是否正常运转；检查轧制线上各处分布、机架内出入口导板、刮水板螺丝等磨损等情况等；关注卷箱区、夹送辊区、输送辊道、除磷区及小立辊区各个板道及辊面状态，有无异物、硬点凸起。

（3）温度系：温度系氧化铁皮呈疏松状或散沙状，这种由轧制温度而引起的氧化铁皮是三次氧化铁皮。

解决方法：如果进行精轧前温度过高，会造成较多的氧化铁皮，同时终轧温度也会偏高，较高的终轧温度不利于热轧生产，所以可以适当减少精轧时开始温度；热轧速度越高，热轧钢坯的氧化越慢，机架间的冷却水能够增加热轧速率，即为了减少此类缺陷可以加大冷却水使用，并注意机架入口温度。

（4）轧辊系：钢坯表层出现的黑点形氧化铁皮是由轧辊的辊面脱落时在其表面形成一些细线条形、小斑点形及流星形的外貌造成。

三次氧化铁皮常常表现为轧辊系氧化铁皮，并且呈现柳叶状及小舟状多种形态。

解决方法：在热轧带钢生产中应该保证轧制辊的工作温度，标准生产时轧制辊温度不大于70℃；同时轧辊冷却水过滤网要不定时更换；检查维护轧辊表面氧化膜，防止脱落。

（5）粘铁系：粘铁系氧化铁皮缺陷通常很难酸洗，颜色上呈暗红色，外貌则是椭圆形或者圆形，很小的情况下会出现较淡颜色的无规则状形貌。

解决方法：检按期檢验维修设备时，打开机架水，清除里面的杂物粉尘及其它不利物体；定期检修时，确保机架出口下切水板喷嘴喷水全表面覆盖。

图1是常见的几种氧化铁皮缺陷，图（a）代表局部未除磷形成的条带状氧
化铁皮缺陷，常发生于粗轧、精轧，由于除磷机个别喷嘴堵塞，导致局部区域未除鳞；图（b）代表粗大氧化铁皮缺陷，一般带状分布，有延伸变形痕迹，有明显深度分布，发生原因常为粗轧或精轧前机架轧辊严重磨损；图（c）代表弥散状氧化铁皮缺陷，呈现较深的铁皮点状压入，不均匀分布，此种缺陷往往由于轧制温度过高引起；图（d）代表擦伤状氧化铁皮缺陷，呈线状、条状，通常由轧辊或花架摩擦带钢表面引起。

3 热轧工艺参数对氧化失重率的影响
热轧工艺中氧化铁皮的形成主要受加热时间和温度影响，本实验主要研究炉内加热时间、开轧温度及终轧温度的热轧工艺参数，探索以上因素对氧化失重率的影响。

首先探究加热炉内板坯合适的加热时间，图2是试样在加热炉内氧化失重率随加热时间的增加而变化的曲线。

从图中可看出，随着时间增加，氧化失重率增加，即氧化铁皮逐渐增加。

在加热开始阶段，氧化失重率急剧增加，是由于钢坯与含氧气体接触产生氧化铁皮，但是达到一定时间后，钢坯表面生成的氧化铁皮隔绝了空气与基体的接触，使氧化失重率趋于平稳。

为了达到热轧时轧制要求，钢坯在加热炉内的加热时间应选取15min。

图3是开轧温度和氧化失重率的关系曲线，通过热轧工艺数据分析，钢坯开轧温度控制超过上限，会导致带钢在粗轧机架出口形成熔化态的氧化铁皮，精轧机前的除磷机很难除去，从而造成氧化铁皮缺陷。

如果开轧温度太低，达不到轧制工艺要求，根据图3，开轧温度选取1140℃。

图4是终轧温度和氧化失重率间的关系曲线，如图可知，随着终轧温度的上升，氧化铁皮的氧化失重率逐渐增加。

但在开轧温度不变的情况下，终轧温度越低，则温降越大，过冷度越低，FeO就越容易发生先共析转变。

所以随着终轧温度的降低，FeO含量逐渐减少，Fe2O3、Fe3O4含量逐渐增大。

在氧化铁皮中，FeO含量逐渐越多，越容易酸洗，Fe2O3越多酸洗越困难，所以应适当升高终轧温度，减少带钢在轧制过程中的温降，以减少Fe2O3的生成。

结合实际生成工艺，终轧温度选取860℃比较适宜。

4 结束语
氧化铁皮的产生是不可避免的，但是为了尽量减少氧化铁皮的形成，需要全面掌握其产生机理，制定准确的防氧化措施来确保生产工艺的顺利进行。

（1）通过对氧化铁皮的形成原因和氧化铁皮缺陷分类，系统介绍了解决氧化铁皮的具体措施：定期检修更换高压水除磷机和喷嘴、加强轧辊表面维护、控制轧辊温度及轧辊冷却水过滤网等设备。

（2）通过研究热轧工艺参数对氧化失重率的影响，优化了热轧时的工艺参数，确保在带钢生产中更好的减少氧化铁皮的生成，钢坯在率内加热时间选取15min，开轧温度确定在1140℃，终轧温度确定在860℃。

参考文献：
[1]陳月木.热轧高强钢氧化铁皮控制技术研究[D].秦皇岛：燕山大学，2015：1-2.
[2]Michal Krayzanowski，H Beynon，Didier C J Farrugia. Oxide Scale Behavior in High Temperature Metal Processing[M].Germany：Wiley-VCH，2010：20-24.
[3]孙彬，曹光明，贾涛，等.热轧高强钢氧化铁皮演变规律的研究[J].钢铁，2010，45（11）：53-56.
[4]Orowan E. Zur Kristall Plas Tizitt[J].Zeitschrift fur Physik，1934，89：605.
[5]陳连生，卢玮，宋进英，等.钢板表面氧化铁皮缺陷形貌及产生原因分析[J].钢铁钒钛，2013，34（1）：88-89.
[6]Xue Nianfu，Li Li，Chen Jilin，et al. Study of scale removal technique for hot strip steel[J]. Iron Steel Vanadium Titanium，2003，24（3）：52-58.
[7]Li Huaming. Defect control for baosteel 2050 mm hot strip’s surface scale[J].Baosteel Technology，2007，3：37-40.。