降低碳套辊结瘤实践

控制连退炉碳套辊结瘤的工艺实践赵有明游光明刘天纬李娜（中冶南方（新余）冷轧新材料技术有限公司，江西新余338025）摘要：对中低牌号冷轧无取向电工钢连续退火炉用碳套辊结瘤产生机理及原因的研究分析，制定、采取相应的措施，提高了碳套辊使用周期、产品质量及作业率，降低了生产成本，取得了较好的效果。

关键词：连续退火炉；碳套辊；结瘤；产生机理及原因Process practices of control carbon rolls pickup in continuous Annealing furnaceZhao Youming You Guangming Liu Tianwei Li Na(WISDRI (Xinyu) Cold Processing Engineering CO.,LTD.,Xinyu Jiangxi 338025,China) Abstract: It is research and analysis the mechanism and the cause for continuous annealing furnace carbon rolls pickup of middle-low grade cold-rolled non-oriented electrical steel, develop and adopt corresponding measures, life cycle of the carbon rolls, product quality and operating rates to take appropriate measures to improve, production costs have been reduced, and good results have been achieved.Keywords: continuous annealing furnace;carbon roll;pickup;mechanism and cause1. 引言冷轧电工钢连续脱碳退火炉是冷轧电工钢生产关键设备之一，其作用是使钢带在高温下进行脱碳、退火，炉内温度最高可达1000℃以上，充满混合保护气体，钢带在炉内运行速度一般≥100m/min。

碳套辊是连续退火炉的关键部件，主要起着支承带钢运行的作用，不仅用量大，而且它的表面状态直接影响钢板的表面质量。

中冶南方（新余）冷轧新材料技术有限公司主要从事冷轧电工钢的生产和开发，现有两条年产20万吨中低牌号冷轧无取向电工钢连续脱碳、涂层退火线。

整条连续脱碳、涂层退火线共有炉底辊115根，其中RTF、SF炉炉底辊使用的是Φ180mm高温碳套辊，共计81根，RJC区域使用的是Φ150mm常温碳套辊，共计34根。

连续退火生产线投产初期，由于各种原因造成高温碳套辊短时间内（1-2个月）结瘤，达不到碳套所具有的使用周期。

碳套辊结瘤后使得产品表面产生凹坑，需要对结瘤碳套辊修磨、更换，严重影响产品质量、生产效率、成本，造成较大的经济损失。

如何保证碳套辊表面质量，延长碳套辊的寿命，减少检修时间，对冷轧电工钢生产的正常运行和产品质量稳定是非常重要的。

因此，我们从碳套结瘤形成机理及影响因素等方面进行分析，制定、采取相应的控制措施，从而有效的减少了结瘤，延长了碳套使用周期。

2. 碳套辊结瘤形成机理2.1碳套辊表面形貌通过电镜扫描发现碳套辊表面存在一定量的间隙和凹坑。

图1a可以看出碳套表面，表面间隙、凹坑均匀，表面光滑。

图1b可以看出碳套辊表面存在些较大、较深且不规则的孔洞，这些孔洞进入一些氧化铁、氧化镁等异物后，经烧结、还原容易长大，形成结瘤，使得带钢表面容易产生划伤[1]。

图1 碳套表面电镜图a×300 b×18002.2 结瘤形成机理碳套辊的石墨化度为60％以上，本身是一种多孔材料，虽经渗铬、修磨处理，表面比较光滑，但是经过一段时间使用后经氧化、磨损，不可避免地要出现孔隙。

钢板表面残存的铁粉与碳套辊的摩擦碰撞过程中，在孔隙中堆积，还原、烧结长大成结瘤。

结瘤长大到一定的尺寸，有的和带钢不断的摩擦和碰撞而脱落下来，在碳套辊上留下一个更大一些的凹坑（图2a ），为产生新的结瘤提供场所；有的在与钢带摩擦碰撞过程中，使凹坑加深，愈结愈大（图2b ），结瘤在与钢板摩擦过程中不停地旋转，随着新铁粉的堆积和烧结，就长成了圆柱状的涡状瘤（图3a 、b ）[2]。

图2碳套凹坑、结瘤a 碳套辊凹坑b 碳套辊辊面凹坑、结瘤图3结瘤金相、电镜图a 结瘤切面金相图×50倍b 结瘤电镜照片×100倍2.3结瘤物成分结瘤通过能谱分析（图4），结瘤主要含有为Fe 、O 、Si 、C 及少量Al 、P 、Ca 、Mn 、Mg 等元素，含量最多的主要为Fe 。

凹坑结瘤图4 结瘤能谱分析a b3 . 产生原因分析3.1带钢表面质量原料板表面质量状况：存在因热轧卷取温度高、冷轧酸洗不干净，残存氧化铁粉较多；冷轧乳化液吹扫不干净，表面残油高；冷硬卷放置时间长、生锈，钢板表面轧制油干硬。

清洗段状况：碱洗系统因碱液浓度、活性、温度不够高；刷辊压下力或掉毛严重；碱洗槽和刷洗槽喷嘴堵塞等原因未及时处理。

以上因素均会造成清洗困难，钢板清洗效果差。

使钢带上残留油污、铁粉（图5a），与油污混在一起的铁粉被带入炉内粘在碳套辊上，易产生结瘤[3]。

退火炉运行状况：退火炉温度在400℃以上且没有通H2时，虽然炉内通有N2保护，但带钢表面还是会产生氧化，或即使在通入H2情况下使用表面有明显氧化的过度卷，都会使得表面的氧化铁皮粘附在碳套辊上产生结瘤。

NOF为无氧化气氛，但由于是明火加热，由于降速、停车炉温急速升高，电工钢Si、Al 等成分含量较高，容易氧化，实践表明工艺速度降低＞50-60m/min时，NOF区域带钢就产生较严重的氧化现象（图5b），同样容易引起结瘤。

图5 带钢表面不洁a 带钢表面铁粉、油脂未清洗不干净b 带钢炉内氧化3.2炉内气氛、温度我们公司连续退火炉所使用的碳套辊为“P处理”辊，适合于弱氧化性湿气氛条件下使用。

在这种气氛条件下，碳套表面因氧化、还原而产生的孔隙较少，结瘤现象就不容易发生。

强还原性气氛的情况下，经过渗铬处理的碳套孔隙中所充填的氧化铬被还原而失效，使碳套表面原有的孔隙被暴露出来，这样就加速了碳套表面的结瘤现象。

还原性气氛使得氧化铁粉还原成Fe，而Fe是结瘤的主要成分，为结瘤的产生提供了基础。

生产初期，考虑提高带钢表面质量，SF炉11区以后采用干氮、氢混合气，11-12区也相应成为结瘤频发区。

由于N2含氧量超标、压力低、炉压控制故障或者操作不当等原因使炉内氧含量过高，导致碳套结瘤加重甚至严重烧损碳套辊，不利于碳套辊的正常使用。

“P处理”碳套辊适用炉温为950℃以下（一般为930℃以下），炉温过高会加快碳套辊的氧化，还会加速铁粉的烧结，使结瘤更易发生并更为严重。

一般均热炉炉温控制在880℃以下就不容易出现结瘤现象。

3.3安装质量组装、安装碳套辊质量差也容易造成结瘤。

碳套辊组装时，碳套与辊芯间隙较大（高温后间隙无法消除）、两端固定不良等，碳套辊与带钢、辊芯形成速度差，形成相对摩擦（严重可至碳套产生裂纹、碎裂,图6a），铁粉易于在炉辊上富集，碳套表面结瘤加重。

安装时，没有对碳套采取较好的保护措施，表面形成划伤、凹坑等缺陷（图6b），破坏了碳套表面光滑部分而暴露出内部多孔组织，为铁粉的堆积提供了空间。

图6 碳套质量安装缺陷a 安装时划伤b 间隙大、固定不良造成碎裂4. 控制碳套辊结瘤的措施4.1提高带钢表面清洁度1)加强原料入库检验：每天抽检冷硬卷表面残油、残铁含量，要求冷轧严格按照内控标准（双面残油、残铁≤350 mg/m2）控制，发现超标了及时通知前工序检查、处理。

2)不断摸索、优化清洗工艺：根据不同的牌号、工艺速度及板面情况及时调整刷辊压力、电解电压电压、电流、脱脂剂温度等工艺参数，在保证设备稳定运行前提下提高了清洗效果。

3)降低脱脂剂中铁粉含量：定期清理磁过滤器刮板，提高过滤效果；脱脂剂循环罐定期排放，将沉淀的铁粉排出；月修时清空脱脂剂循环罐，彻底清除罐内铁粉等有害物质。

4)定期对刷辊、喷嘴、电极板检查，及时更换损坏的刷辊、电极板，疏通堵塞的喷嘴。

5)提高员工操作技能及设备运行稳定性，降速、停车时及时调整各段炉温、炉压，减少由于降速、停车引起的氧化、过烧。

4.2控制好炉内气氛1)提高入口、出口密封室密封性，入、出口炉压分别控制在10-20Pa、45-70Pa，确保炉压差，保证炉内气氛稳定。

2)加强对N2的检测，含氧量超过100ppm时及时通知供应单位，含氧量超过500ppm降温、保炉并采取其他处理措施。

3)优化SF炉干湿气体及N2、H2比例、加湿温度等参数，保证SF炉为弱氧化湿气氛。

4)点火升温过程中，炉内采用N2保护，氧含量低于100ppm；降温过程中，炉温在降到350℃以前不停氮，并且要维持炉内正压。

4.3制定合适的工艺温度根据生产产品的电磁性能，控制好各段的炉温，SF炉最高炉温控制900℃以下。

4.4优化生产安排1)优化生产计划的衔接，冷硬卷生产后入库后，及时组织生产，无特殊情况7天内必须上线生产，有利于带钢的清洗。

2)合理制定生产计划，控制连续长时间生产50ZW600牌号以上的时间，一般控制在两天内。

3)点火、烘炉时减少跑带，采用热穿带（炉温在600℃左右），避免带钢氧化；正常生产时需要安排过度卷时，确保带钢表面明显无氧化铁缺陷；停炉检修，及时抽带，采用热抽带（炉温在650℃左右）。

4.5 提高碳套辊上线、安装质量1)碳套组装前，严格检查碳套、辊芯尺寸公差、表面质量，减少、杜绝不合格碳套上线。

2)碳套组装、安装时，采取保护措施，避免碳套划伤、磕碰。

5. 取得效果改善措施实施成功后，碳套辊结瘤得到明显控制，提高了碳套使用周期，由早期的平均85天，提高到130天左右。

具体数据见表1。

表1 碳套更换周期指标6. 总结1）碳套结瘤的形成机理：带钢表面铁粉、油脂带入炉内嵌入碳套表面凹坑中经堆积、还原、烧结而形成。

2）碳套结瘤的主要因素有：带钢表面清洁度、炉温、炉内气氛及上线碳套质量。

3）通过提高清洗效果、调整炉内气氛及炉温、优化生产组织等措施可以明显提高碳套辊使用周期。

参考文献：[1] 苏语诚，尤小勇.冷轧硅钢用石墨碳套的研制[J].江苏冶金，2003，31（3）：22-23.[2] 何忠治，赵宇，罗海文.电工钢[M].北京：冶金工业出版社，2012.[3] 沈胜节.连续热镀锌退火炉存在的问题分析[J]. 钢铁研究钢，2009，37（1）：41-44.作者：赵有明，男，学士，工程师，从事工艺、产品开发工作，z198302@。