帶鋼生產中氧化鐵皮的控制方法研究

李玉林+趙建勇+張欣覿

摘 要：針對帶鋼生產中出現的氧化鐵皮問題，分析了其形成原因和控制方法，并通過優化軋制工藝參數，分析了常見的五類氧化鐵皮缺陷；并通過優化軋制工藝參數，明確了在實際生產中為減少氧化鐵皮的形成所采取的適宜加熱時間、開軋溫度及終軋溫度。

關鍵詞：氧化鐵皮；熱軋工藝參數；缺陷；開軋溫度；終軋溫度

中圖分類號：F416.31 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0072-03

引言

熱軋帶鋼表面質量的影響因素有很多，如翹皮，劃傷，氧化鐵皮壓入與細孔等[1]。其中氧化鐵皮的壓入是表面質量控制的難點。熱軋過程中有30%的產量損失與氧化鐵皮缺陷有關[2]。鋼坯在熱加工時表層生成的金屬氧化物就是氧化鐵皮氧化鐵皮[3]。不同的軋制工藝決定了鋼坯氧化鐵皮的結構及厚度[4]，氧化鐵皮結構基體層到最外層依次由FeO、Fe3O4、

Fe2O3構成。

1 氧化鐵皮的形成原因及控制方法

鋼坯在進入熱軋之前需要進入加熱爐中高溫加熱，由于爐內存在氧化性氣體，很難做到無氧氛圍，致使鋼坯表面產生氧化鐵皮，通常稱作一次氧化鐵皮。一次氧化鐵皮塑性差、脆而硬，粗軋時小顆粒狀的氧化鐵皮與基體相互擠壓，使鋼坯表面呈現凹坑。

引起帶鋼生產中出現的一次氧化鐵皮壓入缺陷的原因：（1）高壓水除磷機設備不完善，噴嘴堵塞、磨損以及噴射距離不合理都會引起帶鋼表面除磷不徹底，導致一次氧化鐵皮壓入；（2）一次氧化鐵皮與板坯界面結合力較強而難以用除磷機徹底清除，進而隨板坯進入粗軋工藝[5]。為防止此類缺陷產生，應確保過濾網無阻塞、除鱗水噴嘴暢通、高壓水除鱗機水量充足[6]。

帶鋼在粗軋過程中要經過多道次軋制，粗軋時每個道次鋼坯都會與空氣和水接觸產生二次氧化鐵皮。二次氧化鐵皮需要經過粗軋和精軋之間的高壓水除磷機去除，此時的氧化鐵皮與帶鋼的表面應力小、脫落性差而難以去除。如果二次氧化鐵皮未清理干凈而進行精軋就會導致二次氧化鐵皮壓入缺陷，對此二次氧化鐵皮的清除需要保證除磷設備的正常運轉和較強的水冷能力。

帶鋼在精軋過程和精軋后到最終卷曲冷卻中生產的氧化鐵皮稱作三次氧化鐵皮。它的產生是由于精軋工作輥軋制時反復承受巨大壓力導致軋輥輥面老化，氧化膜脫落造成的[7]。這層氧化膜會黏附帶鋼表面形成壓入缺陷，導致帶鋼表面粗糙不平整，同時氧化膜脫落造成的輥面凸起部分與帶鋼相互作用，在周圍空氣中形成三次氧化鐵皮。

2 氧化鐵皮缺陷分類及解決方法

從氧化鐵皮產生原因分析：氧化鐵皮共分除磷系、板道系、溫度系、軋輥系、粘鐵系。

（1）除磷系：此種缺陷在鋼坯表層常表現出長條形且沿著軋制方向粗大壓入，并且長條形壓入還會出現多處斷裂，此類鐵皮多為一次或二次氧化鐵皮。

解決方法：定期檢修，換輥或躲峰時檢驗噴水嘴有無壞損，同時按時維修其它相關除磷設備噴嘴；檢查噴嘴噴水時是否能夠完全覆蓋表面，并全力避免異物進去除磷系統。

（2）板道系：鋼坯下表面在同一點處常出現多個類似板條狀的氧化鐵皮缺陷，此種鐵皮缺陷在結構上常見的氧化鐵皮有很大不同。

解決方法：軋制時避免出現發現死輥，定期檢驗軋輥是否正常運轉；檢查軋制線上各處分布、機架內出入口導板、刮水板螺絲等磨損等情況等；關注卷箱區、夾送輥區、輸送輥道、除磷區及小立輥區各個板道及輥面狀態，有無異物、硬點凸起。

（3）溫度系：溫度系氧化鐵皮呈疏松狀或散沙狀，這種由軋制溫度而引起的氧化鐵皮是三次氧化鐵皮。

解決方法：如果進行精軋前溫度過高，會造成較多的氧化鐵皮，同時終軋溫度也會偏高，較高的終軋溫度不利于熱軋生產，所以可以適當減少精軋時開始溫度；熱軋速度越高，熱軋鋼坯的氧化越慢，機架間的冷卻水能夠增加熱軋速率，即為了減少此類缺陷可以加大冷卻水使用，并注意機架入口溫度。

（4）軋輥系：鋼坯表層出現的黑點形氧化鐵皮是由軋輥的輥面脫落時在其表面形成一些細線條形、小斑點形及流星形的外貌造成。三次氧化鐵皮常常表現為軋輥系氧化鐵皮，并且呈現柳葉狀及小舟狀多種形態。

解決方法：在熱軋帶鋼生產中應該保證軋制輥的工作溫度，標準生產時軋制輥溫度不大于70℃；同時軋輥冷卻水過濾網要不定時更換；檢查維護軋輥表面氧化膜，防止脫落。

（5）粘鐵系：粘鐵系氧化鐵皮缺陷通常很難酸洗，顏色上呈暗紅色，外貌則是橢圓形或者圓形，很小的情況下會出現較淡顏色的無規則狀形貌。

解決方法：檢按期檢驗維修設備時，打開機架水，清除里面的雜物粉塵及其它不利物體；定期檢修時，確保機架出口下切水板噴嘴噴水全表面覆蓋。

圖1是常見的幾種氧化鐵皮缺陷，圖（a）代表局部未除磷形成的條帶狀氧化鐵皮缺陷，常發生于粗軋、精軋，由于除磷機個別噴嘴堵塞，導致局部區域未除鱗；圖（b）代表粗大氧化鐵皮缺陷，一般帶狀分布，有延伸變形痕跡，有明顯深度分布，發生原因常為粗軋或精軋前機架軋輥嚴重磨損；圖（c）代表彌散狀氧化鐵皮缺陷，呈現較深的鐵皮點狀壓入，不均勻分布，此種缺陷往往由于軋制溫度過高引起；圖（d）代表擦傷狀氧化鐵皮缺陷，呈線狀、條狀，通常由軋輥或花架摩擦帶鋼表面引起。

3 熱軋工藝參數對氧化失重率的影響

熱軋工藝中氧化鐵皮的形成主要受加熱時間和溫度影響，本實驗主要研究爐內加熱時間、開軋溫度及終軋溫度的熱軋工藝參數，探索以上因素對氧化失重率的影響。

首先探究加熱爐內板坯合適的加熱時間，圖2是試樣在加熱爐內氧化失重率隨加熱時間的增加而變化的曲線。從圖中可看出，隨著時間增加，氧化失重率增加，即氧化鐵皮逐漸增加。在加熱開始階段，氧化失重率急劇增加，是由于鋼坯與含氧氣體接觸產生氧化鐵皮，但是達到一定時間后，鋼坯表面生成的氧化鐵皮隔絕了空氣與基體的接觸，使氧化失重率趨于平穩。為了達到熱軋時軋制要求，鋼坯在加熱爐內的加熱時間應選取15min。endprint

圖3是開軋溫度和氧化失重率的關系曲線，通過熱軋工藝數據分析，鋼坯開軋溫度控制超過上限，會導致帶鋼在粗軋機架出口形成熔化態的氧化鐵皮，精軋機前的除磷機很難除去，從而造成氧化鐵皮缺陷。如果開軋溫度太低，達不到軋制工藝要求，根據圖3，開軋溫度選取1140℃。

圖4是終軋溫度和氧化失重率間的關系曲線，如圖可知，隨著終軋溫度的上升，氧化鐵皮的氧化失重率逐漸增加。但在開軋溫度不變的情況下，終軋溫度越低，則溫降越大，過冷度越低，FeO就越容易發生先共析轉變。所以隨著終軋溫度的降低，FeO含量逐漸減少，Fe2O3、Fe3O4含量逐漸增大。在氧化鐵皮中，FeO含量逐漸越多，越容易酸洗，Fe2O3越多酸洗越困難，所以應適當升高終軋溫度，減少帶鋼在軋制過程中的溫降，以減少Fe2O3的生成。結合實際生成工藝，終軋溫度選取860℃比較適宜。

4 結束語

氧化鐵皮的產生是不可避免的，但是為了盡量減少氧化鐵皮的形成，需要全面掌握其產生機理，制定準確的防氧化措施來確保生產工藝的順利進行。

（1）通過對氧化鐵皮的形成原因和氧化鐵皮缺陷分類，系統介紹了解決氧化鐵皮的具體措施：定期檢修更換高壓水除磷機和噴嘴、加強軋輥表面維護、控制軋輥溫度及軋輥冷卻水過濾網等設備。

（2）通過研究熱軋工藝參數對氧化失重率的影響，優化了熱軋時的工藝參數，確保在帶鋼生產中更好的減少氧化鐵皮的生成，鋼坯在率內加熱時間選取15min，開軋溫度確定在1140℃，終軋溫度確定在860℃。

參考文獻：

[1]陳月木.熱軋高強鋼氧化鐵皮控制技術研究[D].秦皇島：燕山大學，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]孫彬，曹光明，賈濤，等.熱軋高強鋼氧化鐵皮演變規律的研究[J].鋼鐵，2010，45（11）：53-56.

[4]Orowan E. Zur Kristall Plas Tizitt[J].Zeitschrift fur Physik， 1934，89：605.

[5]陳連生，盧 瑋，宋進英，等.鋼板表面氧化鐵皮缺陷形貌及產生原因分析[J].鋼鐵釩鈦，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.endprint