安钢 1780 mm热轧带钢氧化铁皮成因及对策

张海涛 李长春 高建舟 寿叶红 王超海 李敬

(1.北京科技大学; 2.安阳钢铁股份有限公司)

安钢 1780 mm热轧带钢氧化铁皮成因及对策

张海涛1,2李长春2高建舟2寿叶红2王超海2李敬2

(1.北京科技大学; 2.安阳钢铁股份有限公司)

通过分析氧化铁皮的组成、结构和性质,结合安钢 1780 mm热轧生产工艺,对带钢表面氧化铁皮的形成原因进行了分析,并提出了减少带钢表面氧化铁皮的改进措施。

热轧带钢 氧化铁皮 除鳞 温度

0 前言

安钢 1780 mm热连轧生产线是安钢实现设备大型化、工艺现代化、产品专业化的现代化生产线之一,于 2007年 6月竣工投产,年设计生产能力 350万 t/年 ,轧制规格 (厚 ×宽 )为 (1.2～19)mm ×(800～1630)mm,主要产品有碳素结构钢、低合金结构钢、冷轧基料、汽车用钢、焊瓶钢、桥梁钢、管线钢等。虽然在生产过程中 1780 mm热连轧产能得到了极大提升,但是部分带钢表面存在氧化铁皮的质量缺陷,使成品表面粗糙不平,甚至出现凹坑和麻点,严重影响了带钢的产品质量与机械性能。通过对热轧带钢表面氧化铁皮的形成原因进行研究分析,并采取措施予以改进,使热轧带钢的表面质量大幅提高,进一步提升了安钢产品的市场竞争力。

1 热轧带钢表面氧化铁皮概述

氧化铁皮是指板坯在加热炉内加热或高温状态下与氧化性气氛接触后发生化学反应,生成 Fe304、Fe203、FeO的一种混合物。氧化铁皮一般分为三层:最外层是结晶构造的氧化铁 (Fe2O3),约占整个氧化铁皮厚度的 10%,其细腻有光泽、松脆、易脱落,并具有阻止内部继续剧烈氧化的作用;第二层是致密、无孔和裂缝、成玻璃状断口的磁性四氧化三铁(Fe3O4),约占氧化铁皮厚度的 50%;与金属本体相连的第三层是富氏体,呈疏松、多孔的细结晶组织,约占氧化铁皮厚度的 40%,主要由 (FeO+Fe3O4)组成,其中 FeO性质发粘,粘到板坯上不易除掉。图 1为 575℃以上生成的氧化铁皮结构示意图。

图1 氧化铁皮结构

热轧带钢表面氧化铁皮缺陷主要指板坯或带钢表面生成的氧化铁皮没有被完全去除,在轧制过程中将其压入带钢表面造成的一种表面质量缺陷。板坯在具有氧化性气氛的加热炉内加热到 1150℃～1250℃,板坯表面与高温炉气接触生成 2 mm～3 mm厚氧化铁皮,称为“一次氧化铁皮”,一次氧化铁皮经过精轧后压入带钢,呈小斑点、大块斑痕和带状条纹形状不规则地分布在带钢表面上,常伴有粗糙的麻点状;一次除鳞后,在粗轧轧制过程中会形成100μm左右的氧化铁皮,称为“二次氧化铁皮”,其二次氧化铁皮表现为红色鳞层,轧制后压入带钢表面呈明显的长条状,沿轧制方向呈带状分布 (如图 2所示);在粗轧后的精轧过程中高温带钢表面与空气中的氧结合形成的氧化层称为“三次氧化铁皮”,三次氧化铁皮压入带钢表面呈颗粒状,分布多像分散的盐粒。

图2 带钢表面氧化铁皮缺陷

2 热轧带钢表面氧化铁皮缺陷形成原因分析

经过对氧化铁皮性质的研究及对热轧带钢表面氧化铁皮缺陷形貌的观察,笔者认为安钢 1780mm热轧带钢表面氧化铁皮缺陷主要是由一次和二次氧化铁皮压入造成的,其主要原因有以下几方面:

2.1 加热方面

板坯加热温度、加热时间、加热方法、炉膛气氛和钢种等都直接关系到一次氧化铁皮的生成、性质以及氧化铁皮的去除效果。当煤气热值不稳定或煤气压力波动较大时,造成加热炉炉温波动大、温度不均匀,如果板坯加热温度过低,会造成氧化铁皮中FeO比例加大,FeO性质发粘,与钢基体结合紧密,造成板坯氧化铁皮不易去除;如果板坯加热温度过高,板坯表面氧化严重,甚至氧化铁皮熔化渗透入钢基体内部,难以脱落,造成轧制压入;当轧机轧制出现故障,恢复生产时间又不确定时,造成板坯在加热炉内长时间停留,如果升温降温不及时或采取方法不当,会造成板坯加热温度高,尤其是板坯头部和尾部受炉墙辐射强度较高,会引起板坯头尾局部过热,造成带钢头尾氧化铁皮去除不良;如果升温降温过程中炉膛气氛控制不好,整个钢坯表面被多次氧化与覆盖,氧化铁皮与钢基体的附着力增大,也会造成氧化铁皮去除不净;针对不同钢种要采取不同的加热温度,例如对于 Si含量高的钢种,会在 FeO和钢基体之间形成低熔点 (1170℃)的化合物 Fe2Si04,当加热温度低于 1170℃时,Fe2Si04会凝固,造成FeO难以去除;另外在轧制计划中,由于低加热温度的板坯被安排在加热时间长或加热温度较高的钢种后面,或被安排在两种加热温度都较高的钢种之间,使得不同钢种的不同加热方法和加热制度不能够被很好的执行,导致一次氧化铁皮难以去除干净。

2.2 粗轧方面

二次氧化铁皮的清除与粗轧除鳞水压力、粗轧立辊侧压能力、轧制温度和轧制速度等有关,除鳞水压力越高、立辊侧压能力越大则除鳞效果越好。热轧板坯从加热炉出来后,经高压水除去一次氧化铁皮后,进行粗轧。在短时间的粗轧过程中板坯表面与水和空气接触,在潮湿的空气中,板坯表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的 H+和OH-,还溶解了氧气,结果在板坯表面形成了一层电解质溶液,它跟板坯里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化,板坯表面产生了二次氧化铁皮。由于受水平轧制的影响,二次氧化铁皮厚度较薄,与板坯的界面应力小,所以剥离性差。如果粗轧开轧温度高,轧制速度慢,板坯表面的氧化时间长,二次氧化铁皮就会增多,如果粗轧除鳞水压力达不到设定值或粗轧立辊侧压能力不足,产生的二次氧化铁皮就不能被完全去除,残留在中间坯表面进入精轧,造成带钢表面出现氧化铁皮缺陷。

3 带钢表面氧化铁皮的改进措施

3.1 加热方面

首先在板坯装入加热炉前,严格执行板坯装炉制度,必须清除掉连铸坯本身产生的疏松的氧化铁皮和切割连铸坯时残留的毛刺,减少毛刺压入带来的氧化铁皮去除不良。然后板坯装入加热炉后严格执行板坯加热工艺制度,合理控制加热炉各段温度与板坯在炉时间,勤观察炉膛气氛和板坯的火色,正确判断炉膛气氛和板坯温度,保证板坯加热温度适宜;另外根据不同的钢种、规格、加热时间要求,合理调整加热制度,优化加热曲线,在保证加热温度前提下,尽可能实现板坯在低温段高温快速加热,减少板坯在高温段的停留时间,以减少氧化铁皮的产生;在加热过程中,出现煤气热值、压力变化,造成炉温波动不稳定,及时调整优化空燃比,保证加热炉各段温度和气氛,尤其是当煤气热值低时,要放慢出钢节奏,保证有效加热时间,保持均热段为还原性气氛。轧机停轧时,严格执行加热炉停轧降温制度,及时降低炉膛热负荷,采取间拔烧嘴的降温方法,杜绝只减煤气不减风,并将步进梁后退 4～6周期,适当关闭烟道闸门,保持炉膛压力为正压,减少炉头吸冷风;轧机重新开轧时,首先将均热段炉温提升到有效温度,待轧制正常后,加热段依次升温,以减少氧化铁皮生成量,在此之前,应制止出钢轧制。最后优化轧制计划编排,相邻两块板坯的末架粗轧机出口温度差应小于 20℃,特殊情况下,在装钢时要留出一定的空位,避免目标温度跳跃对加热质量产生不良影响。

3.2 粗轧方面

在粗轧轧制工艺要求范围内,尽可能降低开轧温度,提高轧制速度,减少中间坯与空气的接触时间,减少二次氧化铁皮;通过 提高粗轧除鳞水压力,增加除鳞道次,提高立辊侧压能力,保证氧化铁皮最佳去除效果。

3.3 生产组织方面

质检部门反馈氧化铁皮信息后,及时对加热温度、轧制节奏、除鳞点等关键环节加以调整,定时检查除鳞设备;合理控制出钢节奏,杜绝盲目生产;严控板坯在炉时间,不得超出板坯允许加热时间范围。

4 改进效果

1)由于热轧带钢的化学成分、加热温度、加热时间、炉内气氛不同,板坯及带钢表面所形成的氧化铁皮结构、性质亦有所不同,通过具体地分析研究、采取改进措施,安钢热轧带钢表面氧化铁皮缺陷得到明显改善,表面氧化铁皮缺陷比例明显减少,2010年存在表面氧化铁皮缺陷的钢卷仅占 0.1%,较2008年的 0.5%和 2009年的 0.25%,分别减少0.4%和 0.15%。

2)通过热轧生产工艺的适当调整,除鳞设备的有效使用及粗轧开轧温度、轧制速度的合理控制,提高了带钢的表面质量与性能。

5 结语

热轧带钢表面氧化铁皮缺陷具有普遍现象,安钢 1780 mm热轧机组采取的改进措施对其它同类型机组生产具有重要的借鉴意义。

[1] 薛念福,李里,陈继林,等.热轧带钢除鳞技术研究[J].轧钢钒钛,2003,24(3):52-59.

[2] 魏天赋.热带氧化铁皮的成因及去除方法[J].钢铁研究,2003(4):25-27.

[3] V.B金兹伯格[美 ].板带轧制工艺学.北京:冶金工业出版社,2000:345-360.

ANALYSIS OF SCALE FORM ING REASONS AND M EASURES IN ANGANG 1780 mm HOT ROLL ING PROCESS

Zhang Haitao1,2Li Changchun2Gao Jianzhou2Shou Yehong2Wang Chaohai2Li Jing2
(1.University of Science and TechnologyBeijing; 2.Anyang Iron&Steel Stock Co,Ltd)

Based on Angang 1780 mm hot rolling process,the for ming causes of iron oxide scale are analyzed by studying the composition,structure and featuresof scale and at the same time some improvementmeasurements are put for ward.

hot rolled strip iron oxide scale descaling temperature

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:2010—8—13