硅钢机组炉辊结瘤控制方案的探讨

陆正谊

摘 要：硅钢生产线的硅钢连续退火机组炉辊结瘤的问题，是影响产品质量的重大难题，长期制约着企业的生产和销售，围绕世界性难题，提出了很多改进方案。首先分折机组炉辊结瘤的成份，之后查找炉辊结瘤的原因，针对性的提出了相应解决办法和措施。执行了预防和控制措施，达到解决炉辊结瘤的目的，产生了良好经济效益。

关键词：硅钢连退机组；炉辊结瘤；熔融；硅钢基材；牌号；方案

0前言

硅钢连续退火机组炉辊结瘤的问题是世界性难题，是硅钢连续退火机组不可避开的一道困难，也正因为容易结瘤，所以硅钢退火机组的炉辊不像其他退火机组一样采用钢辊，而是采用石墨碳套辊或者采用了陶瓷辊，就是为了避免产生的结瘤无法消除，从而带来产品质量的下降。炉辊结瘤会导致带钢表面有凸包缺陷，严重时影响涂层的均匀性和叠片系数，给客户的生产带来影响。

1硅钢连续退火机组炉辊结瘤的成份

据资料介绍，经对结瘤物的金相组织分析，电子探针显微分析，能谱定性分析及定量分析，炉辊结瘤的主要成份为：4.1%SiO2，0.5%FeO，1.2%Al2O3，1.3%MnO，87.5%Fe。

由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，结瘤主要成份为铁，说明结瘤主要是剥离硅钢基材。

2硅钢连续退火机组炉辊结瘤产生的原因

2.1外来氧化铁皮被带入炉内

在机组启动升温或工艺调整时，机组需要运行调整钢卷，这些调整钢卷反复使用，导致表面存在氧化铁皮，这些氧化铁皮进入炉内，粘附在炉辊表面，如果刚好炉辊存在缝隙，就会与炉辊有一定的结合力，从而在后面的运行中形成结瘤。

2.2 钢带表面铁粉

钢带表面在轧制过程中，表面会有铁粉脱落，与轧制油一起附着在钢带表面，虽然经过脱脂段的清洗，但仍会有少量的铁粉进入炉内，且此类铁粉体积小，很容易脱落下来形成结瘤，是硅钢生产过程中要十分重视的一个方面。

2.3 钢带表面氧化层还原后海绵铁

无论钢卷表面如何干净，其表面总是有氧化层，另外，硅钢卷首先进入无氧化炉后，也会有少量的氧化，这些氧化铁进入辐射管加热段和均热段，这部分炉内有一定量的氢气，这些氧化铁会被氢气还原，还原后呈海绵状的铁，这些铁与硅钢基体的联接并不紧密，且呈近乎热融状态，会以层状粘附在炉辊表面，经反复碾压后更加緊密的粘附在炉辊上，最终形成较大的粘附层，成为结瘤。这也是机组产生结瘤的最主要的原因。

2.4 材料化学成份

理论上讲，随着硅钢基板中硅含量的增加，基板表面就越容易被氧化，不论是冷轧过程中还是进入无氧化炉中，会有更多的氧化层形成，所以硅含量的增加会加剧结瘤的形成，这也就是生产高牌号时炉辊更容易结瘤的原因。

在实际生产中，即使同样的牌号，但由于原料厂家的化学成份的微小差异和热轧、酸洗、冷轧的不同，最终对结瘤的影响也不尽相同。如涟钢的600牌号与新余600牌号在我公司机组上生产时，将两卷前后焊接生产，生产出来后，涟钢600牌号表面有较多的黑色条纹，而新余600牌号表面非常光亮，而且生产涟钢600材料时，炉内漏点明显上升，说明涟钢600材料更容易氧化，然后在还原段部分还原，还有一些无法还原，表面呈现黑色条纹（如下图）。

我公司生产800牌号及以上牌号时，炉辊结瘤较为严重，个人认为与涟钢原料有一定的关系。生产涟钢800牌号时，每班都要因结瘤问题磨一次辊，这肯定不正常，但以前生产唐钢及邯钢800时，磨辊没有这么频繁。至于涟钢原料供应天洁和浦项问题没有这么明显，主要是生产线工艺决定的，天洁公司没有无氧化炉，所以基本不存在进入炉后的氧化，浦项的无氧化炉只将钢带加热到450℃左右，氧化效果不明显，而我公司无氧化炉需将钢带加热到750℃左右，氧化效果肯定比浦项明显。

2.5炉内气氛

无氧化炉的燃料为天然气在炉内直接燃烧，燃烧后产生大量的水蒸气，虽然在燃烧时空燃比控制为还原性气氛，即让天然气呈不完全燃烧状态，但实际上，硅钢仍将与炉内的的水蒸气发生反应，形成氧化层，氧化层经还原后成为易粘附在炉辊上的海绵状铁，最终形成炉辊结瘤。

另外，据资料介绍，炉内氢气的含量也是产生结瘤的原因之一，即如果炉内PH2O/PH2过低（即炉内水的分压与氢气分压的比值），也容易产生结瘤，所以在保证还原的前提下尽量降低氢气的用量。因现在硅钢原料内含碳量很低，所以基本都不采用加湿工艺，即炉内水的分压很低，要想PH2O/PH2不过低，只能降低氢气分压，即减少氢气用量，但同时要保证钢带的充分还原。

2.6无氧化炉板温控制

据研究，无氧化炉中虽然处于还原性气氛，但燃烧天然气时产生大量的水蒸气，所以如果无氧化炉中板温过高，氧化作用会加剧，还原后的铁会引起结瘤，所以在设计时考虑出无氧化炉的温度按750℃进行设计，如果高于此温度，则结瘤风险加大。浦项的无氧化炉是按450℃设计的，氧化作用更弱，所以同样是涟钢原料，在浦项生产时结瘤情况和板面情况要比我公司的好。

2.7加热速度

当退火炉升温时，如果加热速度过快，也会加快结瘤的产生。实际是炉温与板温的差异过大时，炉辊的温度远高于板温（炉辊为碳辊，颜色为黑色，容易吸热，且炉内气氛为高温，而板面为亮色，不容易吸热，入炉时板温也较低），而高温是引起结瘤的原因。

2.8炉辊材料

硅钢退火生产线一般有两种材料，第一是碳套辊，第二种是陶瓷辊，其基本原因就是因为硅钢退火生产过程会结瘤，这两种材料都可以将结瘤磨掉，以保证生产的连续性。但这两种材料的结瘤磨掉的基理不一样，陶瓷辊主要是磨平，而不能完全磨掉下来，结果就是表面还是有小的划伤点，而且容易再次长大，必须进行新一轮的磨辊；碳套辊主要是磨掉，较大的是磨平，所以碳套辊生产的板面质量明显会好于碳套辊，而且理论上每次磨辊后使用的周期会更长。

从成本上分析，陶瓷辊硬度高，耐磨，使用周期可达5年左右，每吨成本约0.5元，但碳套辊材质软，不耐磨，平均使用寿命只能达到6个月左右，每吨成本约5元。

3需要采取的措施

针对以上结瘤产生原因的分析，相应得出应采取的措施。

3.1加强原料的酸洗，减少氧化皮，同时控制冷轧温度及压下量，减少氧化层的数量。这只能是原料厂家来控制，我公司无法控制。

3.2加强脱脂能力，减少铁粉带入到炉内。

3.2.1 保证脱脂液的碱点，将钢带表面清洗干净。铁粉大部分与轧制油在一起，如果不能清洗掉轧制油，去掉铁粉则无从谈起。

3.2.2 刷辊正常运行，刷辊的正常运行，才能将钢带表面的轧制油和部分铁粉去除。

3.2.3 电解正常运行。钢带表面有一定的粗糙度，刷辊只能将表面的轧制油和铁粉去除，但凹坑内的油脂和铁粉，刷辊就无能为力了，这部分需要电解来去除，电解一方面靠电解液溶解轧制油，带出铁粉，另一方面在钢带表面产生氢气和氧气，形成小的气泡，将轧制油脱离钢带表面，从而达到去除轧制油和铁粉的目的。

3.2.4 增加磁过滤装置。本生产线设计之初没有磁过滤，脱脂液去除的铁粉仍在脱脂液内循环，当浓度过高时，去除能力就会大大降低，后来增加了磁过滤装置，即将脱脂液内的铁粉经磁铁吸出，以保证脱脂液内铁粉量维持在较低的水平，从而达到净化脱脂液的结果。

3.3 控制好炉内气氛

3.3.1保证炉内的氧气含量在较低水平。炉内氧气含量增加后，就会对钢带表面进行氧化，还原后的海绵状铁是导致结瘤的主要原因。

3.3.2氢气维护在能还原钢带的最低水平。在加湿时和生产启动时，为保证还原，氢气量基本为120Nm3/h，正常生产时，则减少到80Nm3/h左右。

3.3.3控制好空燃比，让无氧化炉保持在还原性气氛中。这样做会损失一部分能源，也是今年采取的措施，从生产实际来看，有一定的效果，但并不是很明显。

3.4 将出无氧化炉的板温控制在750℃以下。无氧化炉的加热效率是最高的，从节能上讲应该是越高越好，但如果超过750℃以上，氧化效果就会增加，增加结瘤的可能性。

3.5控制升温速度，特别是在生产过程中。

3.6 磨辊时将温度降到650℃以下，这样磨辊效果就会更加好一些，能将大部分结瘤磨掉。

3.7 对容易结瘤的炉辊采用碳套辊，对不容易结瘤的炉辊采用陶瓷辊。现在机组退火炉共有炉辊根，其中无氧化炉10根，为钢质水冷辊，辐射管加热段12根，为双套辊，均热段52根，为双套辊，2#炉喉2根，为双套辊，循环空气冷却段30根，双套辊12根，钢辊18根，即双套辊共有78根，如果全部采用碳套辊，则费用大，维修工作量也较大，根据实验，现实际使用碳套辊52根，即辐射管加热12根，均热段40根，一方面满足了生产的需要（按最高牌号470考虑的），另一方面也尽量降低了成本和维修费用。

4特别方案

根据以往的方案和现在各钢厂的方案，当炉辊结瘤到一定程度时，机组降温，然后用厚板磨辊料（一般选择厚度为0.8mm的冷板）进入炉内，机组停止运行，点动炉辊，让炉辊与磨辊料摩擦，从而使结瘤松动掉下来，较大的结瘤如果掉不下来，也可能磨平，然后再继续升温，恢复生产。

在今年四月份，老板提出了新的磨辊方案：即在生產过程中出现了结瘤影响产品质量时，生产一部分普碳钢，在生产的过程中，控制炉辊的速度，让炉辊与生产中的普碳钢有一定的速度差，从而达到磨辊的目的。

因为还没有任何一家曾经这样磨过辊，虽然从理论上讲是可行的，但实际效果能否达到磨掉结瘤或磨平结瘤，还需经过实验的验证，经实际使用，这种方法对于结瘤初期作用较大，特别是对于生产1300牌号、800牌号时产生的结瘤基本可以消除，这样就避免了在生产过程中一旦结瘤就必须进行停机磨辊的状态，但对于600牌号的结瘤，用普碳钢的方式则只能一至两次，后面如果再用则升温到600牌号时结瘤就出来了。另外，对于长时间和较大的结瘤，生产普碳钢的方式也显得有点力不从心。

这种方式在实际使用中非常好，如果只生产1300牌号和800牌号，基本可以不停机磨辊，实际在生产1300牌号时，每三天左右就需磨辊一次，生产800牌号，每天2至3次磨辊，平均算下来，基本可以减少磨辊次数为每两天一次，而每次磨辊的损失约5000至6000元，按5000元计算，每年可节约成本约60万元，提高产量约1万吨。

这种方案可以说是世界首创！

5总结

5.1 结瘤是硅钢退火生产中必然会产生的缺陷，是硅钢退火生产中世界性问题。

5.2 原料上我们无法控制，包括成份和轧制工艺，我们只能在现有原料的基础上，加强工艺控制，寻找更适应原料的生产方法，努力延长结瘤的产生。

5.3 加强脱脂能力，磁过滤装置长期稳定运行，保障硅钢表面的清洁，以减少结瘤的产生。

5.4 生产过程中将一部分炉辊处于磨辊状态，减缓结瘤的长大，延长单次生产时间。

5.5 工艺控制上，按照硅钢的特点和结瘤理论，制定适合本机组的工艺控制方案，并严格实施，如炉内气氛控制，无氧化炉温度控制，氢气使用量控制，控制升温速度等。

5.6 合理安排生产，充分利用普碳钢生产时温度稍低的特点，在结瘤未长大时生产一部分普碳钢，压制结瘤的长大。

5.7 在不得已必须要磨辊时，尽量降低炉内温度，提高磨辊的效果。

5.8 从成本和质量两方面平衡考虑，在容易结瘤的炉辊上使用碳套辊，而不容易结瘤的炉辊上使用陶瓷辊。

参考文献：

[1]钱常耘，邱向伟.带钢横折缺陷的成因及对策[J].梅山科技，2012，（4）：49-50

[2]王国栋.中国中厚板轧制技术与装备[M.北京：冶金工业出版社，2009.]