全氢罩式退火炉黑卷产生原因及防范措施

闫玉三 周文宾 苏晓智

摘 要：针对酒钢碳钢冷轧在2018年罩式炉产生批量黑卷缺陷，本文对产生黑卷的机理进行了详细的分析，并提出了改进的措施。同时对采取措施前后黑卷缺陷率进行了对比，验证了措施的有效性。

关键词：退火;乳化液;氢气吹扫;黑卷

一、前言

酒钢碳钢冷轧引进奥地利艾伯纳公司的全氢罩式退火炉生产设备，在全氢气氛下对冷硬卷进行再结晶光亮退火处理。退火处理前的冷硬卷具有较强的加工硬化，强度与硬度偏高，塑性与韧性偏低的特点，不利于再加工。退火的目的是将冷硬卷加热到再结晶温度以上保温一段时间后，再缓慢冷却，进而消除加工硬化，提高韧性与塑性的一种热处理工艺。

酒钢碳钢冷轧罩式退火炉前道工序缺少脱脂机组，来料表面残油残铁较高，若退火工艺不符合工艺要求，就不能完全将带钢表面的残留物完全吹扫干净，在带钢表面形成黑色缺陷，造成冷轧卷产品降级，黑卷严重时甚至会导致平整机在轧制过程出现带钢打滑、跑偏、断带等事故，给冷轧卷的生产带来较大的影响。

二、黑卷产生的机理

在全氢罩式炉退火过程中，氢气在保证表面清洁度当中发挥着至关重要的作用。加热时，残留在带钢表面的乳化液等杂质随着温度的升高，首先蒸发出水蒸气与气态的碳氢化合物。水分是在100℃时挥发，乳化液等油类杂质在大约190℃开始挥发，温度升高到300℃-600℃未随热气体排除的碳氢化合物开始发生热分解反应。碳氢化合物高温分解产物除了氢气外，主要为饱和烃中的甲烷与不饱和烃中的乙烯和丙烯。甲烷在高温下继续发生热分解反应生产活性碳原子，活性碳原子极易被吸附到带钢表面形成分子碳，在带钢表面形成碳黑与焦炭状的固体沉积物。其反应式为：

这是一个可逆的反应，随着温度的升高或氢气含量的降低，会使正向反应加剧，析出活性碳原子，在带钢表面形成碳黑。而当炉内氢气含量较高时，会延缓碳氢化合物的分解，会使逆向反应加剧，使积碳还原，并生成甲烷气体，随废气排除，从而降低黑卷缺陷的产生。因此对于黑卷缺陷的发生，要在300℃-600℃时要保证充足的吹氢量，进而提高表面质量，提高反射率。

从上述吹扫机理中可知：钢卷在退火过程中，如果不能提供充足的吹氢量，钢卷表面残留的乳化液就不能完全发生热分解反应而被吹扫干净，冷却后就会附着在钢卷表面形成黑卷缺陷。

三、黑卷产生的主要因素

（一）原料因素

（1）热轧带钢原料的氧化铁皮过厚，在正常酸洗条件下，很难完全去除，残留的氧化铁皮经轧制压入钢板表面，带有的铁粉微粒吸附大量轧制油，使带钢表面残留物增多;

（2）乳化液中有杂油混入、皂化值较低，或乳化液中铁粉和灰分含量超标;

（3） 设备漏油、或管道上的积油、或机架内油泥滴到钢板表面，轧入时钢卷温度过高时使油质碳化。或长时间停机，板面乳化液油水分离，油粘在带钢表面上;

（4）空气吹扫装置效果较差，压缩空气内含油和含水量增多;

（5）带钢板型不良，存在浪形。

（二）全氢罩式炉退火工艺

（1）退火程序设定不合理，在乳化液挥发高峰点时不能提供充足的吹氢量;

（2） 退火时，升温速度过快，乳化液残留物不能及时挥发干净;

（3）未对退火曲线实施有效监控，因罩退吹扫系统出现异常或吹扫程序未按程序设定执行导致氢气吹扫量不足而不能将带钢表面的残留物完全吹扫干净。

4. 防范措施

（一）对于冷轧原料冷硬卷

（1）提高酸洗带钢表面质量，防止欠酸洗;加强酸洗后带钢表面质量检查和记录，避免欠酸洗造成轧制时氧化铁皮压人带钢表面吸附轧制油或杂油;

（2）正常轧制时加强对乳化液的维护，保证乳化液的清洁度，定期按要求开启磁过滤器、撇油器和平床过滤器，以确保乳化液的浓度、温度、皂化值等各项指标符合工艺要求;

（3） 保证轧机排油雾风机的正常运行，防止油雾、蒸汽和灰尘混合物在乳化液管道和空气管道上凝结后滴在钢板表面，这些液滴受钢板高温氧化会变黑成乳化液斑点。加强换辊时对各液压油路，管道进行检查，发现漏油及时处理;

（4）在定修、或较长时间日检时对轧机内部空气吹扫装置及压缩空气喷嘴进行清洗，保证压缩空气压力和流量，保证带钢表面无乳化液残留，提高压缩空气的质量;

（5） 定期清洗轧机机架和其它辅助设备，定期清理乳化液油箱内淤泥;及时清理五机架内部淤泥。

（6）酸轧轧制工序严格控制冷硬卷板形，按照微双边浪控制，降低张力，增大层间间隙;

（7） 对冷硬卷在轧机内停机或酸槽中停机较长时间的钢卷，下线后特殊保留，以进行特殊退火程序控制。

（二）全氢罩退工艺

（1） 对于酸轧停机时间较长的带钢，对先前的退火程序进行了优化处理，优化此程序主要是以乳化液挥发期曲线（下图）为依据，在420℃时，在原有程序基礎上加一平台，时间延长3小时，保证足够的吹氢量。

（2）合理设定升温梯度，防止加热过快导致乳化液不能及时挥发造成的黑卷缺陷;

（3）岗位认真监控所有炉台的退火曲线，及时发现各类异常情况，并对其实施有效的处理措施。

五、效果对比

2018年冷轧卷表面质量缺陷统计中，黑卷缺陷占总缺陷量20%以上，严重影响了带钢表面质量。针对黑卷缺陷技术人员进行攻关制定了详细的措施，通过后期对冷轧钢卷表面的跟踪对比，冷轧卷黑卷缺陷降低到总缺陷量的1%以下。

六、结论

综上所述，酸轧联合机组须严格执行上述措施以降低冷硬卷表面残留物;全氢罩式退火炉机组必须制定合理有效的退火程序，确保乳化液两个挥发高峰期有充足的氢气吹扫量，才能保证黑卷缺陷的降低，直至黑卷缺陷消除。

参考文献：

[1]王泽林等 冷轧钢板退火炭黑缺陷的研究 鞍钢技术 2003（1）.

[2]杨洪元等 全氢强对流罩式炉退火新技术（J） 攀钢技术 1996，19（1）：22-23.

[3]苏宁，李江华，吴光耀 冷轧板退火表面发黑的原因分析（J）. 昆钢科技 2005.（4）：24-27.

作者简介：

闫玉三（1982-），男，汉族，内蒙古宁城县人，本科，毕业于内蒙古科技大学，学士学位，工程师，研究方向：冷轧工艺研究。

周文宾（1984-），男，汉族，江西上饶人，本科，毕业于北京科技大学，工学学士学位，助理工程师，研究方向：冷轧工艺研究。

通讯作者：苏晓智（1986-），男，汉族，籍贯：陕西凤翔，学历：本科，毕业于昆明理工大学，职称：工程师，研究方向：轧钢工艺研究。