冷轧轧硬卷表面乳化液斑的形成机理.ppt

冷轧轧硬卷表面乳化液斑的形成机理及改进措施,莱钢板带厂 高荣庆,1、莱钢板带厂冷轧薄板生产线简介 2、乳化液斑的形成机理 2.1 乳化液斑的特征 2.2 乳化液斑的成因 2.2.1 带钢表面乳化液残留的形成原因 2.2.2 乳化液斑的形成过程 2.2.3 乳化液斑形成的化学反应 2.2.4 乳化液中盐酸的来源 3、改进措施 3.1 减少乳化液残留 3.2 提高酸洗坯表面漂洗效果 3.3 加强乳化液的管理 4、改进措施 5、结论,1、莱钢板带厂冷轧薄板生产线简介,1500mm冷轧带钢生产线于2006年6月份建成投产，工程总投资4亿元，设计产品规格（0.21.5）mm（9001350）mm。主要生产CQ、DQ、DDQ、HSS、硅钢等产品。 该条生产线，主要包括半连续式推拉式酸洗机组、1500mm六辊UCM轧机机组、重卷机组等，轧机采用AGC厚度自动控制、在线板形测量与控制、在线测厚测速等多种先进的监测与控制技术。同时在建脱脂、罩式退火、平整机组、重卷拉矫、包装机组等生产设备，预计近期投入运行。,2、乳化液斑的形成机理 2.1 乳化液斑的特征,乳化液斑大多出现在轧机头部，也就是重卷的尾部。在重卷时可清楚观察到：距尾部60米左右时开始出现（时多时少，60米只是一个大致的平均数），开始出现时多发生在带钢的边部和中部浪形区，沿钢带纵向呈条状或细长岛状；随着带钢到尾部距离的缩短，乳化液斑的密度增大，在距尾部20米时开始大量出现，呈一定间距平行条状排列。有时覆盖整个此区域；上下表面均产生乳化液斑，斑迹的形状，大小基本一致。斑迹大多呈黄褐色，轻者呈黄色，重者呈灰黑色，斑迹无法用擦拭物擦除。典型的乳化液斑迹形貌见图1。,图1 重卷时接近尾部的乳化液斑形貌,2.2 乳化液斑的成因 2.2.1 带钢表面乳化液残留的形成原因,机前工作辊乳化液喷射梁为ABB公司板形仪配套的气动控制流量的喷射梁，可随轧制速度调节喷射流量大小，机后为普通喷射梁，喷射流量不能调节。空气吹扫为机前机后上下表面各一道吹扫。当进行奇道次轧制时，带钢从机前向机后轧制，机前乳化液开启，机后乳化液关闭；当进行偶道次轧制时，机后乳化液开启，机前乳化液关闭。,带钢乳化液残留有如下原因： 一、乳化液喷射到轧辊辊面后反射弹回，造成带钢表面沾污； 二、带钢表面空气吹扫能力不足且又存在漏吹； 三、可逆轧机道次转换时，上一道次的入口，下一道次即变成出口，上 一道次残留在入口辊缝处的大量乳化液来不及排走，在下一道次轧制时顺着带钢流出，卷入卷芯，尤其在最末道次时滞留时间较长，形成乳化液斑。,图2 乳化液喷射及空气吹扫系统布置图,机 后,机 前,机前空气吹扫,机后空气吹扫,机前乳化液喷淋,机后乳化液喷淋,支承辊,间,中,辊,工,作,辊,2.2.2 乳化液斑的形成过程,现场观察发现：带钢在轧制卷取时，有乳化液卷入带卷层之间，严重时可用肉眼看到层与层之间有乳化液挤出，在卸卷后到重卷的存放时间内，因带卷的温度较高达到110130，加之带钢表面和残留乳化液中有铁粉存在，随着乳化液水分的蒸发，乳化液中各种化学成分浓度增加，加速了各种化学反应的进行。最后各种反应物与带钢机体形成的锈蚀结合，沉积在带钢表面形成难以擦除的乳化液斑迹。乳化液残留带钢表面越多，乳化液污染越严重；轧后滞留时间越长，形成的乳化液斑越严重，乳化液斑的颜色越重。,为更直观地说明乳化液斑的形成规律，我们进行了现场的模拟实验：在第三道和第五道轧制过程中，轧制到整卷中部时，将乳化液泼在带钢表面，乳化液随即卷入钢卷内，观察乳化液斑的生成情况。结果表明：第三道次没有生成乳化液斑；第五道次生成大量的乳化液斑，见下图。,图3 第3道次现场实验板面情况 图4 第5道次现场实验板面情况,模拟实验的结果可以说明如下问题： （1）乳化液斑的产生发生在第五道次 （2）形成乳化液斑的物理、化学反应不是瞬间完成的，需要的时间大约为1240分钟,2.2.3 乳化液斑形成的化学反应,乳化液斑主要是带钢表面的锈蚀而成，其主要成分为碱式氧化铁FeO(OH)和少量的Fe3O4组成，碱式氧化铁是Fe(OH)3的脱水产物，是介于Fe(OH)3 和Fe2O3之间的一种产物。 碱式氧化铁实际状态是一种疏松的氧化铁层，它的形成必须满足两个必备条件： 一是具备形成碱式氧化铁的物质条件 二是在其周围形成四周封闭的空室区 在密闭空室区内的温度都在100以上，油气排不出而进入氧化铁层内形成乳化液斑。,碱式氧化铁产生化学反应过程如下： Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 FeCl2 + 2H2O =Fe(OH)2 + 2HCl 4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 =4Fe(OH)3 4Fe(OH)3 +O2 = 4FeO(OH) + 4H2O Fe3O4产生的化学反应如下： 3Fe + 2O2 = Fe3O4 根据上述反应可知，产生锈蚀的条件主要是带钢与盐酸、空气和水接触发生化学反应生成铁的化合物。在轧制过程中使用乳化液对带钢和轧辊进行冷却和润滑，乳化液为Quakerol N 688-DPD轧制油2.53.5%浓度的水乳溶液。乳化液与带钢接触是形成锈蚀条件的载体。,图5 板面乳化液斑扫描电镜成分、形貌检测结果,结果表明：斑迹的主要组成元素是C、O、Fe，其它元素 均没有明显的峰值。,2.2.4 乳化液中盐酸的来源,热带坯在推拉式酸洗线经酸洗、漂洗水漂洗、烘干表面残留部分Cl-,经过轧制乳化液对带钢表面冲刷，将Cl-冲入乳化液中而形成盐酸。 新配制的乳化液经使用一段时间后测试Cl-超过10 ppm，乳化液的电导率也有升高，超过100 us/cm；随着乳化液的进一步使用Cl-浓度会逐渐提高，有时甚至达到80 ppm，电导率达到280 us/cm。虽然浓度微小，但危害较大。,3、改进措施 3.1 减少乳化液残留,a) 轧机内增加乳化液防喷溅的挡板，将喷溅的乳化液分流到轧机两侧，减少带钢表面的喷溅量。 b) 在挤干辊前面增加一套空气吹扫梁，以堵截回流乳化液，并在空气吹扫前增加一套乳化液回流坝，减少道次转换时乳化液回流。防溅挡板和空气吹扫见下图6所示。,图6 改进后的轧机乳化液系统,机 后,机 前,带溜槽的防溅挡板,可升降回流坝,内置压缩空气吹扫,c) 加密吹扫梁的喷嘴。吹扫梁设计时要兼顾两个方面：一是不能存在明显的漏吹；二是在不存在明显漏吹的前提下增加吹扫压力，基于这个原则，将原为25个吹扫嘴的吹扫梁改为40个喷嘴，这样使各嘴吹扫出的面积重叠效果更好，减少漏吹，同时可以减少喷嘴到板面的距离，增强了吹扫压力。 d) 增大吹扫空气压力达到0.7MPa以上，调整侧吹喷吹角度，增加侧吹效果，减少边部和两侧带钢板型不良区的乳化液残留。 e) 调整压下规程特别是轧辊弯辊力大小，保证板面较好的板形质量，减少浪区乳化液的残留。,3.2 提高酸洗坯表面漂洗效果,酸洗坯表面Cl-的残留主要受到酸洗漂洗效果的影响，须加强对漂洗水的管理。每班检测酸洗漂洗水的电导率和Cl-含量，控制漂洗水电导率。根据实际生产经验酸洗各段漂洗水电导率和Cl-浓度控制如表1：,表1 酸洗漂洗水控制指标,3.3 加强乳化液的管理,乳化液在轧制过程中既起到轧制润滑作用，又起到冷却作用。但乳化液使用管理不当即会造成冷轧板板面质量缺陷。因此，对乳化液要进行定期化验，根据化验结果及时调整乳化液的各项理化指标，达到极佳的润滑效果，保证板面质量。,3.3.1 控制杂油含量,乳化液中杂油含量增加会使乳化液的稳定性降低，皂化值下降，造成轧制润滑不良，轧制铁粉量增加。铁粉被油滴颗粒吸附使乳化液的颜色变黑。同时杂油的粘度大而离水展着性差，粘附在带钢表面难以去除形成油斑。乳化液中的杂油主要是机内液压元件泄漏的液压油和轧辊轴承气雾润滑用的润滑油。控制乳化液中杂油，一方面是避免液压油和润滑油的泄漏，另一方面针对乳化液皂化值降低和杂油含量增加，及时进行撇除杂油，使杂油量控制在4%以下。,3.3.2 降低乳化液污染，提高乳化液洁净度,乳化液中的主要污物铁粉和灰分，铁粉的形成主要是在轧制变形区中前滑和后滑内轧辊与带钢表面形成相对摩擦磨损形成的直径小于1m的铁粉微粒；灰分主要是金属氧化物和地面污泥、空中粉尘对乳化液的污染而成。乳化液的洁净度主要取决于铁粉和灰分含量。乳化液系统的磁过滤装置可以去除铁粉和部分灰分，每天应定时开启磁过滤以保持乳化液洁净。通常控制铁粉总量150ppm，灰分总量400ppm。当灰分总量超标时，可加水加油进行稀释。,3.3.3 控制乳化液中Cl-含量,乳化液中Cl-主要有酸洗坯板面带来，乳化液中Cl-含量随着轧制量的增加而循环增加，当电导率超过100us/cm、Cl-含量超过20 ppm时，应及时加水加油进行稀释。,3.3.4 乳化液浓度控制,乳化液浓度是保证润滑效果的重要指标，乳化液浓度一般控制在2.54.5%。当单道次压下量增大时，轧制压力增大，润滑油膜易破裂造成板面热擦伤，板面质量下降，同时乳化液中铁粉量增加。因此应根据生产钢种和轧制规程适当调整压下量，调整的原则是当生产加工硬化明显的钢种和道次压下量大的规格时适当控制乳化液浓度偏大些，反之则适当降低。,3.3.5 乳化液温度的控制,乳化液温度影响着各项理化指标，进而影响乳化液的润滑性能和板面质量。当乳化液温度低于48保存时，微生物繁殖生长比较快，使乳化液逐渐腐臭。温度越低大气中的细菌越容易在润滑液中生存繁殖，但乳化液中细菌达到一定数量时，酸值降低，降低了乳化液的润滑和稳定性。同时过低的温度也不利于乳化液中添加剂发挥作用；温度增高可明显提高润滑性能，但温度过高乳化液冷却效果降低，同时乳化液稳定性变差，油品老化加快，油耗增大。一般乳化液温度控制在4853之间。,4、改进效果,通过以上措施的改进，带钢表面的乳化液斑迹明显降低，出现斑迹的比例降低到4.5%以下；斑迹的面积也有了明显的减少，斑迹的颜色也由原