热轧带钢氧化铁皮控制研究

热轧带钢氧化铁皮控制研究

任超

新疆八一钢铁股份有限公司新疆乌鲁木齐市830022

摘要：经过改革开放，我国经济得到了快速发展，尤其是钢铁生产工艺获得了比较快速的发展。目前工业产业的快速发展，使得工艺制造企业的产品换代速度快速增加。以前的冷轧钢生产技术在工业生产中应用相当普遍，随着工艺水平的提高，越来越多企业使用热轧钢替代冷轧钢。但是热轧钢表面易出现氧化铁皮缺陷，因此如何提升热轧钢抗氧化能力已经成为了工艺生产的重点。

关键词：热轧带钢;氧化铁皮;控制技术;发展；

氧化铁皮是一种带钢表面质量缺陷，热轧带钢表面氧化铁皮的控制，已成为衡量热轧产品质量的主要指标。

一、热轧带钢表面氧化铁皮的分类

热轧带钢表面的氧化铁皮按热轧生产过程可以分成3种形态:(1)钢坯在加热炉内形成的一次氧化铁皮;(2)在进入精轧机组前形成的二次氧化铁皮;(3)在精轧机组和后续冷却过程中形成的三次氧化铁皮。在加热炉内形成的氧化铁皮厚度一般在0.5-3.0mm。随着加热时间的延续和加热温度的升高，铸坯表面的氧化铁皮的厚度也逐渐增加，形成一层皮壳包裹在钢坯表面。钢坯在加热炉内产生的一次氧化铁皮在轧制前，一般用轧机前的除鳞箱中的高压水将其去除。二次氧化铁皮一般是由粗轧机前的高压水除鳞箱和精轧机前的高压水除鳞箱去除。三次氧化铁皮可以通过在轧制过程中精轧机组投入铁鳞抑制水、控制精轧轧制温度和卷取温度等的措施来调整其氧化铁皮的厚度及与带钢基体结合的状态，在使用前再通过喷丸或酸洗等工序去除。

二、氧化铁皮生成的影响因素及控制措施

1.影响一次氧化铁皮的生成和生长的重要因素有加热温度、加热时间、炉内气氛、钢种以及化学成分等。（1）加热温度，钢的表面氧化速度随着加热温度的升高而加快，当温度在700℃以下时，氧化速度较慢;当温度达到700℃以上时钢表面氧化速度明显加快;900～1300℃时钢表面激烈氧化，设900℃时氧化速度为1，则1000℃时氧化速度将为2，1100℃时氧化速度为3．5，到1300℃时氧化速度将高达7;上述氧化速度可用公式(1)来描述:

（1）

式中，h，w，L———板坯厚度、宽度和长度;

M———单位质量板坯氧化铁皮的损失质量;

t———生成氧化铁皮的时间;

T———板坯温度;

ρ———板坯密度;

a，b———与钢种和炉内气氛有关常数。由公式(1)可以看出:在实际生产中要根据钢坯钢种、规格和轧制成品规格、轧制速度等因素严格按照工艺规程控制各段的加热温度，否则过高的温度将会熔化氧化铁皮，使钢表面所生成的氧化铁皮又厚又黏难以清除。温度控制应头部低于尾部20～50℃，上部高于下部20～50℃。不同的钢种要根据实际情况进行调整。（2）加热时间，通常钢加热时间越长，其表面氧化生成的铁皮越厚，对钢的烧损也就越多，特别是在高温条件下，停留时间越长，钢表面氧化铁皮生成量越大。同时钢表面氧化铁皮的存在对继续氧化进程有阻止作用，虽然加热时间越长，氧化铁皮加厚的速率越慢，但是氧化铁皮的总厚度却总是不断增加。因此为了防止减少氧化铁皮的生成要尽量减少钢的驻炉时间。（3）炉内气氛，加热炉内的气氛按性质可以分成3类:氧化气氛即有过剩空气和自由氧;中性气氛即含有燃料完全燃烧的生成物，如CO2和H2O等;还原气氛即除完全燃烧生成物外，还有CO和H2等还原性气体。当炉内的氧化性气体增加时，氧化性气氛浓度越大，氧化铁皮的生成量愈多。按照使钢坯损失重量气氛作用的大小排列依次为H2O、O2、CO2和空气。炉内气氛的另一组成分是当燃料中含有S时，它会与空气中的O2化合生成SO2。SO2含量愈多，氧化铁皮生成的愈多，其中低碳钢尤为显著。且硫化物会增加氧化铁皮与金属之间的接触粘度，导致氧化铁皮清除困难。实际生产过程中，如果供风量不足，燃料燃烧就会不完全，CO、H2、CH4、N2等含量就会增加，炉内气氛就会趋于还原性;若供风量过多，炉内气氛中的H2O、O2、CO2就会增加，此时的炉气就趋于氧化性气氛。因此，实际生产中，恰当地控制炉内气氛是控制氧化铁皮生成的有效办法。（4）合金元素对氧化铁皮的影响，,钢中铬含量增加，钢的抗氧化性增强，氧化铁皮的生成量减少。当铬含量大于24%，有效抑制了氧化反应的发生，氧化铁皮的生成量极少;如果是铬含量在21%以下的钢，随钢中镍含量的增加，氧化反应得到抑制，氧化铁皮生成量减少。当钢中镍含量为26%-31%时，氧化铁皮生成量先随镍含量增加而减少。当镍含量达到一定量后，则随镍含量的增加氧化铁皮生成量反而增加。钢中合金元素Mo的存在会对钢中其他抗氧化合金元素发挥作用起到一定的促进作用。

2.二次、三次氧化铁皮生成的影响因素及其控制措施。通常认为影响二次、三次氧化铁皮生成的主要因素有开轧温度过高、机架间除鳞时序不当、层流冷却方式、及卷取温度等。目前可以通过控制开轧温度、缩短带钢在机架内停留时间、加强除鳞点、控制层流冷却和卷取温度等因素来控制二、三次氧化铁皮。(1)控制开轧温度。当钢坯温度过高时，高温板坯在经过除鳞工序后会迅速生成二次氧化铁皮，而且由于温度过高氧化铁皮呈熔融状，难以去除，特别是钢坯头部和尾部，受炉墙的辐射热影响，温度会更高，更容易发生氧化铁皮压入缺陷。因此，当温度过高时，可通知加热炉提前出钢，并可通过在炉口游荡降温;同时可以打开所有除鳞水以降低钢坯表面温度。由于氧化铁皮的熔点为1030℃，为保证有效除鳞效果，中间板坯的头部温度应尽量控制在1030℃以下。(2)高速轧制。在精轧机内进行升速的高速轧制能有效减缓氧化铁皮的生长。(3)精轧机机架间冷却。尽量开启机架间的冷却水，一方面轧制模型为了保证终轧的温度，会提高轧制的速度，另一方面机架间冷却水对于减缓氧化铁皮的生长以及氧化铁皮的去除都有良好的效果。(4)限制中间板坯的厚度。如果精轧出口条件机架内轧制的时间将大为缩短，可抑制高温板坯氧化铁皮的快速生成。(5)控制层流冷却速度。研究表明，氧化铁皮在水中的形成速度要比在空气中快得多，因此钢坯在水蒸汽的气氛中停留的时间愈长，形成的氧化铁皮也就愈多，同时带钢上FeO的含量将减少。控制带钢在层流冷却的停留时间，准确控制冷却速度对控制氧化铁皮的生成是非常重要的。(6)卷取温度。卷取温度对氧化铁皮生成的厚度影响虽不明显，但高温卷取却容易使带钢边缘和头尾生成Fe2O3，降低卷取温度能减少带钢边缘和尾部出现Fe2O3的机率，同时也能减弱带钢表面氧化铁皮中富氏体向Fe3O4转化的程度。

三、氧化铁皮压入缺陷主要表现以及形成机理

热轧带钢表面出现的氧化铁皮压入缺陷主要表现为外观有柳叶状、点状、针状麻点及氧化膜剥落等。

1.针状麻点：产生麻点或者针状麻点的氧化铁皮压入缺陷的原因主要是轧制的公里数太长，且开轧的时候终轧温度过高、节奏太快导致轧辊表面没有完全形成氧化膜，出现麻点状压入缺陷。

2.点状麻点：点状氧化铁皮压入缺陷主要是由于机架间冷却水的开启量比较少、辊缝水并未开启导致轧辊表面粗糙，造成点状缺陷。

3.柳叶状麻点：出现柳叶状缺陷主要是由于粗轧区域护板粘钢和刮钢导致带钢下表面发生氧化，或者由于辊缝水状态不佳及冷却度不良造成轧辊磨损不均匀，进而引起柳叶状缺陷。

4.氧化膜缺陷：轧辊氧化膜脱落过早或者机架共振均会导致带钢表面氧化铁皮出现压入缺陷，并且在轧制的过程中轧辊表面氧化膜脱落程度逐渐加重，氧化铁皮的压入缺陷也将会加重，带钢表面质量严重恶化。氧化铁皮的控制技术是一项全面而又细致的工作，只有深入研究氧化铁皮的生长机理，才能理论指导实践，通过针对性的控制来抑制氧化铁皮的产生。

参考文献：

［1］李晓，降低热轧氧化铁皮的控制技术．2015.

［2］张振宇，热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新发展．2014.

[3]陈东升，张慧.热轧带钢氧化铁皮压入成因和控制措施.2016.