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本鋼冷軋廠(chǎng)熱處理機組表面缺陷形成原因及控制措施

2020/9/3 15:04:46

1  罩式退火機組表面缺陷形成原因分析

   作者簡(jiǎn)介:韓平(1981~),男,熱處理工程師,2004年牛業(yè)于吉林大學(xué)金屬材料工程專(zhuān)業(yè)。

   目前,在罩式爐區域的表面質(zhì)量缺陷主要有氧化色和粘結兩個(gè)方面。

1.1氧化色缺陷原因分析

    氧化色缺陷:主要是鋼卷出爐后,帶鋼表面存在淡黃色和淺藍色的氧化條紋,嚴重的整個(gè)鋼卷氧化,整體發(fā)深藍色,帶鋼表面附著(zhù)氧化物,嚴重影響帶鋼表面質(zhì)量和機械性能(如圖1)。

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經(jīng)過(guò)對大量氧化色缺陷進(jìn)行分析研究后得出,出現氧化色缺陷的幾個(gè)方面的原因:

(1)設備故障造成的氧化

    1)本鋼罩式爐機組為了充分確保安全性,程序中設定了在爐內壓力低于2.5mbar時(shí),爐臺系統會(huì )產(chǎn)生氮氣緊急吹掃,在生產(chǎn)中,由于爐臺系統經(jīng)常出現漏點(diǎn),造成內罩壓力不足,引發(fā)緊急吹掃,緊急吹掃由氮氣置換爐內的氫氣,由于氮氣的露點(diǎn)偏高,殘氧量偏高,而發(fā)生緊急吹掃的溫度一般都偏高,在此種情況下易發(fā)生氧化,出爐后鋼卷外表發(fā)藍,氧化較嚴重。

    2)本鋼罩式爐機組為了提高爐內熱交換率,全部采用循環(huán)風(fēng)機加快爐內保護氣體循環(huán),提高熱交換效率,在冷卻段由于循環(huán)風(fēng)機出現故障,造成低速和不轉,造成爐內控制氣氛溫度分布不均勻,靠近內罩上方的鋼卷溫度照比實(shí)際顯示溫度偏高,出爐易發(fā)生氧化。

    3)本鋼罩式爐機組采用熱電偶和溫度變送器來(lái)監控爐內溫度變化,出爐時(shí)一般采用熱電偶顯示溫度進(jìn)行出爐。在熱電偶和溫度變送器發(fā)生故障或精度不準時(shí),退火爐內真實(shí)氣氛溫度與電偶顯示溫度會(huì )造成一定范圍的偏差,實(shí)際溫度高于電偶顯示溫度時(shí),出爐易發(fā)生氧化。

1.1.2生產(chǎn)工藝和操作造成的氧化

    1)裝爐過(guò)程中的鋼卷對中和鋼卷卷心的狀態(tài)在實(shí)際生產(chǎn)中,鋼卷堆垛不整齊或者鋼卷眷心打折嚴重,在實(shí)際退火過(guò)程中,循環(huán)風(fēng)機不能有效的發(fā)揮作用,爐內保護氣氛流通受到嚴重影響,熱交換效率低,鋼卷實(shí)際溫度照比顯示溫度偏差太大,出爐時(shí)的實(shí)際氣氛溫度明顯高于電偶顯示溫度,從而發(fā)生氧化。

    2)爐臺的退火冷卻周期

    爐臺的冷卻周期過(guò)短,將造成鋼卷冷熱點(diǎn)降溫速度差異大,熱點(diǎn)降溫速度要遠大于冷點(diǎn)的降溫速度,造成鋼卷出爐后冷熱點(diǎn)溫差大,冷點(diǎn)溫度明顯高于熱點(diǎn),而使鋼卷冷點(diǎn)部分發(fā)生氧化。鋼卷冷卻周期正常的情況下,雖然熱點(diǎn)降溫速度大于冷點(diǎn)降溫速度,但在出爐時(shí)鋼卷冷熱點(diǎn)溫差不大,氧化機率很小。

    3)冷軋后帶鋼表面乳化液的殘留

    由于軋制后的鋼卷沒(méi)有經(jīng)過(guò)脫脂處理,如果軋機工序乳化液吹掃效果不好,帶鋼表面殘存大量的未吹掃干凈的乳化液。在退火過(guò)程中,鋼卷裝爐后因乳化液無(wú)法吹洗干凈,乳化液中含有的H20將會(huì )使鋼卷氧化。

    4)爐臺裝爐第一卷鋼卷重量的影響

    如果爐臺裝爐第一卷鋼卷重量過(guò)低,在退火過(guò)程中爐臺電偶的檢測部位檢測不到鋼卷冷點(diǎn)端面的溫度,而檢測的溫度靠近鋼卷熱點(diǎn),造成溫度的失真,實(shí)際冷點(diǎn)溫度在冷卻時(shí)要高于電偶顯示值,從而造成鋼卷出爐發(fā)生氧化。

1.2粘結缺陷原因分析

    粘結缺陷:冷軋帶鋼經(jīng)過(guò)罩式爐進(jìn)行再結晶光亮退火后可淌除冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化和內應力,使帶鋼具有良好的機械性能和表面質(zhì)量,但在退火過(guò)程中極易產(chǎn)生粘結這種質(zhì)量缺陷,即帶鋼間存在局部粘連,造成平整開(kāi)卷困難或無(wú)法開(kāi)卷,即使平整開(kāi)卷生產(chǎn)后,帶鋼表面也存在大量折印,使帶鋼產(chǎn)生部分或整卷的降級品(如圖2)。經(jīng)過(guò)對大量粘結缺陷研究后,基本可以確定出發(fā)生粘結缺陷的影響因素,發(fā)生粘結缺陷的主要原因是退火過(guò)程中帶鋼間的壓力增大,造成鋼板間的原子相互擴散滲透,從而發(fā)生粘結。導致帶鋼間壓力增大主要有以下幾個(gè)方面因素:

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1.2.1  軋機的卷取張力

    軋機卷取張力的大小是出現粘結缺陷的一個(gè)很重要的因素,軋機卷取張力越大,帶鋼間的壓力就越大,發(fā)生粘結的傾向就越大。

1.2.2退火過(guò)程中的加熱溫度和時(shí)間

    原子的擴散能力主要取決于溫度,同時(shí),溫度升高導致鋼板熱膨脹,從而影響鋼板的接觸壓力。溫度越高,原子的擴散能力越強,越易產(chǎn)生粘結;原子相互擴散的距離,即兩塊鋼板相互局部焊合的程度,除溫度外時(shí)間是其主要的影響因素。時(shí)間越長(cháng),原子擴散距離越大,越易產(chǎn)生粘結。

1.2.3  帶鋼的板形

    經(jīng)冷軋后的帶鋼由于各種原因出現不同程度的板形缺陷,如隆起、浪形、飄曲等,由于帶鋼平直度差,導致鋼板間所受壓力不均,個(gè)別區域壓力極大。在退火過(guò)程中,壓力大的部位極易發(fā)生粘結。

1.2.4冷卻制度的影響

    罩式爐退火保溫溫度通常在680℃~720℃,在高于再結晶溫度以上快速冷卻,冷熱點(diǎn)溫度梯度大,原子與原予之間擴散滲透的傾向增大,容易產(chǎn)生粘結缺陷。

1.2.5  退火原因的設備故障

    設備故障也是造成冷軋退火卷粘結缺陷原因之一,由于設備故障導致在加熱保溫段出現加熱延時(shí)或反復停爐的現象,這樣鋼卷受熱不均,容易造成局部粘結。此外,測溫系統不準確,若鋼卷的實(shí)際溫度遠遠高于檢測溫度,這樣鋼卷處于軟化狀態(tài)下,原子發(fā)生滲透非常容易產(chǎn)生粘結缺陷。

2、缺陷的控制措施

2.1氧化色缺陷控制措施

    1)加強爐臺系統的漏點(diǎn)檢查,出現漏點(diǎn)及時(shí)修補,在系統發(fā)生緊急吹掃后,在保證安全的前提下,可以對爐臺系統置換氫氣,仍然保持在氫氣狀態(tài)下退火,此種措施基本可以消除緊急吹掃引起的氧化色缺陷.如不能置換氫氣,需相應降低出爐溫度,但在條件允許的情況下,氮氣的露點(diǎn)和殘氧量必須控制在工藝要求范圍內。

    2)加強循環(huán)風(fēng)機維護,避免出現循環(huán)風(fēng)機低速或抱死的情況出現,如出現循環(huán)風(fēng)機故障,則必須相應降低出爐溫度。

    3)定期校驗爐臺電偶的準確性,發(fā)現故障電偶及時(shí)更換,并相應降低出爐溫度。

    4)生產(chǎn)操作過(guò)程必須保證裝爐過(guò)程中鋼卷擺正對齊,鋼卷卷心不能打折,確保爐內保護氣體流動(dòng)暢通。

    5)嚴格控制爐臺的冷卻周期,使爐臺的冷卻周期在滿(mǎn)足出爐溫度的條件下至少達到16h以上。使得鋼卷內卷溫度符合出爐溫度要求。

    6)軋機工序須嚴格控制鋼卷表面乳化液殘留,確保鋼卷表面的清潔性。

    7)裝爐過(guò)程中必須保證爐臺上第一卷是大卷,噸數須在27t以上,保證鋼卷測溫部位的準確。

    8)對于已經(jīng)產(chǎn)生的氧化色缺陷,可以采取重新退火的方法進(jìn)行修復,基本上都可以完全修復。

2.2粘結缺陷控制措施

    1)在保證工藝正常執行的情況下盡可能降低軋機卷取張力。

    2)合理優(yōu)化退火工藝制度,做到加熱速度與冷卻速度平穩,在滿(mǎn)足產(chǎn)品性能的前提下盡可能減少加熱和保溫時(shí)間。

    3)前部工序必須有效降低板型缺陷量,如薄料的隆起和厚料的瓢曲和浪型。

    4)在工藝控制上適當加入帶加熟罩冷卻,降低高溫段的冷卻速度,減少粘結產(chǎn)生。

    5)有效減少運行中設備停機故障時(shí)間,使退火工藝穩定執行。

    6)在滿(mǎn)足用戶(hù)要求下盡可能增加帶鋼表面粗糙度。實(shí)驗測定,軋后帶鋼表面粗糙度Ra數值越大,越有利于避免粘結。這是因為粗糙度值增大了退火鋼卷層與層間界面原子結合阻力。

    7)粘結缺陷雖然在罩式爐退火過(guò)程中就已經(jīng)產(chǎn)生,但在平整開(kāi)卷時(shí)才形成橫向彎折,平整采用適當的控制手段可以挽救部分較輕的粘結。主要控制手段包括適當的開(kāi)卷角度、較大的開(kāi)卷速度、較大的平整延伸率。在確定鋼卷有較嚴重的粘結時(shí),適當增加開(kāi)卷角度和速度有助于減少粘結。由于帶鋼的板形、性能和表面質(zhì)量等要求己對卷取張力、退火工藝、平整延伸率等做了規定,因此,以上措施只能在符合工藝條件下采用。

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