一、制定爐輥管理標準防止缺陷的發(fā)生
為了防止由于爐輥本身的不足造成結(jié)瘤問題，制定了相應的一系列標準。
1 新輥配件驗收標準
輥身外徑：D±0.5；
輥子材質(zhì)：KHR12C-SUS304；
輥面粗糙度：Ra4-6；
動平衡：≤50g（168轉(zhuǎn)/分）；
表面硬度：700-1000；
輥面處理：噴涂（噴涂材料LCO-17）；
其它尺寸和技術(shù)要求見零件圖。
2 舊輥修復驗收標準
修復后輥面要求圓度、圓柱度、跳動在0.05mm以下；
動平衡≤50g（168轉(zhuǎn)/分）；
輥面毛化處理，輥面噴涂LC-1C涂層，硬度700-1000，涂層厚度0.04-0.08mm，噴涂后輥面拋光，粗糙度Ra4-6，Ramax<8μm，熱處理后再次拋光處理，Ramax<7μm，修復后取兩條輥面母線，沿輥面每50mm間隔測量直徑，沿輥面均長測5點輥面粗糙度。
3 爐輥安裝標準
輥身水平度不超過0.05/m；
輥身垂直度不超過0.05/m；
與相鄰爐輥的水平度、垂直度偏差方向呈交叉分布。
4 爐輥點檢維護標準
每周檢查軸承振動以及軸承溫度狀況；
每次大定修時對輥面狀況進行檢查，有異常時在點檢日志中記錄；
每次大定修時檢查輥面粗糙度，編寫檢測報告，并做趨勢分析。
5 爐輥更換標準
出現(xiàn)以下情況之一，需要進行輥子的更換：
a）輥面工作范圍內(nèi)均長測5點，粗糙度均值下降到Ra2.0以下；
b）輥面出現(xiàn)異常磨損、粘結(jié)、劃痕、剝落、熱損傷等劣化跡象，預計會影響帶鋼表面質(zhì)量；
c）輥子軸頭變形或輥身變形，導致輥子出現(xiàn)負荷異常波動，負荷波動大于正常數(shù)值的20％；
d）由于輥系其它零部件損壞，導致輥子無法正常使用。
6 爐輥報廢標準
出現(xiàn)以下情況之一，需要對輥子進行報廢處理：
a）輥身直徑小于792mm；
b）出現(xiàn)其它無法修復或修復代價高昂的缺陷，如輥身嚴重裂紋、縮孔、彎曲、不均勻磨損等。
二、帶鋼在爐內(nèi)產(chǎn)生點印類缺陷特點
1 帶鋼在爐內(nèi)產(chǎn)生點印類缺陷主要類別
帶鋼在爐內(nèi)出現(xiàn)的點印類缺陷的形態(tài)很多，大體上可以分為麻點和壓印兩大類。麻點指數(shù)量比較多、直徑比較小、位置相對有規(guī)律的一類，壓印指數(shù)量比較少、直徑比較大、位置不太有規(guī)律的一類，壓印缺陷有時會有異物壓入同時出現(xiàn)。
麻點宏觀照片
點在帶鋼表面的位置
壓印無外來物質(zhì)壓入缺陷宏觀照片
壓印有外來物質(zhì)壓入缺陷宏觀照片
2 麻點與壓印缺陷的相同點和不同點
麻點和壓印的相同點與不同點如下表，其中最為常見和難以解決的是麻點，也是要重點分析的內(nèi)容；壓印往往有一定的隨機性，與其他不正常現(xiàn)象伴隨發(fā)生。
三、爐輥表面結(jié)瘤形態(tài)及機理概述
1 爐輥表面結(jié)瘤形態(tài)
爐輥表面結(jié)瘤形態(tài)各異，總的來說，有如下特點：
a）在輥子表面與帶鋼接觸的范圍內(nèi)，粘附大量的、密密麻麻的外來異物顆粒，往往在輥子兩端部，距帶鋼邊部接觸處向內(nèi)1250mm~450mm范圍內(nèi)偏多；
b）宏觀看起來，大量的結(jié)瘤顆粒的排列有一定的規(guī)律性，似乎縱向成列排列，甚至有的小型爐輥結(jié)瘤連成了線；
c）顆粒的形狀以橢圓形為主，也有線狀的，直徑或?qū)挾却蠹s在0.5mm~2.5mm范圍內(nèi)，部分NOF輥子表面的結(jié)瘤尺寸會達到3.5mm；
d）仔細看結(jié)瘤有一定的方向性，大體與帶鋼運行方向一致，但往往有些偏斜，排成列的顆粒，偏斜方向是一致的，有時輥子兩端結(jié)瘤偏斜方向正好相反。
2 爐輥表面結(jié)瘤的機理概述
a）輥子表面結(jié)瘤首先要有結(jié)瘤物質(zhì)，即各種小的顆粒，可以是帶鋼表面未洗凈的油污鐵屑，可以是從爐輥和帶鋼表面摩擦下來的涂層粉末、氧化物、鐵粉，可以是爐內(nèi)耐火材料、爐壁保護板等脫落掉下來的顆粒、粉塵等等；
b）落到帶鋼與輥子之間的結(jié)瘤物質(zhì)，往往是直徑很小的顆粒，與爐輥的粘接能力不強，必須發(fā)生帶鋼與輥子之間產(chǎn)生滑動摩擦，使大量的小顆粒在高溫下受到搓揉和擠壓，才能使小顆粒聚集、結(jié)合變成大顆粒，增加與輥面的接觸面積，提高粘接性能；
c）大的顆粒要粘附到輥子表面還必須要靠帶鋼與輥子之間高的壓力才能實現(xiàn)，同時需要爐輥表面有一定的粗糙度才能發(fā)生粘附效果；
d）爐輥結(jié)瘤有形成瘤核和聚集長大兩個過程，大量的顆粒不是一次性地粘附到輥子表面的，而是經(jīng)過了粘附、脫落、再粘附……的過程，一旦有一個顆粒成功粘附到輥子表面以后，就會成為結(jié)瘤核心，其他顆粒依附于瘤核的輥子和帶鋼相互摩擦的反方向，就能夠比較方便地粘附到輥子上，如此層層累就使得結(jié)瘤物質(zhì)進一步積聚集長大；
e）結(jié)瘤顆粒粘接到爐輥表面以后，在高溫下反復受到帶鋼的擠壓，塑性和粘接性能提高，甚至與輥面發(fā)生輕微的熔融、焊合，就可以很牢固地與爐輥表面粘接在一起，在帶鋼表面形成麻點、壓印等缺陷。
正因為以上原因，才使得爐輥表面結(jié)瘤呈橢圓狀、慧尾狀甚至線狀，縱向排成列，方向一致，在瘤狀顆粒內(nèi)部可以層層剝離的現(xiàn)象。
下面對產(chǎn)生機理進行詳述。
3 減小切向作用力的措施
要防止爐輥結(jié)瘤，可以從減小鋼帶與爐輥之間的正壓力、切向摩擦力和軸向摩擦力。這三方面的作用力中，正壓力是由張力產(chǎn)生的，是根據(jù)保證帶鋼正常運行的工藝要求確定的，軸向摩擦力是帶鋼對中所必須的。為了防止爐輥結(jié)瘤，主要通過控制無效的切向摩擦力。下面分析無效切向摩擦力產(chǎn)生的原因和控制措施。
（1）由于帶鋼溫度變化造成的無效切向摩擦力
由于爐內(nèi)帶鋼不斷加熱升溫、冷卻降溫，就會出現(xiàn)顯著的熱脹冷縮現(xiàn)象，理論上每一處帶鋼的運行速度都是不一致的，當爐輥采用成組傳動時，一組內(nèi)各個爐輥運行的速度基本一致，但帶鋼實際速度不一致，當然會造成帶鋼與爐輥表面的摩擦。
以加熱區(qū)為例，如果帶鋼的熱膨脹系數(shù)為α＝11.7×10-1，帶鋼速度為250米/分，帶鋼在一個Pass上前后溫差為50℃，可以算出在此Pass內(nèi)帶鋼將伸長13.05mm，如果以這組入口處的輥子為基準，帶鋼與輥子表面速度一致，則帶鋼每經(jīng)過一個Pass就要在輥子表面滑動13.05mm，累積到這組出口的數(shù)據(jù)是很大的。
為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，對于帶鋼溫差較大的加熱區(qū)、冷卻區(qū)的爐輥必須采用單獨傳動控制，在各個爐輥的轉(zhuǎn)動速度中引入帶鋼溫度模型控制。
（2） 由于帶鋼速度變化造成的無效切向摩擦力
生產(chǎn)線速度必須隨著產(chǎn)品工藝的要求進行調(diào)整。生產(chǎn)線加速或減速時，如果速度變化太快，就會在爐輥與帶鋼之間產(chǎn)生摩擦傾向，因此必須將加速度模式進行改進，將線性加速度改為逐漸增加或逐漸減小的二次方加速度。
（3）由于爐輥造成的無效切向摩擦力
要將爐輥表面涂層的粗糙度控制在合適的范圍內(nèi)，防止爐輥表面粗糙度過小或輥面狀況差粗糙度不均勻造成的帶鋼滑動；要保證爐輥輥型合理，防止因為原設計或磨損后爐輥輥型不良，造成帶鋼在爐輥上的跑偏傾向。
特別需要防止爐輥振動。爐輥的設計標準允許有0.2mm的橢圓度，這一橢圓度造成的爐輥振動最大振幅為200μm，如果再加上安裝精度、爐輥彎曲等因素帶來的影響，振幅極易超過300μm。有經(jīng)驗表明，當振幅大于300μm時，振動造成的帶鋼與爐輥的摩擦加劇，如果存在結(jié)瘤物質(zhì)粉末的話，就有可能造成結(jié)瘤。
（4） 生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)過程中控制無效切向摩擦力
在這方面首鋼京唐的經(jīng)驗是，嚴格監(jiān)控爐輥速度和轉(zhuǎn)矩波動情況，及時處理異常波動。在 PDA 中將爐區(qū)所有輥子的速度和轉(zhuǎn)矩值加入監(jiān)控，記錄生產(chǎn)不同規(guī)格帶鋼時各個爐輥的速度、轉(zhuǎn)矩波動情況，找出其中存在波動異常的輥子，調(diào)整其前后的張力設定，控制規(guī)格變化時的張力調(diào)整幅度，以最大限度地減小波動。
在維修時針對每個輥子的具體情況進行處理，消除導致周期性波動的因素。電氣專業(yè)采取重新校準爐輥的附加摩擦轉(zhuǎn)矩補償值、將帶鋼自重加到爐輥轉(zhuǎn)動慣量補償內(nèi)、增加爐輥測速編碼器等措施。
某公司高強鋼汽車板連退線在穩(wěn)定生產(chǎn)一般性能的產(chǎn)品，開始試產(chǎn)高強鋼時，發(fā)生了大量麻點缺陷。經(jīng)過對退火爐檢修，發(fā)現(xiàn)爐輥大面積結(jié)瘤，是由于爐輥結(jié)瘤復制到了帶鋼表面形成了麻點缺陷。
1 麻點缺陷形貌
麻點主要出現(xiàn)在帶鋼的邊部，平行于生產(chǎn)線的軋制方向排列，呈凹陷、圓滑的界面形貌，也有一定的方向性，在帶鋼的長度方向上呈彗星狀，直徑為20~30um 左右。可見這種麻點是由于異物硌傷造成的。
圖 帶鋼表面麻點形貌
2 爐輥表面結(jié)瘤情況
通過對爐輥表面情況進行檢查發(fā)現(xiàn)，在爐子的均熱段、緩冷段和快冷段爐輥都存在結(jié)瘤現(xiàn)象，其中以均熱段爐輥結(jié)瘤最為嚴重。爐輥結(jié)瘤形貌見圖，可見與帶鋼表面的麻點形態(tài)類似。
圖 爐輥結(jié)瘤形貌
3 結(jié)瘤物成分分析
為了找到結(jié)瘤產(chǎn)生的根本原因，對結(jié)瘤物不同部位進行了能譜分析。
圖 4 1#試樣光學顯微照片和能譜
圖 5 2#試樣光學顯微照片和能譜分析
圖 6 3#試樣光學顯微照片和能譜分析
圖 7 4#試樣光學顯微照片和能譜分析表
4 結(jié)瘤物來源分析
對各個檢測點的成分數(shù)據(jù)匯總?cè)?/span>下表所示。
可見結(jié)瘤物質(zhì)成分比較復雜，不同區(qū)域成分差異很大，但總體上主要成分有Mn、Si、Al、Fe、Na、Cr、O 元素。這些元素中，如此高的Mn只可能來自帶鋼的合金成分。其它的Na可能來自前處理，Cr可能來自爐輥，Si、Al可能來自爐內(nèi)耐火材料以外，但即便如此，還是來自帶鋼合金成分的可能性比較大。因此，雖然有多種因素可能造成爐輥結(jié)瘤，但本案例還是以帶鋼的合金成分為主。
5 原理分析
帶鋼的主要成分應該是Fe，但為什么分析的結(jié)果中Fe不高，還是認定為帶鋼成分呢？這是因為高強鋼內(nèi)合金元素優(yōu)先氧化的原因。
高強鋼含有很高的Mn、Si、Al、Cr，在帶鋼溫度達到800℃，保護氣體成分為5%~8%H2，露點為-30℃的條件下，這些合金元素都處于氧化狀態(tài)，而Fe處于還原狀態(tài)，這就是選擇性氧化。發(fā)生選擇性氧化的結(jié)果就使得合金元素在帶鋼的表面發(fā)生聚集，如下圖所示，某公司在生產(chǎn)兩種不同的高強鋼產(chǎn)品時，在帶鋼表面出現(xiàn)了非常明顯的Mn的聚集，表面氧化物主要以這些合金元素為主，含Fe量很低。
一旦帶鋼表面發(fā)生氧化，加上帶鋼與爐輥之間的滑動和壓力作用，就會使得帶鋼表面的氧化物粘附到爐輥表面，并聚集成顆粒，產(chǎn)生爐輥結(jié)瘤問題。
6 問題的解決
為了解決這個問題，除了與其他類型的爐輥結(jié)瘤一樣，需要防止帶鋼與爐輥的滑動以外，主要從防止帶鋼的氧化方面入手。
根據(jù)國外先進企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗，生產(chǎn)高強鋼時爐內(nèi) O2含量一般控制在25-35ppm 以下，而本案例實際數(shù)據(jù)超過了這一范圍，為了嚴格控制爐內(nèi)的 O2含量，聘請國外專家對整個爐區(qū)進行了泄漏點檢測，對發(fā)現(xiàn)的漏點利用停車檢修逐一封堵。
機械專業(yè)還進行了輻射管泄漏的檢查，并實施了電機標高校準、聯(lián)軸器檢查更換、爐輥操作側(cè)潤滑脂泄漏控制、分析過濾網(wǎng)成分和清理氮氣過濾器等措施。通過采取這些措施，使得爐內(nèi) O2含量控制在了30-40ppm。
同時，對爐內(nèi)的氣氛進行了控制，加大了爐子底部保護氣體的投入和頂部廢氣的排放，確保爐內(nèi)氣體的露點處于-40℃~-50℃。當然，對爐內(nèi)的清理和爐輥的修磨也是必不可少的。
經(jīng)過多方面的努力，最終因爐輥結(jié)瘤造成的壓印缺陷比例大幅度下降，成為了影響產(chǎn)品質(zhì)量的次要因素。
五、爐輥結(jié)瘤原因綜合分析案例
1 結(jié)瘤缺陷情況
2 造成爐輥結(jié)瘤的根本原因分析
3 解決問題的措施
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