一、制定爐輥管理標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)題，制定了相應(yīng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。
1 新輥配件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
輥身外徑：D±0.5；
輥?zhàn)硬馁|(zhì)：KHR12C-SUS304；
輥面粗糙度：Ra4-6；
動(dòng)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(jiàn)零件圖。
2 舊輥修復(fù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
修復(fù)后輥面要求圓度、圓柱度、跳動(dòng)在0.05mm以下；
動(dòng)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(fù)后取兩條輥面母線，沿輥面每50mm間隔測(cè)量直徑，沿輥面均長(zhǎng)測(cè)5點(diǎn)輥面粗糙度。
3 爐輥安裝標(biāo)準(zhǔn)
輥身水平度不超過(guò)0.05/m；
輥身垂直度不超過(guò)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(diǎn)檢維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)
每周檢查軸承振動(dòng)以及軸承溫度狀況；
每次大定修時(shí)對(duì)輥面狀況進(jìn)行檢查，有異常時(shí)在點(diǎn)檢日志中記錄；
每次大定修時(shí)檢查輥面粗糙度，編寫檢測(cè)報(bào)告，并做趨勢(shì)分析。
5 爐輥更換標(biāo)準(zhǔn)
出現(xiàn)以下情況之一，需要進(jìn)行輥?zhàn)拥母鼡Q：
a）輥面工作范圍內(nèi)均長(zhǎng)測(cè)5點(diǎn)，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(yù)計(jì)會(huì)影響帶鋼表面質(zhì)量；
c）輥?zhàn)虞S頭變形或輥身變形，導(dǎo)致輥?zhàn)映霈F(xiàn)負(fù)荷異常波動(dòng)，負(fù)荷波動(dòng)大于正常數(shù)值的20％；
d）由于輥系其它零部件損壞，導(dǎo)致輥?zhàn)訜o(wú)法正常使用。
6 爐輥報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)
出現(xiàn)以下情況之一，需要對(duì)輥?zhàn)舆M(jìn)行報(bào)廢處理：
a）輥身直徑小于792mm；
b）出現(xiàn)其它無(wú)法修復(fù)或修復(fù)代價(jià)高昂的缺陷，如輥身嚴(yán)重裂紋、縮孔、彎曲、不均勻磨損等。
二、帶鋼在爐內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)印類缺陷特點(diǎn)
1 帶鋼在爐內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)印類缺陷主要類別
帶鋼在爐內(nèi)出現(xiàn)的點(diǎn)印類缺陷的形態(tài)很多，大體上可以分為麻點(diǎn)和壓印兩大類。麻點(diǎn)指數(shù)量比較多、直徑比較小、位置相對(duì)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(shí)會(huì)有異物壓入同時(shí)出現(xiàn)。
麻點(diǎn)宏觀照片
點(diǎn)在帶鋼表面的位置
壓印無(wú)外來(lái)物質(zhì)壓入缺陷宏觀照片
壓印有外來(lái)物質(zhì)壓入缺陷宏觀照片
2 麻點(diǎn)與壓印缺陷的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)
麻點(diǎn)和壓印的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)如下表，其中最為常見(jiàn)和難以解決的是麻點(diǎn)，也是要重點(diǎn)分析的內(nèi)容；壓印往往有一定的隨機(jī)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(jī)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(lái)說(shuō)，有如下特點(diǎn)：
a）在輥?zhàn)颖砻媾c帶鋼接觸的范圍內(nèi)，粘附大量的、密密麻麻的外來(lái)異物顆粒，往往在輥?zhàn)觾啥瞬浚鄮т撨叢拷佑|處向內(nèi)1250mm~450mm范圍內(nèi)偏多；
b）宏觀看起來(lái)，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?zhàn)颖砻娴慕Y(jié)瘤尺寸會(huì)達(dá)到3.5mm；
d）仔細(xì)看結(jié)瘤有一定的方向性，大體與帶鋼運(yùn)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(shí)輥?zhàn)觾啥私Y(jié)瘤偏斜方向正好相反。
2 爐輥表面結(jié)瘤的機(jī)理概述
a）輥?zhàn)颖砻娼Y(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(lái)的涂層粉末、氧化物、鐵粉，可以是爐內(nèi)耐火材料、爐壁保護(hù)板等脫落掉下來(lái)的顆粒、粉塵等等；
b）落到帶鋼與輥?zhàn)又g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(qiáng)，必須發(fā)生帶鋼與輥?zhàn)又g產(chǎn)生滑動(dòng)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?zhàn)颖砻孢€必須要靠帶鋼與輥?zhàn)又g高的壓力才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)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(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程，大量的顆粒不是一次性地粘附到輥?zhàn)颖砻娴模墙?jīng)過(guò)了粘附、脫落、再粘附……的過(guò)程，一旦有一個(gè)顆粒成功粘附到輥?zhàn)颖砻嬉院螅蜁?huì)成為結(jié)瘤核心，其他顆粒依附于瘤核的輥?zhàn)雍蛶т撓嗷ツΣ恋姆捶较颍湍軌虮容^方便地粘附到輥?zhàn)由希绱?/span>層層累就使得結(jié)瘤物質(zhì)進(jìn)一步積聚集長(zhǎng)大；
e）結(jié)瘤顆粒粘接到爐輥表面以后，在高溫下反復(fù)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(diǎn)、壓印等缺陷。
正因?yàn)橐陨显颍攀沟脿t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(duì)產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行詳述。
3 減小切向作用力的措施
要防止?fàn)t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(yùn)行的工藝要求確定的，軸向摩擦力是帶鋼對(duì)中所必須的。為了防止?fàn)t輥結(jié)瘤，主要通過(guò)控制無(wú)效的切向摩擦力。下面分析無(wú)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(wú)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(huì)出現(xiàn)顯著的熱脹冷縮現(xiàn)象，理論上每一處帶鋼的運(yùn)行速度都是不一致的，當(dāng)爐輥采用成組傳動(dòng)時(shí)，一組內(nèi)各個(gè)爐輥運(yùn)行的速度基本一致，但帶鋼實(shí)際速度不一致，當(dāng)然會(huì)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(gè)Pass上前后溫差為50℃，可以算出在此Pass內(nèi)帶鋼將伸長(zhǎng)13.05mm，如果以這組入口處的輥?zhàn)訛榛鶞?zhǔn)，帶鋼與輥?zhàn)颖砻嫠俣纫恢拢瑒t帶鋼每經(jīng)過(guò)一個(gè)Pass就要在輥?zhàn)颖砻婊瑒?dòng)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(duì)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(dú)傳動(dòng)控制，在各個(gè)爐輥的轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)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(jìn)行調(diào)整。生產(chǎn)線加速或減速時(shí)，如果速度變化太快，就會(huì)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(jìn)行改進(jìn)，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(wú)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?fàn)t輥表面粗糙度過(guò)小或輥面狀況差粗糙度不均勻造成的帶鋼滑動(dòng)；要保證爐輥輥型合理，防止因?yàn)樵O(shè)計(jì)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?fàn)t輥振動(dòng)。爐輥的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)允許有0.2mm的橢圓度，這一橢圓度造成的爐輥振動(dòng)最大振幅為200μm，如果再加上安裝精度、爐輥彎曲等因素帶來(lái)的影響，振幅極易超過(guò)300μm。有經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)振幅大于300μm時(shí)，振動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中控制無(wú)效切向摩擦力
在這方面首鋼京唐的經(jīng)驗(yàn)是，嚴(yán)格監(jiān)控爐輥速度和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)情況，及時(shí)處理異常波動(dòng)。在 PDA 中將爐區(qū)所有輥?zhàn)拥乃俣群娃D(zhuǎn)矩值加入監(jiān)控，記錄生產(chǎn)不同規(guī)格帶鋼時(shí)各個(gè)爐輥的速度、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)情況，找出其中存在波動(dòng)異常的輥?zhàn)樱{(diào)整其前后的張力設(shè)定，控制規(guī)格變化時(shí)的張力調(diào)整幅度，以最大限度地減小波動(dòng)。
在維修時(shí)針對(duì)每個(gè)輥?zhàn)拥木唧w情況進(jìn)行處理，消除導(dǎo)致周期性波動(dòng)的因素。電氣專業(yè)采取重新校準(zhǔn)爐輥的附加摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值、將帶鋼自重加到爐輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償內(nèi)、增加爐輥測(cè)速編碼器等措施。
某公司高強(qiáng)鋼汽車板連退線在穩(wěn)定生產(chǎn)一般性能的產(chǎn)品，開(kāi)始試產(chǎn)高強(qiáng)鋼時(shí)，發(fā)生了大量麻點(diǎn)缺陷。經(jīng)過(guò)對(duì)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(fù)制到了帶鋼表面形成了麻點(diǎn)缺陷。
1 麻點(diǎn)缺陷形貌
麻點(diǎn)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(zhǎng)度方向上呈彗星狀，直徑為20~30um 左右。可見(jiàn)這種麻點(diǎn)是由于異物硌傷造成的。
圖 帶鋼表面麻點(diǎn)形貌
2 爐輥表面結(jié)瘤情況
通過(guò)對(duì)爐輥表面情況進(jìn)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(yán)重。爐輥結(jié)瘤形貌見(jiàn)圖，可見(jiàn)與帶鋼表面的麻點(diǎn)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(duì)結(jié)瘤物不同部位進(jìn)行了能譜分析。
圖 4 1#試樣光學(xué)顯微照片和能譜
圖 5 2#試樣光學(xué)顯微照片和能譜分析
圖 6 3#試樣光學(xué)顯微照片和能譜分析
圖 7 4#試樣光學(xué)顯微照片和能譜分析表
4 結(jié)瘤物來(lái)源分析
對(duì)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的成分?jǐn)?shù)據(jù)匯總?cè)?/span>下表所示。
可見(jiàn)結(jié)瘤物質(zhì)成分比較復(fù)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(lái)自帶鋼的合金成分。其它的Na可能來(lái)自前處理，Cr可能來(lái)自爐輥，Si、Al可能來(lái)自爐內(nèi)耐火材料以外，但即便如此，還是來(lái)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(yīng)該是Fe，但為什么分析的結(jié)果中Fe不高，還是認(rèn)定為帶鋼成分呢？這是因?yàn)楦邚?qiáng)鋼內(nèi)合金元素優(yōu)先氧化的原因。
高強(qiáng)鋼含有很高的Mn、Si、Al、Cr，在帶鋼溫度達(dá)到800℃，保護(hù)氣體成分為5%~8%H2，露點(diǎn)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(qiáng)鋼產(chǎn)品時(shí)，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(dòng)和壓力作用，就會(huì)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(wèn)題。
6 問(wèn)題的解決
為了解決這個(gè)問(wèn)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(dòng)以外，主要從防止帶鋼的氧化方面入手。
根據(jù)國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)高強(qiáng)鋼時(shí)爐內(nèi) O2含量一般控制在25-35ppm 以下，而本案例實(shí)際數(shù)據(jù)超過(guò)了這一范圍，為了嚴(yán)格控制爐內(nèi)的 O2含量，聘請(qǐng)國(guó)外專家對(duì)整個(gè)爐區(qū)進(jìn)行了泄漏點(diǎn)檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)利用停車檢修逐一封堵。
機(jī)械專業(yè)還進(jìn)行了輻射管泄漏的檢查，并實(shí)施了電機(jī)標(biāo)高校準(zhǔn)、聯(lián)軸器檢查更換、爐輥操作側(cè)潤(rùn)滑脂泄漏控制、分析過(guò)濾網(wǎng)成分和清理氮?dú)膺^(guò)濾器等措施。通過(guò)采取這些措施，使得爐內(nèi) O2含量控制在了30-40ppm。
同時(shí)，對(duì)爐內(nèi)的氣氛進(jìn)行了控制，加大了爐子底部保護(hù)氣體的投入和頂部廢氣的排放，確保爐內(nèi)氣體的露點(diǎn)處于-40℃~-50℃。當(dāng)然，對(duì)爐內(nèi)的清理和爐輥的修磨也是必不可少的。
經(jīng)過(guò)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(wèn)題的措施
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