罩式退火带钢粘结缺陷的产生原因及控制措施

2009年6月Jun 2009

METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING

收稿日期：2009-03-18

作者简介：马颖泉（1966-），男，工程师，主要从事连铸生产技术工作。

罩式退火带钢粘结缺陷的产生原因及控制措施

Created Causes and Controlling measures of the Bond Defect for Cold Rolled Strip

in Bell -type Annealing Furnace

MA Ying -quan ，LIU Yin

（Tangshan Iron and Steel Co.Ltd.，Tangshan

063016，China ）

ABSTRACT ：In view of the bond defect recently created in manufacture in bell -type annealing furnace at Tanggang ，studies and analyzes in detail the mechanism and the effect factors of the strip bonding in annealing ，moreover proposes the relevant controlling measures ，therefore prevents effectively coming into existence of the bond defect.KEY WORDS ：strip ；bell -type annealing ；bond defect ；controlling measures

摘要：结合唐钢近期生产中发生钢卷粘结的缺陷，对带钢退火时粘结产生的机理和影响钢卷粘结的因

素作了详细分析，并提出了相应的控制措施，有效地控制了粘结缺陷的产生。

关键词：钢卷；罩式退火；粘结缺陷；控制措施中图分类号：TG 162.86

文献标识码：A

文章编号：1005-6084（2009）03-0039-03

马颖泉，刘

颖

（唐山钢铁股份有限公司，河北

唐山

063016）

罩式退火钢带粘结缺陷是指冷轧退火钢卷相邻层之间相互粘和在一起，造成钢卷开平时钢板表面变形、损伤、甚至撕裂的缺陷。粘结缺陷是罩式炉退火的冷轧带钢卷常见表面缺陷之一。

为了生产出高质量的冷轧薄带钢，有效控制粘结的产生是极其重要的生产环节。据此，该公司冷轧薄板厂通过分析罩式退火钢带粘结产生的机理、形成过程，找出了影响粘结产生的原因及影响方式，有针对性地采取了相应的措施，有效地控制了粘结缺陷的产生。

罩式炉退火的加热和冷却阶段，由于钢卷

内外温差的存在，被退火的钢卷中产生很高的径向热应力。这种热应力与钢卷卷曲时的弹性应力相互叠加重合，使一些钢带的层与层压合在一起，带钢卷层间在高温下长达数小时的相互压合，形成类似压力焊接的条件，由于两块钢板间的原子相互扩散作用，将产生局部焊合

1粘结产生的机理及形成过程

现象，形成钢带表面粘结。

根据热胀冷缩原理，在加热过程中，钢卷外圈与内圈的温度高于中部的温度，外圈与内圈的热膨胀大于中部。外圈压应力减小，内圈压应力增大，内圈向钢卷中部压合。此时易在内圈产生粘结，但由于加热阶段温度相对较低，原子扩散能力不强，此时粘结一般不会形成最终产品缺陷；在冷却过程中，外圈与内圈的温度低于中部，外圈与内圈的冷收缩大于中部。内圈的压应力减小，外圈向中部压合，中部的压应力增加，此时易在中部产生粘结。由于在冷却开始阶段温度高、温差大，原子扩散能力强，且压应力较大，所以能够形成影响的粘结主要产生于冷却开始阶段，而且钢卷中部产生的粘结多于其它部位。

2影响粘结的因素及控制

2.1热处理工艺

罩式退火工艺细分应包含热处理和气体保护两部分。热处理工艺包括加热（含升温和保温）、冷却两个阶段。由于罩式退火周期较长，因此这两个阶段都需要较长时间。退火工艺对粘结的影响是直接通过温度和时间的作用，但间接地是通过钢卷中由温度场产生的热应力来影响粘结的形成。退火温度愈高，冷却速度愈快，则内外温差愈大，形成的热应力也越大，尤其是冷却开始时形成的压应力更大。因此，在冷却开始阶段带钢温度高于600℃时，冷却速度不能过快。另一方面，退火时间愈长，则钢卷在高的径向热压应力状态作用下的时间越长，更有利于某些位置扩散压力焊接条件的形成，从而更利于粘结的形成。

降低加热温度和冷却速度、缩短退火时间，都有利于减少表面粘结。但在企业生产中，产量和质量是产生经济效益的两个主要方面，降低冷却速度必然会影响产量。降低加热温度、缩短退火时间也必然影响产品性能。最好的解决方法是通过生产实践，找到产生粘结的临界生产工艺参数。

2.2保护气体

保护气体在罩式退火炉中起传热介质和防止钢卷氧化两种作用，退火工艺中采用的保护气体种类，也是影响钢带表面粘结的因素。目前罩式退火炉使用的保护气体主要是氮氢型保护气体和全氢型保护气体。对于强对流全氢罩式退火炉来讲，使用全氢型保护气体，由于氢气的热导率是氮氢型保护气体的数倍，加上强烈的对流热交换，可大大缩短退火周期。同时由于氢的高渗透性，全氢又可改变钢卷温度场分布，降低钢卷内外温差，使钢卷在实现光亮再结晶退火的同时有效地减少了钢卷的粘结。为了保证产品质量应尽可能选用全氢罩式退火炉退火。

2.3表面残余物

冷轧后，在带钢表面将不可避免地会残余一些轧制残余物，如表面残余氧化铁粉、残留轧制油以及残余乳化液等脏物。这些物质在罩式退火炉中将会发生一系列的化学反应，其中轧制油与残余乳化液在还原高温气氛作用下，一般都能发生分解并挥发掉。而表面残余的氧化铁粉在全氢高温还原气氛下将被还原成微细的纯铁粉颗粒，反应式为FeO+H2=H2O+Fe。这些微细纯铁粉颗粒在层卷间充当“焊接剂”，使得紧紧压合在一起的卷层更容易“焊合”在一起，形成粘结。因此，通过降低表面残余物质，尤其是表面残铁粉的量能有效地降低粘结的发生。

一般要求冷轧后带钢表面残余氧化铁粉控制在150mg／m2每面以下，而残油量要求控制在200mg／m2每面以下。冷轧时可以通过合理选择乳化液，以及通过调节喷吹压力、喷吹方向等措施加以控制。如有可能，对有特殊要求的冷轧产品有必要在乳化液系统中添加一定量的抗粘结剂。生产较高表面质量要求产品的企业，可建脱脂机组对冷轧后的半成品进行脱脂处理，然后再进入罩式退火炉退火。为保证生产高质量钢板，日本冷轧钢板生产企业一般都建有脱脂机组，国内也有企业建有脱脂清洗机组。

2.4卷取张力

据了解现行罩式炉退火的钢卷均采用紧卷退火，卷取张力不但直接形成钢卷径向应力，同时影响钢卷层与层之间的间隙和炉内传热及温度场分布。钢卷在退火过程中的热胀冷缩所

产生的层与层之间的应力受钢卷层与层之间的间隙影响很大。冷连轧卷取张力越大，则退火冷却时层间热压应力也越大。降低卷曲张力，增加层间间隙，可以改善传热条件，缩小钢卷内外加热、冷却时的速度差，降低钢卷内外温差。因此降低轧钢卷取张力值，可以有效减少退火高温状态下钢卷层与层之间边部原子相互渗透而造成的粘结［1］。卷取张力值越小对减少粘结越有好处，但过小会造成钢卷卷形不好，扁卷、松卷、散卷等，同时影响平整生产，平整时易产生钢卷层间滑动造成擦伤缺陷。

因此，有必要严格控制冷轧卷取张力，尤其是对于材质柔软的薄规格产品。在满足冷连轧工艺对各段张力要求的前提下，卷取张力在开始卷取阶段可以大些（40～45N／mm2），卷取一定的数量以后，将卷取张力减少到20～30 N／mm2以下；材质较硬的厚规格产品卷紧张力可适当放宽。另外整卷张力的稳定也是影响粘结的重要的因素。如果张力的波动过大，势必会造成钢卷某些部位的卷取张力过大，在这些部位形成的热压应力也越大，有利于粘结的形成。

2.5表面粗糙度

表面粗糙度有两个表征量：一个是粗糙度大小读数Ra，另一个是单位面积峰值数PPI，相同的Ra读数会有不同的PPI值。试验测定，轧后带钢表面粗糙度Ra数值越大，越有利于避免粘结，这是因为具有高的粗糙度的带卷，其卷层间接触点的数量比低的粗糙度的带卷要少，接触点的大小也比低粗糙度的带卷要小，因此其卷层间的微观压力也不同于具有低粗糙度的带卷。这样在退火冷却时，虽然由于宏观热压应力的作用形成卷层间的微观压应力，但由于高粗糙度的带卷卷层间的接触点数量少且尺寸小，因此减少了扩散压力焊接点的形成，减少了焊接发生的概率。同时，相同的Ra值时，PPI值也有明显的影响力，过大或过小的PPI值均不利于避免粘结，这与边界微观外貌造成的原子间的结合能大小有关［2］。

粗糙度是冷轧薄板生产轧制工艺中的一个重要参数，这不光是下道工序（如罩式退火或涂镀）对冷轧轧制的要求，冷轧轧制工艺本身对粗糙度也有要求。因此，对于冷轧轧辊需要定期地进行磨辊与打毛，且在轧制时需对粗糙度进行监控与检测。

所以，合适的冷连轧后带钢表面粗糙度Ra 读数和PPI值是减少粘结的有效手段，也是提高钢板表面综合质量的要求。

2.6钢卷几何形状

这里钢卷的几何形状指厚度、宽度、板形等。在轧制过程中，带钢延伸不均的情况是难以避免的，因此沿带钢宽度方向应力不可能处处均布，即造成板形不好。板形不好的钢卷在卷取过程中沿板宽方向形成有差别的径向应力，在退火过程中与热应力相互叠加促使粘结形成。保证良好的板形是控制粘结必不可少的条件。

钢卷的厚度、宽度直接影响到钢卷温度场和应力场的分布，这是几何形状影响粘结的直接原因。宽度、厚度较大的钢卷，传热距离较大增加了温差和延长退火加热时间，有利于粘结发生。而较大的钢板厚度又有利于开卷时克服粘结造成的影响。因此对于影响粘结的各因素应综合考虑。

2.7钢带规格材质

柔软的薄规格产品也有利于粘结的形成，原因是：柔软的产品其强度低延展性好，因此在平整开卷时刚性不足，更倾向于发生撕裂或折裂。

粘结对退火钢板造成的缺陷程度与钢卷本身强度、规格有关。在粘结程度相同时，粘结在一起的钢卷层分离后所出现的表面缺陷不一定相同。薄带钢由于抗弯刚度低而趋向折裂，而较厚的带钢表面则只出现局部的损伤。

2.8平整工艺条件

粘结是在罩式炉退火过程中产生的，但造成的影响是在平整开卷时显现出来的。平整采用适当的控制手段可以挽救部分较轻的粘结。

平整工艺对粘结的影响主要表现在开卷速度、开卷方向，对于钢卷中产生的轻度粘结，可在平整时通过提高开卷速度和控制开卷方向把粘结降低到可接受的程度。

粘结严重的钢卷层与层间存在较大的粘合力，当钢卷打开时，产生较大的法向应力造成

（下转第45页）

41

2009年第3期马颖泉等：罩式退火带钢粘结缺陷的产生原因及控制措施

带钢弯折，出现严重的粘结缺陷。为了尽量降低法向应力，应尽可能使带钢沿钢卷切向打开，使张应力中切向分力大些，从而减少粘结。因此，在确定钢卷有较严重的粘结时，适当增加开卷张力有助于减少粘结。

采用较大的开卷速度，对挽救粘结有一定的作用，因为采用较大的开卷速度，可以通过瞬间开卷大变形而提高带钢的抗拉强度，从而避免带钢表面平整时的受力损伤。

（1）罩式退火粘结缺陷一般是在冷却阶段初期产生的，产生的机理是由于带钢卷层间在高温度、高应力下长时间相互压合，形成类似

压力焊接的条件，产生局部焊合，形成钢带表面粘结。

（2）罩式退火工艺参数如加热温度、高温阶段冷却速度、保护气体种类；冷轧工艺如卷曲张力、板形、粗糙度、表面残留物；钢卷材质和规格都对罩式退火粘结产生影响，粘结程度是各方面综合作用的结果。合理控制诸因素可以减轻或消除粘结。

（3）控制开卷张力、开卷速度是粘结缺陷补救措施，可以有效减轻或消除罩式退火粘结。参考文献：

［1］傅作宝.冷轧薄钢板生产［M ］.北京：冶金工业出版

社，1996.

［2］齐淑娥.带钢粘结浅析［J ］.四川冶金，2002，（4）：

21-23.

3结论

（上接第41页）

来确保炉内形成倒“V ”型软熔带，以确保高炉顺行。同时利用中心添加的焦炭来更新炉缸焦炭床，以改善其透气、透液性，使炉缸活跃，由此获得长寿、低耗、高产的效果。为控制中心气流，鞍钢10#高炉将批重由42.0t 扩大到

50.0t ［4］，加大矿石批重，可稳定上部煤气流，增

加煤气与矿石的接触面积，改善煤气利用。批重越大，料层也就越厚，软熔带焦炭夹层厚度也相应增大，亦可改善料柱透气性。同时，加大矿石批重后，导致整个料柱矿焦层数的减少，因此界面效应减小，有利于高炉透气性的改善。

3.7强化高炉操作

高炉强化冶炼主要采取高风速、高风温、

高富氧率、高煤比等措施，达到吹透中心、活跃炉缸、适当抑制边缘气流的目的。通过生产实践，如：适合马钢2500m 3高炉的上下部调剂原则，即开放中心，吹活炉缸，适当抑制边缘气流，获得了高产、优质、低耗的良好效果。

4结论

（1）随着高炉容积的增加，2000m 3级以上的大型高炉所用的原燃料质量要求较高：焦炭

M 40>85%，M 10<6.5%，反应性（CRI ）<30%，

反应后强度（CSR ）>60%；烧结矿TFe >57%左右，转鼓强度一般>76%。

（2）提高焦炭质量的措施有：优化配煤结构、配型煤炼焦及干熄焦技术等；提高烧结矿质量的措施有：厚料层操作、小球烧结、高碱度烧结及强化制粒等，这些措施应用后可全面提高入炉原燃料的质量。

（3）国内2000m 3级以上高炉强化冶炼的技术措施主要是：进一步提高精料水平、努力改善原燃料质量，优化高炉的炉料结构，加强高炉的上下部调剂等，另外普遍使用大富氧、大喷煤、高风温等强化措施，并获得了高产、优质、低耗的冶炼效果。参考文献：

［1］张崇，等.鞍钢10#高炉强化冶炼实践［J ］.鞍钢技术，2002，（6）：1-5.

［2］王

平，等.马钢2500m 3高炉炉墙结厚与炉缸堆

积的处理［J ］.炼铁，1995，（3）：17-20.

［3］朱秉辰.武钢4#高炉第二代强化冶炼的操作经验

［J ］.武钢技术，1997，（5）：3-8.［4］顾

颜，等.鞍钢10#高炉大料批中心加焦冶炼实践［J ］.鞍钢技术，2000，（2）：10-12.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

45

2009年第3期石强：大型高炉强化冶炼技术措施分析