1北京科技大学北京100083；2北京首钢股份有限公司迁安064404
摘要：无取向硅钢热处理机组在生产过程中，带钢表面出现了因碳套辊结瘤导致的压印及压痕缺陷，通过对结瘤缺陷机理及结瘤物的EDS分析，确定了炉辊转速异常波动是导致结瘤产生的根本原因，通过制定针对性控制措施，实现了无取向硅钢的稳定生产。
关键词：无取向硅钢；退火炉；炉辊转速；结瘤
一、前言
硅钢产品的质量需求，表面质量虽然低于汽车面板，但在当前的市场供需条件下，在磁性能、加工性能、用户服务意识相近的情况下，在加工厂与生产厂的工艺布局状况下，表面质量也是用户选择的先决条件之一。特别是机组发生结瘤缺陷后，生产线由于要采取手段进行炉辊更换或在线修磨，原有的生产状况即会被破坏，经济性变差，严重影响产品质量及生产节奏。
首钢股份冷轧无取向电工钢退火机组某阶段生产期间，带钢表面出现严重的结瘤，其中尤以50W600、50W800牌号的压印、50W1300牌号的压痕缺陷最为严重。
二、结瘤原因分析
1、结瘤机理分析
炉辊结瘤分为粘附结瘤和镶嵌结瘤两种形式。结合机组出现结瘤抽辊时碳套辊的情况及带钢表面结瘤缺陷形貌，可以确定导致带钢结瘤缺陷的主要是碳套辊的粘附结瘤。
碳套辊的石墨化度为60％以上，本身是一种多孔物质，虽经渗铬处理，表面比较光滑，但在使用过程中仍不可避免地要出现孔隙[1]。一开始这种孔隙还比较小，钢板表面残存的铁粉在与碳套辊的摩擦碰撞过程中，在这样的小孔中堆积，烧结乃至长大为瘤子[2]。粘附结瘤主要有两种机制:一种是高温时,带钢和辊子在机械摩擦作用下,带钢表面的氧化物、铁屑等在辊子表面还原和粘结聚集形成的。另一种机制是由于辊子本身磨损氧化,辊子表面的氧化物附着聚集形成的。无论哪种结瘤机制,都经历了形成瘤核和聚集长大两个过程。聚集长大是一个层层累积的过程,因此表现在瘤状物的形貌上就出现了可以层层剥离的现象[3]。当形成的瘤状物与辊面发生轻微的熔融、扩散和合金化现象后,部分瘤状物牢固粘附于辊面成为划伤和凹坑的危害物,即压痕缺陷；另一部分瘤状物熔融后脱落附着于带钢表面,成为压印缺陷。为确认结瘤机制，对结瘤物的成分进行了EDS分析：
图1粘附结瘤物EDS分析
图1为结瘤物的EDS分析结果，由图可知结瘤物主要成分为Fe、C、O，其中C为碳套辊的主要成分，少量的P、Al、Mn、Si等元素为硅钢或碳套辊的成分。结合EDS检测结果及对抽出碳套辊的检查情况，分析结瘤机理为：高温环境下，带钢与辊子发生机械摩擦作用，导致带钢表面的含铁氧化物颗粒和铁屑等在高浓度氢气气氛下被还原和熔融、粘结，带钢上的各种熔融、粘结的氧化物颗粒和铁粉在碳套表面不断停留堆积，并层层累加长大，最终形成上面描述的瘤状物。
综上可知，减少或消除结瘤的关键因素是如何控制结瘤区域的Fe极其氧化物。结合相关文献对碳套辊结瘤成因中Fe极其氧化物的影响因素分析，清洗质量不良或者明火段加热过程中产生带钢氧化等问题均会导致带钢表面存在Fe极其氧化物，但此情况会在炉内某段或者多段区域形成结瘤。而出现问题的产线在经过排查确认后，结瘤只存在于SF19、SF40#碳套辊，将上述两根炉辊抽出后结瘤缺陷消失，但产线检修时重新回装炉辊后SF19、SF40#碳套辊再次发生严重结瘤。因此本次结瘤问题的原因分析锁定在上述两根炉辊，结合结瘤机理及相关专利CN101906529A介绍，重点对碳套辊转速进行排查分析。
2、炉辊转速对结瘤的影响分析
利用产线试车对异常结瘤的SF40#辊进行了现场测速，测量结果如下表所示。由表可以看出，相比SF41#辊，SF40#辊的现场实际测量速度比机组设定速度大，当中央段以140m/min速度运行时，SF40#辊的实际转速为158m/min左右，差值达到18m/min。随后对异常结瘤类似的SF19#辊进行了现场测速，结果与SF40#辊测量值相同。
经设备人员检查，确定碳套辊转速异常的原因为电机减速比异常。经过程序修正，上述炉辊转速已经恢复正常，产线恢复后未再出现类似的结瘤问题。
三、控制措施
由上述碳套辊结瘤的原因分析可知：碳套辊转速与带钢速度偏差过大是导致本次产线碳套辊异常结瘤的根本原因。目前产线退火炉炉底辊全部装有编码器，现场操作画面中可对正常生产期间出现转速异常的碳套辊进行监控，但因检修更换减速机等原因导致的炉辊转速异常却无法进行画面监控。为保证每次碳套辊减速机更换后炉辊转速的精度，需要固化碳套辊转速的测量周期及方法，要求维护人员每次检修更换电机或减速机后，冷负荷试车时对更换的炉辊进行测速（结合后续的现场经验摸索，要求炉辊转速与带钢的实际运行速度差值控制在2%以内），对发现的异常问题及时处理，避免因炉辊转速异常导致的碳套辊结瘤问题的出现。
四、实施效果
调整炉辊电机减速比并执行控制措施后，消除了因炉辊转速异常导致的碳套辊结瘤问题。
五、结语
碳套辊转速与带钢运行速度存在较大偏差后，会导致碳套辊表面出现严重的粘附结瘤，造成带钢表面出现压印或者压痕缺陷。通过合理匹配碳套辊与带钢的速度，将碳套辊转速与带钢的实际运行速度差值控制在2%以内并执行每次更换碳套辊电机或减速机后，对更换的炉辊进行测速调整，消除了因炉辊转速异常导致的结瘤问题。
参考文献:
[1]赵有明，游光明，刘天纬，李娜．控制连续退火炉碳套辊结瘤的工艺实践.第十二届中国电工钢学术年会，2012:95-100.
[2]裴润奇，杨宗翰．硅钢连续退火炉炉辊结瘤分析.山西冶金，2015:72-74.
[3]李庆胜.电工钢退火炉陶瓷辊结瘤原因分析及改进措施[J].宝钢技术,2004,03:12-15.