炉辊结瘤分析.doc

炉辊结瘤与热喷涂 带钢连续热镀锌及连续退火生产线常见问题分析 唐卫军 （唐山钢铁公司 冷轧薄板厂，河北 唐山 063000） 摘要从机理上分析炉辊结瘤的成因，结合实际情况，介绍了几种防止结瘤的方法，特别是近几年发展起来的热喷涂技术的应用。 关键词炉辊；结瘤；热喷涂 1 前言 连续退火炉是带钢连续热镀锌及连续退火生产线的关键设备，其功能主要是消除原料在冷轧后产生的加工硬化，使带钢在炉内完成再结晶退火的过程。炉型分立式﹑卧式﹑立卧混合式，带钢依靠炉辊的传动在炉内运行，立式炉在上下辊室布置大直径转向辊，卧式炉一般采用小直径炉底辊，炉辊材质多为耐热合金钢。当生产线运行一定周期后，炉辊表面会出现结瘤现象，从而造成带钢表面压痕、划伤、麻点等缺陷，影响产品质量。 2 炉辊结瘤的成因 辊面结瘤的现象在金属学中称为粘着磨损，造成粘着磨损的因素很多，通常有以下几个方面 1. 金属的互溶性元素在周期表中的位置越接近，电极电位越接近，它们之间的原子相互扩散的能力就越强，互溶性就越强，粘着磨损的倾向就越大。 2. 金属的点阵形式面心立方结构最容易发生粘着，六方点阵结构最不容易发生粘着，体心立方结构的居中。 3. 材料的表面硬度当表面硬度增加时，变形抗力大，塑性变形小，导致真实接触面积减少，粘着系数降低。 4. 摩擦副的工作环境当摩擦副相对速度增大、环境温度增加、二者之间的正压力增大时，粘着的可能性就越大。 连续退火炉为防止带钢氧化，炉内严格控制为还原性气氛，通入还原性保护气体，直接加热的采用无氧化燃烧，即煤气过剩，助燃空气不足的方式，带钢表面的氧化物被还原成活性铁，再加上炉前清洗效果不好而带进炉内的轧制铁粉，这些铁经过高温活化与炉辊材料具有很强的亲和性、互溶性，在摩擦力的作用下产生很大的挤压应力，从而破坏辊面的保护膜，裸露的新鲜表面就会与活化铁在压应力下产生固相焊接，使辊面产生结瘤。 3 防止结瘤的方法 防止辊面结瘤通常采取以下几种方法 1. 提高辊面的硬度，增强耐磨性。 2. 提高辊面材料的熔点，增强耐高温性。 3. 辊面改性，减少金属间的互溶性。 4. 降低炉辊工作温度，立式炉设立上下辊室，炉膛与辊室之间隔热。卧式炉高温段采用水冷或风冷辊。 5. 各炉辊传动采用单独的交流调速，保证炉辊与钢带间线速度一致，避免两者产生相对运动。 6. 在退火炉前设置清洗段，对带钢表面进行碱洗和电解清洗，最大限度的降低带钢表面轧制 油和铁粉的含量。 前3种方法主要针对炉辊的表面处理，近几年国内应用较多的就是表面热喷涂技术。即在炉辊表面喷涂一定厚度的耐高温涂料，以金属陶瓷居多，从而改善辊面的机械性能，提高炉辊抗结瘤能力。 4 热喷涂技术的应用 热喷涂技术是利用某种热源（如电弧、等离子弧或燃烧火焰等）将粉末状或者丝状涂层材料加热到熔融或半熔融状态，借助焰流本身或者压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成表面涂层的一种技术。 热喷涂技术具有如下特点 1. 基体材料不受限制，可以是金属和非金属，可在各种基体材料上喷涂。 2. 涂层材料比较广泛，如硬质合金、陶瓷、金属、石墨等。 3. 喷涂过程中基体材料温度小，不产生应力和变形。 4. 操作方便，不受工件形状限制。 5. 涂层厚度从0.01到几毫米。 6. 可以形成耐磨、耐高温、耐蚀、抗氧化、隔热等功能的涂层。 7. 适应性强经济效益好等优点。 热喷涂技术根据所使用的热源不同，主要分为燃烧法和电加热法两大类，其中燃烧法又可分为火焰喷涂和爆炸喷涂。高速火焰喷涂属于火焰喷涂的一种，国内通常称之为超音速火焰喷涂，其英文缩写为HVOF，抗结瘤炉辊涂层主要采用此种工艺。喷涂材料为Ni/Cr-CrC，涂层硬度可达HRC60，涂层结合强度大于70MPa,涂层厚度均匀性达到0.03mm，涂层的孔隙率小于2，涂层与Fe的亲和力低，不易结瘤，涂层材料高温硬度高，耐磨损，使用寿命长，涂层与基体结合牢固，涂层热膨胀系数与基体材料相匹配等优点，适合600～900℃的中温段炉辊，高温段涂层材料采用LCO17,现在又逐步向双层和多层发展，实践证明炉辊涂层技术的应用极大的提高了辊面的抗结瘤能力，从而减少了停炉时间，降低了生产成本，提高了产品质量。 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100 300 400 500 600 700 温 度 o C 镀镍 镀铬 喷涂 硬 度 Hv 5000g 喷涂涂层与电镀镀层的高温硬度比较 热喷涂技术应用非常广泛，使用不同工艺﹑不同材料可获得耐磨﹑耐腐蚀﹑抗高温氧化﹑热障功能﹑导电绝缘﹑远红外辐射﹑电磁屏蔽吸收等多种功能的涂层。涂层材料包括金属﹑陶瓷﹑塑料﹑金属合金﹑金属陶瓷﹑金属塑料等，广泛应用于航空航天﹑冶金﹑能源﹑国防﹑石油化工﹑机械制造﹑交通运输﹑生物工程﹑轻工机械等各个领域。