乳化液斑跡的形成機(jī)理及控制

1、<p>　　乳化液斑跡的形成機(jī)理及控制</p><p>　　摘要 乳化液斑跡是長(zhǎng)期困優(yōu)冷軋產(chǎn)品的一種表面缺陷，一直得不到根本解決，本文在分析和模擬試臉數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析了乳化液斑跡的成因及形成機(jī)理，并提出了控制乳化斑的對(duì)策。 </p><p>　　關(guān)健詞 冷軋帶鋼表面缺陷乳化液班跡 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TQ423.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A <

2、;/p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　乳化液斑跡是一個(gè)長(zhǎng)期困擾冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量的問題，自開工以來雖幾經(jīng)攻關(guān)，但一直未取得突破、主要是因?yàn)槲磁迤洚a(chǎn)生的原因和機(jī)理.乳化液斑跡仍是影響帶鋼表面質(zhì)量的危敵。為此我再次組織攻關(guān)，研究乳化液斑跡的形成機(jī)理并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究其對(duì)策。 </p><p>　　2 乳化斑的形成機(jī)理

3、</p><p><b>　　2.1化驗(yàn)分析 </b></p><p>　　2.1.1 斑跡的物理化學(xué)檢驗(yàn)分析 </p><p>　　我們這次攻關(guān)重在研究清楚斑跡形成的機(jī)理，為此我們課題組做了大量的理化分析試驗(yàn)，以確定乳化液斑跡的成份 </p><p>　　(1)電子探針能譜分析 </p><p>

4、;　　從能譜分析上看，斑跡的主要組成元素是C、0、Fe。其它元素均沒有明顯的峰值:與此相比，無斑跡但有銹跡的冷軋板表面C含量非常低。 </p><p>　　(2) 俄歇(AFS)電子譜定量分析 </p><p>　　俄歇電子能譜分析斑跡表面的主要組成元素也是C、0、Fe（98％），這與電子探針分折一致；斑跡表面C元素含量都很高，超過了Fe元素:由表面向鋼板內(nèi)、C元素含量隨深度增加而遞減，F(xiàn)

5、e元素隨深度增加而遞增，我們課題組認(rèn)為C元素來自油，覆在班跡表面，下面的Fe、O元素為化合態(tài)，即氧化鐵。 </p><p><b>　　2.2 模擬試驗(yàn) </b></p><p>　　為進(jìn)一步研究斑跡形成機(jī)理，驗(yàn)證物化檢驗(yàn)的結(jié)果，課題組進(jìn)行了一系列模擬試驗(yàn): </p><p>　　2.2.1 含雜油的乳化液蒸發(fā)試驗(yàn) </p>&l

6、t;p>　　物理化學(xué)分析表明油參與了斑跡形成過程，對(duì)于乳化液斑跡來說，油是通過乳化液而進(jìn)人帶鋼表面的，因此有必要研究雜油進(jìn)人乳化液后的揮發(fā)特性。蒸發(fā)試驗(yàn)以油膜軸承油:液壓油：稀油=3：2：1配制成雜油，以N460軋制油為基油配制雜油量分別為, 25%,30%,35%,40%,50%的五種試驗(yàn)油，再分別配制成濃度4%的乳化液，在老化試驗(yàn)箱內(nèi)分別進(jìn)行70℃保溫18小時(shí)及在室溫、50℃,80℃,100℃,120℃進(jìn)行不同時(shí)間蒸發(fā)兩種試驗(yàn)

7、。 </p><p><b>　　試驗(yàn)表明: </b></p><p>　　·在低溫下乳化液中混人雜油后其中水份蒸發(fā)速度大大降低； </p><p>　　·在相同溫度 相同時(shí)問內(nèi)乳化液中雜油越多蒸發(fā)貧越少，成線性關(guān)系； </p><p>　　·在試驗(yàn)條件下沒有雜油的乳化液中水份可以完全揮發(fā)，

8、含有雜油的乳化液不能完全揮發(fā)。模擬鋼卷卷內(nèi)乳化液蒸發(fā)試驗(yàn)也得出相同的結(jié)論。清凈軋制油的一個(gè)特點(diǎn)就是配制成乳化液后其中的水份可以在低溫條件下較快的揮發(fā)。如果附在帶鋼表面的乳化液混有雜油。則油膜下面的水份較難蒸發(fā)，要等油揮發(fā)之后才能夠完全蒸發(fā)。在此之前包括存放和低溫預(yù)熱階段，水份以水蒸汽的狀態(tài)存在，對(duì)鐵是強(qiáng)氧化劑，將使帶鋼局部氧化。 </p><p>　　2.2.2 模擬帶鋼表面斑跡退火試驗(yàn) </p>

9、<p>　　將疊層試樣用螺栓裝訂成疊，并在每?jī)善g的兩頭各夾一塊方形墊片，在中部形成0.7mm的空隙，在方形墊片部位則處子壓緊狀態(tài)。在方形墊片和空隙間分別涂上試驗(yàn)用乳化液，然后在自動(dòng)溫控管式爐中進(jìn)行模擬退火。 </p><p><b>　　試驗(yàn)表明: </b></p><p>　　·只有疊層中被壓緊部位才產(chǎn)生斑跡。 </p><

10、;p>　　·產(chǎn)生斑跡的部位在退火前有可見油跡，有油跡被壓緊的部位必有斑跡形成。 </p><p>　　·在試驗(yàn)條件下，適當(dāng)延長(zhǎng)退火升溫各階段保溫時(shí)間，可使斑跡減輕、減薄。 </p><p>　　·經(jīng)攪拌均勻、無蒸發(fā)期、含不同濃度雜油的各乳化液、在退火中均不產(chǎn)生斑跡。 </p><p>　　·經(jīng)攪拌后經(jīng)過不同時(shí)間靜止后在乳

11、化液表面取液進(jìn)行試驗(yàn)的，疊層中均產(chǎn)生斑跡，靜止時(shí)間越長(zhǎng)斑跡越厚。 </p><p>　　2.3 斑跡產(chǎn)生的原因和機(jī)理分析 </p><p>　　2.3.1 斑跡產(chǎn)生的原因 </p><p>　　由理化試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)推斷帶鋼表面產(chǎn)生乳化液斑跡的主要原因是由于冷軋帶卷進(jìn)罩式爐前，局部表面存在濃縮乳化液。這種濃縮乳化液以油為主包含少量水份，油層中水份在室溫下與鐵氧化的速度

12、很低，隨著溫度升高、氧化的速度迅速增大，若氣化成為水蒸汽，則與帶鋼表面發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，不斷生成氧化鐵。在軋后存放和退火低溫預(yù)熱階段，氧化鐵已經(jīng)形成。鋼卷被加熱到油的蒸發(fā)溫度時(shí)，少量油被保護(hù)氣氛帶走，大部分油進(jìn)入或浮在早己生成的疏松氧化鐵上面形成斑跡 。 </p><p>　　經(jīng)調(diào)查分析以下三種情況并存容易產(chǎn)生局部濃縮的乳化液: </p><p>　　·板型不良，乳化液易在浪形

13、部側(cè)濃縮。 </p><p>　　·帶鋼表面殘留乳化液多，濃度大，提供濃縮乳化液的來源。 </p><p>　　·溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，溫度高濃縮快，時(shí)間長(zhǎng)濃度高；只有當(dāng)乳化液濃縮成油狀，才會(huì)產(chǎn)生斑跡。 </p><p>　　這三條都是必要條件，缺一不可。 </p><p>　　2.3.2 斑跡形成機(jī)理分析 </p>

14、<p>　　綜合各種現(xiàn)代化學(xué)方法分析結(jié)果，表明帶鋼斑跡是由氧化鐵和油組成，氧化鐵分布在斑跡內(nèi)層，緊靠基體，油分布在斑跡外層，浮在表面。氧化鐵和油兩種物質(zhì)之間并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是一種混合物。這一認(rèn)識(shí)可以使斑跡機(jī)理研究從分別研究油的物理過程和鐵的化學(xué)反應(yīng)入手。 </p><p>　?。?） 油的物理過程 </p><p>　　含有軋制油和雜油的乳化液殘留在帶鋼表面，卷取時(shí)積存

15、于由板型缺陷而形成的封閉緊貼區(qū)域。在溫度和時(shí)間的影響下，乳化液中的大部分水份蒸發(fā)，形成濃縮乳化液，在退火過程中，由于雜油的混入，延長(zhǎng)了油的蒸發(fā)時(shí)間，故濃縮油開始蒸發(fā)時(shí)油層中的水份早已成為水熱汽，油層阻止水蒸汽蒸發(fā)。從而加強(qiáng)了水蒸氣與帶鋼表面的氧化反應(yīng)，而且在油蒸發(fā)結(jié)束之前有足夠的時(shí)問進(jìn)行氧化反應(yīng)。另一方面，濃縮雜油總是積存在帶卷的封閉緊貼部位。退火時(shí)雖經(jīng)歷一個(gè)蒸發(fā)過程，但一部分油汽被封閉在緊貼部位蒸發(fā)不出來，而滯留在疏松的氧化鐵層里，與

16、氧化鐵一起形成帶鋼表面的斑跡。 </p><p>　?。?） 鐵的氧化過程 </p><p>　　冷軋罩式爐退火保護(hù)氣體大部分是高度純凈的95％N＋5％H，流量，進(jìn)口露點(diǎn)一42，爐內(nèi)露點(diǎn)一30～40。爐內(nèi)整體為還原性保護(hù)氣氛，鐵的氧化反應(yīng)自由能＞0，氧化鐵趨向被分解。因此，從整體上看罩式爐退火工藝是光亮退火，不會(huì)產(chǎn)生斑跡。 </p><p>　　對(duì)于某個(gè)鋼卷局部，即

17、積存濃縮乳化液的緊貼部位。在退火過程中，濃縮乳化液中的水份形成水蒸汽使鐵發(fā)生氧化反應(yīng): </p><p>　　在 570℃ 以上 </p><p>　　在 570℃ 以下 </p><p>　　水蒸汽使鐵氧化在570℃以下生成四氧化三鐵，借助氧化熱力學(xué)來判斷反應(yīng)的方向。反應(yīng)的吉布斯自由能變化為: </p><p><b>　　――反

18、應(yīng)平衡常數(shù) </b></p><p>　　――退火過程中水蒸汽和氫的分壓比 </p><p>　　就罩式爐整體而言，爐內(nèi)露點(diǎn)很低，還原氣氛強(qiáng)，＞，氧化鐵分解被氫氣還原。但在積存濃縮乳化液的局部，在退火過程中，濃縮乳化液完全蒸發(fā)之前，油層中的水份己處于水蒸汽狀態(tài)。在那里＜，反應(yīng)向生成氧化鐵方向進(jìn)行，同時(shí)氧化動(dòng)力學(xué)原理告訴我們隨著反應(yīng)溫度的上升，氧化反應(yīng)會(huì)越發(fā)強(qiáng)烈.隨著反應(yīng)時(shí)間的延

19、長(zhǎng)氧化膜的厚度會(huì)增加。 </p><p>　?。?） 濃縮油和氧化鐵的相互作用 </p><p>　　乳化液斑跡形成過程中油和氧化鐵互為因果.只有帶鋼表面發(fā)生氧化并且油浸潤(rùn)到氧化鐵里，才形成斑跡。有提供了產(chǎn)生氧化鐵的反應(yīng)物.氧化鐵成為有的寄生地，兩者缺一都不會(huì)形成斑跡 </p><p>　　3 乳化斑的控制措施 </p><p>　　3.1減

20、少乳化液斑跡的對(duì)策 </p><p>　　從以上理論分析可以看出，形成斑跡的主要原因是局部存在濃縮乳化液，要減少斑跡首要任務(wù)就是要減少濃縮乳化液形成的機(jī)率，對(duì)此課題組制定了以下對(duì)策: </p><p><b>　　·加強(qiáng)吹掃 </b></p><p>　　通過強(qiáng)有力的壓縮空氣吹掃，可以減少或消除板面殘留的乳化液、消除濃縮乳化液的來源。

21、 </p><p><b>　　·減少漏油 </b></p><p>　　通過加強(qiáng)管理，減少系統(tǒng)漏油，提高殘留乳化液的蒸發(fā)速度。 </p><p><b>　　·控制板型 </b></p><p>　　中間浪的部位是積存乳化液的部位，也是保護(hù)氣體不易進(jìn)人的封閉緊貼區(qū)域，軋制時(shí)應(yīng)避

22、免產(chǎn)生中間浪的板型。 </p><p><b>　　·疏通物流 </b></p><p>　　加強(qiáng)物流管理、減少罩式爐前庫(kù)庫(kù)存周期，減少殘留乳化液的濃縮。對(duì)可能產(chǎn)生乳化液斑跡的鋼卷提前裝爐。 </p><p><b>　　·控制退火 </b></p><p>　　退火過程中在30

23、0℃保溫提高油的蒸發(fā)率，可減輕乳化液斑跡。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　形成帶鋼表面乳化液斑跡的原因是鋼卷內(nèi)部存在濃縮乳化液。形成機(jī)理是濃縮乳化液中的水份在較高溫度下變?yōu)樗羝c帶鋼表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)生成氧化鐵。濃縮油既是氧化劑又阻礙水份蒸發(fā)，并溶人氧化鐵成為斑跡。減少斑跡應(yīng)從加強(qiáng)吹掃、減少漏油、控制板型、疏通物流和控制退

24、火五個(gè)方面加以解決。實(shí)踐證明，采取上述對(duì)策措施，可使乳化液斑跡發(fā)生率大幅下降，達(dá)到較為令人滿意的效果。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]王業(yè)科 ．薄板坯連鑄連軋熱軋鋼卷作為冷軋?jiān)先舾蓡栴}的探討 [A]．2005年全國(guó)冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)驤第三屆薄鋼板質(zhì)量研討會(huì)論文集 [C]．北京：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)軋鋼分會(huì) ，2005．25