乳化液斑跡的形成機理及控制

1、<p>　　乳化液斑跡的形成機理及控制</p><p>　　摘要 乳化液斑跡是長期困優(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理，并提出了控制乳化斑的對策。 </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：TQ423.92 文獻標識碼：A <

2、;/p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　乳化液斑跡是一個長期困擾冷軋產(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、主要是因為未弄清其產(chǎn)生的原因和機理.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理并在此基礎(chǔ)上進一步研究其對策。 </p><p>　　2 乳化斑的形成機理

3、</p><p><b>　　2.1化驗分析 </b></p><p>　　2.1.1 斑跡的物理化學(xué)檢驗分析 </p><p>　　我們這次攻關(guān)重在研究清楚斑跡形成的機理，為此我們課題組做了大量的理化分析試驗，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 </b></p><p>　　為進一步研究斑跡形成機理，驗證物化檢驗的結(jié)果，課題組進行了一系列模擬試驗: </p><p>　　2.2.1 含雜油的乳化液蒸發(fā)試驗 </p>&l

6、t;p>　　物理化學(xué)分析表明油參與了斑跡形成過程，對于乳化液斑跡來說，油是通過乳化液而進人帶鋼表面的，因此有必要研究雜油進人乳化液后的揮發(fā)特性。蒸發(fā)試驗以油膜軸承油: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%的五種試驗油，再分別配制成濃度4%的乳化液，在老化試驗箱內(nèi)分別進行70℃保溫18小時及在室溫、50℃,80℃,100℃,120℃進行不同時間蒸發(fā)兩種試驗

7、。 </p><p><b>　　試驗表明: </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)試驗也得出相同的結(jié)論。清凈軋制油的一個特點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，對鐵是強氧化劑，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 </p>

9、<p>　　將疊層試樣用螺栓裝訂成疊，并在每兩片之間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用乳化液，然后在自動溫控管式爐中進行模擬退火。 </p><p><b>　　試驗表明: </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>　　·在試驗條件下，適當延長退火升溫各階段保溫時間，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)過不同時間靜止后在乳

11、化液表面取液進行試驗的，疊層中均產(chǎn)生斑跡，靜止時間越長斑跡越厚。 </p><p>　　2.3 斑跡產(chǎn)生的原因和機理分析 </p><p>　　2.3.1 斑跡產(chǎn)生的原因 </p><p>　　由理化試驗和模擬試驗推斷帶鋼表面產(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，少量油被保護氣氛帶走，大部分油進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、時間長，溫度高濃縮快，時間長濃度高；只有當乳化液濃縮成油狀，才會產(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。這一認識可以使斑跡機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，延長了油的蒸發(fā)時間，故濃縮油開始蒸發(fā)時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)束之前有足夠的時問進行氧化反應(yīng)。另一方面，濃縮雜油總是積存在帶卷的封閉緊貼部位。退火時雖經(jīng)歷一個蒸發(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氣體大部分是高度純凈的95％N＋5％H，流量，進口露點一42，爐內(nèi)露點一30～40。爐內(nèi)整體為還原性保護氣氛，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，不會產(chǎn)生斑跡。 </p><p>　　對于某個鋼卷局部，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)露點很低，還原氣氛強，＞，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行，同時氧化動力學(xué)原理告訴我們隨著反應(yīng)溫度的上升，氧化反應(yīng)會越發(fā)強烈.隨著反應(yīng)時間的延

19、長氧化膜的厚度會增加。 </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率，對此課題組制定了以下對策: </p><p><b>　　·加強吹掃 </b></p><p>　　通過強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，也是保護氣體不易進人的封閉緊貼區(qū)域，軋制時應(yīng)避

22、免產(chǎn)生中間浪的板型。 </p><p><b>　　·疏通物流 </b></p><p>　　加強物流管理、減少罩式爐前庫庫存周期，減少殘留乳化液的濃縮。對可能產(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)從加強吹掃、減少漏油、控制板型、疏通物流和控制退

24、火五個方面加以解決。實踐證明，采取上述對策措施，可使乳化液斑跡發(fā)生率大幅下降，達到較為令人滿意的效果。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]王業(yè)科 ．薄板坯連鑄連軋熱軋鋼卷作為冷軋原料若干問題的探討 [A]．2005年全國冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會驤第三屆薄鋼板質(zhì)量研討會論文集 [C]．北京：中國金屬學(xué)會軋鋼分會 ，2005．25