電鍍錫機(jī)組軟熔導(dǎo)電輥粗糙度異常的分析及控制

范光杰

（寶鋼股份公司冷軋廠，上海 200941）

電鍍錫機(jī)組軟熔導(dǎo)電輥粗糙度異常的分析及控制

范光杰

（寶鋼股份公司冷軋廠，上海 200941）

某電鍍錫機(jī)組2#軟熔導(dǎo)電輥(位于淬水槽之后)在使用過(guò)程中粗糙度異常下降，壽命較短，在一定程度上制約了機(jī)組的正常生產(chǎn)。采用掃描電鏡和能譜對(duì)因此而產(chǎn)生的鍍鋅板缺陷進(jìn)行了微觀形貌及元素成分的分析，比較了1#(位于淬水槽前)、2#導(dǎo)電輥的粗糙度變化，以及下機(jī)后2#導(dǎo)電輥在清洗前后的粗糙度。認(rèn)為粘錫是造成粗糙度下降的根本原因，磨損所造成的粗糙度下降可以忽略不計(jì)。提出了控制2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降的措施，如提高2#軟熔導(dǎo)電輥的壓輥壓力，降低淬水槽中Sn2+的濃度，降低淬水槽溫度，防止帶鋼邊部產(chǎn)生錫須等。

鍍錫；軟熔；導(dǎo)電輥；粗糙度；粘錫；磨損

1 前言

某電鍍錫機(jī)組設(shè)計(jì)軟熔工藝采用電阻軟熔 + 感應(yīng)軟熔，為鍍錫成品提供光亮表面及合適的合金層量，軟熔段工藝流程如圖1所示。

圖1 電鍍錫線上軟熔段的工藝流程圖Figure 1 Process flow chart of reflow section in electrolytic tinning line

電阻軟熔是在1#、2#軟熔導(dǎo)電輥之間通以一定的交流電流，將帶鋼加熱，于232 °C左右使表面錫層熔化，改變錫層結(jié)晶形態(tài)，形成錫合金層，以提高鍍錫板的耐蝕性。軟熔導(dǎo)電輥為鐵芯上鍍銅再鍍鉻的結(jié)構(gòu)，鍍銅層提供優(yōu)良的導(dǎo)電性能，鍍鉻層提供良好的硬磨性，新輥鍍鉻層的粗糙度控制在Ra≈ 5.0 μm。

軟熔導(dǎo)電輥處于電鍍錫機(jī)組的軟熔段，其中淬水槽使用水作為冷卻介質(zhì)，溫度控制在50 ～ 95 °C。在淬水槽入口，帶鋼達(dá)到軟熔段最高溫度(250 ～ 280 °C)，帶鋼進(jìn)入淬水槽后被冷卻到100 °C以下。

在使用的過(guò)程中，2#軟熔導(dǎo)電輥的粗糙度很快就降低到Ra≈ 1.0 μm，造成鍍錫板表面極易產(chǎn)生燒蝕缺陷。

2 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度的變化規(guī)律及其對(duì)質(zhì)量的影響

2. 1 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度的變化規(guī)律

從上機(jī)運(yùn)行和檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，2#軟熔導(dǎo)電輥傳動(dòng)側(cè)、中間部分及操作側(cè)的粗糙度下降規(guī)律基本一致，其粗糙度下降歷程分為3個(gè)階段──粗糙度急劇下降區(qū)(3 d內(nèi))、平臺(tái)區(qū)(3 ～ 6 d)和失效區(qū)(6 d之后)，如圖2所示。另外，導(dǎo)電輥中間部分磨損較為嚴(yán)重。

圖2 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度隨運(yùn)行時(shí)間的變化Figure 2 Variation of roughness of No.2 reflow conductive roller with running time

2. 2 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降對(duì)質(zhì)量的影響

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，在粗糙度急劇下降區(qū)，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)可觀測(cè)的影響；在平臺(tái)區(qū)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，偶而會(huì)產(chǎn)生小白點(diǎn)等缺陷，可通過(guò)導(dǎo)電輥研磨等作業(yè)調(diào)整加以消除；在失效區(qū)，不可避免地產(chǎn)生無(wú)法消除的小白點(diǎn)等缺陷，小白點(diǎn)缺陷的宏觀與微觀形貌如圖 3所示。

圖3 小白點(diǎn)缺陷的宏觀與微觀形貌Figure 3 Macroscopic and microscopic morphologies of the defect of tiny white spot

通過(guò)對(duì)小白點(diǎn)缺陷的電鏡形貌觀察及能譜分析，確認(rèn)這是一種已將錫層燒損而傷及或未完全傷及合金層的致命缺陷，直接影響了鍍錫板的耐蝕性能和涂覆性能。

表1是2種典型小白點(diǎn)缺陷的分析結(jié)果。

表1 小白點(diǎn)缺陷的分析結(jié)果Table 1 Results of analysis on tiny white spot defect

根據(jù)以上分析結(jié)果，可以認(rèn)為“小白點(diǎn)”是一種因?qū)щ娸伌植诙冉档停瑢?dǎo)電輥、鋼板粘附或溶液帶入的微小異物在大電流下使導(dǎo)電輥與帶鋼之間水膜局部擊穿后產(chǎn)生的鍍錫層表面的點(diǎn)狀燒蝕，其對(duì)鍍錫板的耐蝕性將產(chǎn)生不可估量的負(fù)面影響。

3 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降的機(jī)理探討

3. 1 磨損失效機(jī)理探討

從正常生產(chǎn)運(yùn)行情況來(lái)看，帶鋼包覆在導(dǎo)電輥的外圍，整體沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，通過(guò)兩者之間的接觸來(lái)傳遞電流。理論上，導(dǎo)電輥驅(qū)動(dòng)的線速度與帶鋼運(yùn)行速度是同步的，但實(shí)際上兩者存在差異才能保證張力和摩擦力。在微觀條件下，帶鋼與軟熔導(dǎo)電輥之間存在相對(duì)滑動(dòng)，這可能引起軟熔導(dǎo)電輥與帶鋼之間的相互磨損，從而造成粗糙度異常下降。

而從現(xiàn)場(chǎng)軟熔導(dǎo)電輥的布置來(lái)看，1#軟熔導(dǎo)電輥在淬水槽之前，其工作環(huán)境處于干態(tài)，基本沒(méi)有溶液的干擾，而2#軟熔導(dǎo)電輥處于淬水槽之后，并且距離很近，帶鋼經(jīng)過(guò)淬水槽后，部分溶液被帶到2#軟熔導(dǎo)電輥之上，溶液對(duì)導(dǎo)電輥的磨損起潤(rùn)滑作用。若是軟熔導(dǎo)電輥因磨損而失效，則1#軟熔導(dǎo)電輥應(yīng)比2#軟熔導(dǎo)電輥更容易失效。因此做了1#、2#軟熔導(dǎo)電輥的磨損失效試驗(yàn)，以對(duì)比其粗糙度下降規(guī)律。試驗(yàn)時(shí)間共持續(xù)11 d，每天的粗糙度變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 1#、2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度隨運(yùn)行時(shí)間的變化Figure 4 Variation of roughness of No.1 and No.2 reflow conductive rollers with running time

從圖 4可以看出，隨著時(shí)間的推移，1#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降非常緩慢，基本維持Ra＞4.5 μm，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量基本沒(méi)有影響；而2#軟熔導(dǎo)電輥的粗糙度則急劇下降，到第10天左右時(shí)已出現(xiàn)“小白點(diǎn)”缺陷，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的負(fù)面影響。

從該對(duì)比試驗(yàn)可以看出，軟熔導(dǎo)電輥與帶鋼之間相對(duì)滑動(dòng)所引起的磨損，并不是2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降的根本原因，軟熔導(dǎo)電輥與帶鋼之間的同步運(yùn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言是可以接受的。

3. 2 粘錫失效機(jī)理探討

從下機(jī)的2#軟熔導(dǎo)電輥的表面形貌來(lái)看，表面粘附一層薄薄的錫，通過(guò)清洗將表面錫層去除之后，2#軟熔導(dǎo)電輥基本恢復(fù)了原來(lái)形貌，粗糙度Ra也提高到4.5 μm以上，這與1#軟熔導(dǎo)電輥的磨損規(guī)律是一致的。2#軟熔導(dǎo)電輥清洗前與清洗后的粗糙度變化情況如圖5所示。

圖5 下機(jī)后2#軟熔導(dǎo)電輥清洗前后粗糙度的變化Figure 5 Variation of roughness of used No.2 reflow conductive roller before and after cleaning

而從2#軟熔導(dǎo)電輥微觀形貌來(lái)看，失效后的2#軟熔導(dǎo)電輥的鉻層內(nèi)部有大量錫的存在。當(dāng)鉻層沒(méi)有粘錫時(shí)，鉻層凹坑處是空白的，其粗糙度是正常的；而當(dāng)鉻層凹坑處粘錫時(shí)，凹坑處將被錫部分填滿，表現(xiàn)出粗糙度下降。

當(dāng)粗糙度下降到一定程度(如Ra＜1.0 μm)時(shí)，2#軟熔導(dǎo)電輥的鉻層將與鍍錫板表面發(fā)生微觀放電，引起燒蝕，即“小白點(diǎn)”缺陷。軟熔導(dǎo)電輥鉻層表面粘錫的微觀形貌示意圖如圖6所示。

圖6 2#軟熔導(dǎo)電輥粘錫微觀形貌Figure 6 Microscopic morphology of tin sticking on No.2 reflow conductive roller

可見(jiàn)，2#軟熔導(dǎo)電輥表面粘錫是造成其粗糙度下降的根本原因。

4 2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降的控制對(duì)策

4. 1 提高2#軟熔導(dǎo)電輥的壓輥壓力

1#、2#軟熔導(dǎo)電輥之間最大的差異是工況的不同。1#軟熔導(dǎo)電輥工況處于干態(tài)，沒(méi)有溶液的干擾，而2#軟熔導(dǎo)電輥處于濕態(tài)，大量的溶液經(jīng)帶鋼被帶到2#軟熔導(dǎo)電輥之上，因此，將2#軟熔導(dǎo)電輥壓輥的壓力由4 MPa提高到6 MPa，提高擠干效果，可以減少溶液帶出。

4. 2 降低淬水槽中Sn2+濃度

從理論上講，淬水槽中應(yīng)是純水，不應(yīng)該有 Sn2+的存在，但由于帶鋼的運(yùn)行，電鍍?nèi)芤翰豢杀苊獾赜晒に嚩伪粠У酱闼郏勾闼壑?Sn2+的質(zhì)量濃度高達(dá)0.5 g/L以上。Sn2+濃度高，2#軟熔導(dǎo)電輥粘錫的概率就大。通過(guò)增大工藝段擠干輥壓力、采用壓縮空氣吹掃等方式，將淬水槽中的 Sn2+質(zhì)量濃度降至 0.1 g/L以下，以減少淬水槽中的錫在2#軟熔導(dǎo)電輥上富集。

4. 3 降低淬水槽的溫度

由于軟熔過(guò)程中帶鋼的溫度達(dá)到近300 °C，因此淬水槽中的水溫經(jīng)常高達(dá)95 °C以上，這不利于錫層的冷卻，溫度較高的錫層更容易粘附到2#軟熔導(dǎo)電輥上。因此，通過(guò)添加純水、減少蒸汽加熱量等措施，控制淬水槽溫度在80 °C以下，以利于錫層與帶鋼的冷卻，從而減少2#軟熔導(dǎo)電輥粘錫。

4. 4 帶鋼邊部錫須的防治

帶鋼邊部在電鍍時(shí)因邊緣電流集中，產(chǎn)生大量錫須，造成淬水槽錫須增多，也是粘錫的來(lái)源之一，最終影響2#軟熔導(dǎo)電輥的粗糙度。因此，增加電鍍段邊緣罩投入量，從而控制鍍錫板邊部增厚，有效減少錫須發(fā)生量，也是有效措施之一。

5 結(jié)論

粘錫失效是某鍍錫機(jī)組2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降的主要原因，而磨損引起的粗糙度下降可以忽略不計(jì)。通過(guò)提高 2#軟熔導(dǎo)電輥的壓輥壓力，降低淬水槽中Sn2+的濃度及水溫，防止帶鋼邊部產(chǎn)生錫須等措施，可以有效防止2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度的過(guò)快下降，其壽命也提高了一倍以上，而由此產(chǎn)生的“小白點(diǎn)”缺陷降低了 50%以上，2#軟熔導(dǎo)電輥粗糙度下降過(guò)快不再是影響某鍍錫機(jī)組產(chǎn)能、質(zhì)量的主要因素。

[ 編輯：溫靖邦 ]

Analysis and control of abnormal roughness of reflow conductive roller in electrolytic tinning line //

FAN Guang-jie

The No.2 reflow conductive roller located after quench tank in an electrolytic tinning line (ETL) has a short service life due to the abnormal decrease of its surface roughness, which restricts the normal production to a certain extent. The microscopic morphology and elemental composition of the defect resulted from the roughness decrease on tinned sheet were analyzed by scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy. The roughness variation of No.1 (located before quench tank) and No.2 conductive rollers and that of the used No.2 conductive roller before and after cleaning were compared. It is considered that tin sticking is the main reason leading to the abnormal roughness decrease, and the effect of abrasion is negligible. Some measures for controlling the roughness decrease of No.2 reflow conductive roller were presented, such as increasing its rolling pressure, decreasing the Sn2+content and solution temperature in quench tank, and preventing the formation of tin whiskers at the edges of steel strips.

tinning; reflow; conductive roller; roughness; tin sticking; abrasion

TQ153.13

A

1004 – 227X (2012) 06 – 0039 – 03

Author’s address:Cold Rolling Plant of Baoshan Iron amp; Steel Co., Ltd., Shanghai 200941, China

2012–03–16

2012–03–27

范光杰（1976–），男，山東人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向?yàn)殡婂兣c軋鋼。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) fanguangjie@baosteel.com，(Tel) 021–26646253。