平整機(jī)工作輥拋丸毛化技術(shù)在鍍錫類產(chǎn)品上的應(yīng)用

滕瑞沖， 吳 旭， 王學(xué)謙， 李 虎， 魏學(xué)東

（河鋼集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司， 河北 衡水 053400）

衡水板業(yè)公司是一家生產(chǎn)高檔包裝用鍍錫板、食品、化工、DR 材等高附加值產(chǎn)品的深加工企業(yè)。主要生產(chǎn)設(shè)備有2 臺(tái)1250 軋機(jī)，1 條連續(xù)退火機(jī)組、1 條罩式退火機(jī)組、1 條脫脂線、1 條雙機(jī)架平整機(jī)組、2臺(tái)拉矯機(jī)、1 條鍍錫線、1 臺(tái)軋輥拋丸毛化機(jī)及相應(yīng)的磨床等[1]。受鍍錫類產(chǎn)品表面特殊要求的影響，平整機(jī)組采用毛化后的工作輥進(jìn)行帶鋼的平整，從而達(dá)到改變帶鋼表面粗糙度的目的。鍍錫板生產(chǎn)根據(jù)客戶不同需求，將其表面分為B 面（光亮）、R 面（粗糙）、M面（無光），板面調(diào)整主要通過使用不同粗糙度的軋輥來實(shí)現(xiàn)，目前軋輥毛化是改變軋輥粗糙度的主要方式。軋輥毛化技術(shù)常用的有：拋丸毛化（SBT）、激光毛化（LT）、電子束毛化（EBT）、電火花毛化（EDT）[2]。激光毛化、電火花毛化設(shè)備復(fù)雜、維護(hù)使用成本較高，為節(jié)約投資及維護(hù)成本，拋丸毛化成為冷軋中小企業(yè)的首選。

衡水板業(yè)公司將噴丸毛化后軋輥應(yīng)用在平整機(jī)上以來，平整工序頻繁出現(xiàn)線狀軟點(diǎn)輥傷、毛化不良、色差等缺陷問題。由于初期公司多生產(chǎn)化工類、氣霧類產(chǎn)品，該類缺陷對于產(chǎn)品影響較小，后公司開發(fā)食品類鍍錫板，此類缺陷對于產(chǎn)品表面影響很大，造成客戶頻繁投訴、抱怨甚至降級判廢，在高端產(chǎn)品上的應(yīng)用上受到嚴(yán)重影響。為了降低此類缺陷發(fā)生率，在平整機(jī)工序中采用返工重平或者頻繁更換工作輥的方式來解決。2020 年該類缺陷造成平整機(jī)單月返工率最高達(dá)12.8%，同時(shí)造成降級品量持續(xù)升高，輥耗升高，并對產(chǎn)品質(zhì)量帶來影響。為解決平整機(jī)此類缺陷，衡水板業(yè)公司事業(yè)部成立平整機(jī)毛化工藝攻關(guān)小組，分析該缺陷產(chǎn)生原因并進(jìn)行針對性治理，將平整板面表面缺陷重平率控制在6.7%以內(nèi)，大大減少了降級品的出現(xiàn)。

1 表面缺陷分類及產(chǎn)生原因分析

想要解決表面缺陷問題，首先要了解表面缺陷產(chǎn)生的原因，并采取解決缺陷的措施。

1.1 表面缺陷分類

平整機(jī)工序在生產(chǎn)鍍錫類產(chǎn)品時(shí)，控制表面質(zhì)量是平整機(jī)生產(chǎn)過程中的難點(diǎn)，通過雙機(jī)架平整后，表面缺陷主要集中在線狀軟點(diǎn)輥傷、毛化不良色差、橫折紋、屈服紋等缺陷。其中線狀軟點(diǎn)輥傷、毛化不良色差缺陷成為制約平整機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

圖1 為平整機(jī)輥傷缺陷，該缺陷在帶鋼表面體現(xiàn)為沿軋制方向呈線狀軟點(diǎn)、塊狀、條狀突起或凹陷進(jìn)去的有間隔的輥傷，且具有固定周期的缺陷。

圖1 平整機(jī)輥傷缺陷

圖2 為平整機(jī)色差缺陷，該缺陷主要體現(xiàn)為視覺上的差異，整個(gè)板面由于毛化粗糙度的差異，導(dǎo)致在視覺上形成明暗條紋。

圖2 平整機(jī)色差缺陷

1.2 造成表面缺陷原因及治理重要性

1.2.1 輥傷缺陷形成原因

平整機(jī)輥傷產(chǎn)生原因主要分為兩類：一類為軋輥本身缺陷造成，包括軋輥裂紋、爆輥、軋輥磨削缺陷、撞傷等，此類缺陷一般通過表面檢查可發(fā)現(xiàn)，更換軋輥后缺陷消失；第二類是由于外界因素造成，包括異物帶入硌傷軋輥、勒輥操作不當(dāng)、工藝不合理劃傷軋輥等。而線狀軟點(diǎn)缺陷就是因?yàn)楫愇飵胲堓佇纬?，工作輥在拋丸設(shè)備中進(jìn)行毛化時(shí)，由于丸料及破碎的丸料粉末飛濺，極易在軋輥表面凹坑及輥脖處殘存，這些異物會(huì)隨毛化輥帶入平整機(jī)機(jī)架內(nèi)，造成污染，從而易引起線狀軟點(diǎn)輥傷。

1.2.2 色差缺陷形成原因

色差缺陷主要是由于軋輥表面粗糙度的不同，在視覺上造成差異而形成的。平整機(jī)工作輥使用時(shí)間過長，輥?zhàn)泳植磕p過大，也會(huì)造成表面接觸力大小不同，產(chǎn)生色差。毛化不良是色差缺陷的一種，主要原因是毛化衰減的速度不同而導(dǎo)致色差缺陷的產(chǎn)生。

1.2.3 表面缺陷治理的重要性

為了解決平整機(jī)線狀軟點(diǎn)、色差、毛化不良等缺陷，必須對產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行綜合的治理，而上述缺陷都與軋輥毛化過程有十分密切的關(guān)系。因此如何提高毛化質(zhì)量，以及規(guī)范毛化生產(chǎn)工藝是控制該類缺陷產(chǎn)生的關(guān)鍵點(diǎn)，而為了進(jìn)一步提高毛化控制精度，就需要對毛化工藝進(jìn)行研究及改進(jìn)。

2 平整機(jī)工作輥拋丸毛化原理

拋丸毛化機(jī)主要由料倉、斗式提升機(jī)、拋丸機(jī)、振動(dòng)篩、拋丸室、風(fēng)機(jī)、軋輥運(yùn)送車、除塵系統(tǒng)等組成。

拋丸毛化原理：利用高速旋轉(zhuǎn)的拋丸器，將高硬度鋼砂經(jīng)過拋丸器離心加速，按預(yù)定的程序加速到設(shè)定的速度，拋射到軋輥表面上，在軋輥表面上產(chǎn)生無數(shù)無序且有一定粗糙度的強(qiáng)化砂面[3]。鋼砂強(qiáng)烈高速地沖擊軋輥表面，使軋輥表面形成冷作硬化，淬火層更加致密。

衡水板業(yè)公司毛化設(shè)備采用拋丸毛化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品毛化的機(jī)組為雙機(jī)架平整機(jī)組的第二機(jī)架，雙機(jī)架平整機(jī)組生產(chǎn)二次冷軋產(chǎn)品時(shí)，第一機(jī)架工作輥為光輥，第二機(jī)架工作輥為毛化輥，通過調(diào)整第二機(jī)架工作輥表面粗糙度，來得到客戶所需的產(chǎn)品表面。目前市場上流通的產(chǎn)品表面粗糙度要求基本以R1 表面為主，粗糙度要求在0.35～0.65 μm 之間。

3 拋丸毛化的關(guān)鍵控制點(diǎn)

衡量軋輥拋丸毛化質(zhì)量的指標(biāo)參數(shù)有粗糙度（Ra）大小、峰值數(shù)（RPc）大小以及其均勻性等。表面粗糙度Ra是指在取樣長度內(nèi)粗糙度輪廓偏距絕對值的算術(shù)平均值（單位為μm），峰值數(shù)RPc是指粗糙度輪廓中單位長度內(nèi)峰的個(gè)數(shù)。

3.1 拋丸料粒徑的影響及控制

拋丸毛化時(shí)，丸料的選取直接決定了毛化效果。丸料過大，影響毛化產(chǎn)品表面的峰值密度；丸料過小，影響毛化產(chǎn)品表面粗糙度。毛化丸料經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后選取兩種規(guī)格，即直徑0.7 mm 的圓形丸料和直徑0.3 mm的多邊形丸料，并分儲(chǔ)在1 號和2 號兩個(gè)料倉。由于丸料在軋輥拋丸毛化過程中易破碎，會(huì)造成丸料尺寸的變化，影響毛化質(zhì)量，所以應(yīng)對丸料料倉進(jìn)行控制。兩個(gè)料倉在運(yùn)行過程中，經(jīng)分子篩進(jìn)行自動(dòng)篩選，直徑0.7 mm 規(guī)格的丸料破碎后，經(jīng)篩選出的＜0.5 mm規(guī)格的丸料自動(dòng)流入2 號料倉繼續(xù)使用，直徑0.3 mm規(guī)格的丸料破碎后，直徑低于0.2 mm 規(guī)格的丸料經(jīng)篩選自動(dòng)進(jìn)入報(bào)廢倉儲(chǔ)。

1 號料倉以0.7 mm 丸料為主，如表1 所示，共分三個(gè)等級，各等級丸料占比控制在1∶8∶1。

表1 1 號料倉丸料配比工藝

2 號料倉以0.3 mm 丸料為主，如表2 所示，共分三個(gè)等級，各等級丸料占比控制在1∶8∶1。

表2 2 號料倉丸料配比工藝

控制各丸料占比波動(dòng)范圍不得超過5%。每日從兩個(gè)料倉取樣，通過實(shí)驗(yàn)室不同粒度的小型篩子進(jìn)行分篩，而后稱重，確保各料倉丸料占比在要求范圍內(nèi)，若超出標(biāo)準(zhǔn)，則需置換或添加新丸料。兩個(gè)料倉的毛化料情況如表3 所示。

表3 毛化料情況

3.2 拋丸毛化工藝技術(shù)研究

拋丸毛化工藝通過采用0.7 mm 和0.3 mm 的兩種粒徑丸料共同作用，得到所需的毛化輥表面粗糙度大粒徑的0.7 mm 規(guī)格丸料，再通過拋丸器離心加速，將丸料拋射到軋輥表面形成無數(shù)無序的“深坑”，以滿足毛化輥粗糙度的指標(biāo)要求。但尖峰太高，實(shí)為“偽峰”，易于剝落，影響帶鋼表面粗糙度，且加快了毛化輥輥面粗糙度的衰減，剝落的鐵屑在平整機(jī)架內(nèi)又會(huì)形成二次污染，易引起輥傷、色差和亮線等產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。因此，在0.7 mm 規(guī)格丸料毛化后，再用0.3 mm規(guī)格丸料進(jìn)行毛化去峰，在原有的“深坑”中在添加小坑用以去峰的同時(shí)，增加峰值密度，提高RPc值。

3.3 拋丸丸料殘留的影響及控制

針對拋丸丸料殘留問題，衡水板業(yè)公司對設(shè)備進(jìn)行了三方面優(yōu)化改進(jìn)：增加壓縮空氣吹掃，對毛化輥可能會(huì)殘留異物的地方進(jìn)行空氣壓力吹掃；增上毛刷輥，在毛化輥毛化軌道下方增添毛刷輥，以使毛化輥在旋轉(zhuǎn)時(shí)，靠自重與毛刷輥接觸，來清除軋輥表面殘留的異物；增設(shè)吸塵設(shè)備，毛化輥毛化結(jié)束運(yùn)出后，通過吸塵設(shè)備對軋輥輥身及輥脖處進(jìn)行異物的吸附清理。

通過以上設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)，從根源上抑制了毛化輥?zhàn)陨頂y帶的異物對平整毛化生產(chǎn)的影響。清理后對毛化輥再進(jìn)行涂油防銹處理，加蓋塑料薄膜，防止毛化輥在運(yùn)輸、長時(shí)間放置時(shí)的二次污染，實(shí)現(xiàn)了毛化工藝的清潔化生產(chǎn)[4]。

4 拋丸毛化軋輥復(fù)制率及軋制里程技術(shù)研究分析

平整機(jī)組生產(chǎn)鍍錫類產(chǎn)品時(shí)，第二機(jī)架實(shí)現(xiàn)毛化，在平整延伸率工藝參數(shù)及毛化輥粗糙度等一定的前提下，第二機(jī)架的壓力對平整毛化時(shí)的產(chǎn)品表面粗糙度復(fù)制率影響最大，在保證板型的基礎(chǔ)上，經(jīng)實(shí)踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，S2 壓力在350～400 t 時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平整后產(chǎn)品表面粗糙度落點(diǎn)在0.4～0.6 μm 之間[5]。

在平整毛化的生產(chǎn)中，由于毛化輥輥面經(jīng)過一定的過鋼量后，會(huì)出現(xiàn)一定程度的衰減，在理論上可衰減為光輥，影響產(chǎn)品表面粗糙度，所以需對毛化輥的衰減程度進(jìn)行摸底研究。實(shí)驗(yàn)采用3 對表面粗糙度落點(diǎn)在0.9 μm 左右的平整毛化輥，分為A、B、C 三組進(jìn)行上機(jī)生產(chǎn)，S2 壓力在350～400 t 之間，每生產(chǎn)一卷帶鋼，在尾部取樣檢測帶鋼表面粗糙度值，直至取樣鐵表面粗糙度＜0.4 μm 控制范圍。

A 組試驗(yàn)生產(chǎn)完18 卷帶鋼，平整毛化公里數(shù)為170 km 左右時(shí)，第18 卷帶鋼表面粗糙度落點(diǎn)為0.38 μm，低于標(biāo)準(zhǔn)范圍。

B 組試驗(yàn)生產(chǎn)完17 卷帶鋼，平整毛化公里數(shù)為160 km 左右時(shí)，第17 卷帶鋼表面粗糙度落點(diǎn)為0.37 μm，低于標(biāo)準(zhǔn)范圍。

C 組試驗(yàn)生產(chǎn)完18 卷帶鋼，平整毛化公里數(shù)為170 km 左右時(shí)，第18 卷帶鋼表面粗糙度落點(diǎn)為0.37 μm，低于標(biāo)準(zhǔn)范圍。

通過以上數(shù)據(jù)分析，最終得出粗糙度為0.8～1.0 μm毛化輥在平整工藝參數(shù)一定的前提下，生產(chǎn)鍍錫類產(chǎn)品時(shí)的有效公里數(shù)在160 km 左右，為提高產(chǎn)品表面粗糙度的安全系數(shù)，最終規(guī)定有效公里數(shù)為150 km，從而實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品表面粗糙度的可控性。

5 拋丸毛化工藝優(yōu)化效果

工藝優(yōu)化后，隨機(jī)抽取3 卷檢測粗糙度，編號為試樣1、試樣2、試樣3，驗(yàn)證粗糙度落點(diǎn)及正反面和卷與卷之間粗糙度差異。經(jīng)檢測，衡水板業(yè)公司生產(chǎn)的鍍錫類產(chǎn)品粗糙度落點(diǎn)在0.4～0.6 μm，具體粗糙度數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 試樣正反面粗糙度參數(shù)

將取樣與其他廠家對比，在20 倍顯微鏡下觀察，衡水板業(yè)公司生產(chǎn)的鍍錫類產(chǎn)品經(jīng)毛化后，基本掩蓋住了軋制紋路。圖3 為市場上流通的某廠家R1 表面；圖4 為衡水板業(yè)公司R1 表面。

圖3 市場上流通的某廠家R1 表面

圖4 衡水板業(yè)公司R1 表面

取樣在高倍顯微鏡下檢測衡水板業(yè)公司生產(chǎn)R1表面產(chǎn)品（放大100 倍），毛化后表面峰值密度RPc落點(diǎn)在516.76 μm 長度上共有11 尖峰，如圖5 所示。根據(jù)RPc定義，折合到1 cm 長度上，RPc為213 個(gè)，達(dá)到了RPc為（210±30）個(gè)/cm 的預(yù)期目標(biāo)。

圖5 R1 表面產(chǎn)品（放大100 倍）毛化后表面

6 結(jié)論

1）對毛化工藝、清潔化生產(chǎn)、軋制里程規(guī)范等方面進(jìn)行探究，達(dá)到了控制平整板面缺陷的目的。

2）研究直徑0.7 mm 丸料跟直徑0.3 mm 丸料的配合使用對增加峰值密度的重要作用，實(shí)現(xiàn)了毛化衰減控制，減少了毛化不良造成的色差缺陷。

3）在軋輥毛化過程中，采取壓縮空氣吹掃、毛刷輥、負(fù)壓除塵等清潔化生產(chǎn)方式，減少了軋輥的污染，從而預(yù)防軋輥上攜帶的鋼砂等異物帶入機(jī)架，避免造成輥傷。

4）規(guī)范軋輥的使用周期，防止因軋輥超期使用造成的軋輥毛化衰減，從而減少由此造成的色差缺陷。

5）噴丸毛化過程中的污染是造成表面輥傷缺陷的主要原因，而毛化的均勻性以及毛化的峰值密度均勻性是造成板面色差的關(guān)鍵點(diǎn)，因此通過清潔化生產(chǎn)以及毛化工藝上的改善，大大降低了該類缺陷的產(chǎn)生，使平整機(jī)工序的返工率以及降級品率大大降低。