鋼坯氧化燒損防護涂料及噴涂設(shè)備的應(yīng)用

鞏義市信諾耐火材料有限公司 

  一、鋼坯高溫氧化燒損防護技術(shù)背景

 我國是世界上第一大鋼鐵生產(chǎn)國，2014 年以來中國粗鋼產(chǎn)量每年均超過 8 億噸。但是，其資源及能源消耗也十分驚人，提高資源能源利用水平，較大限度地減輕經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的影響是鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

  鋼坯、鋼錠在軋制前，一般都要在一定溫度下含微氧化性氣氛的加熱爐中加熱或均熱。鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱時間一般在 2～5 小時甚至更長，其表面與爐氣中的氧在高溫下發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)而生成大量的氧化鐵皮，使鋼的成材率顯著降低。據(jù)統(tǒng)計，在冶金企業(yè)的生產(chǎn)中，一般每加熱一次，因鋼材表面高溫氧化而造成的氧化燒損達 0.5-2.5%；在機械制造廠中，這種氧化燒損在鍛造時約占毛坯重量的 5%。在加熱過程中，當爐氣或爐溫控制不當，或坯料在高溫段長時間停留，特別是發(fā)生軋制故障時，爐內(nèi)加熱如若不及時調(diào)整，將致使鋼的氧化鐵皮進一步增厚，一般情況為 1-5mm，嚴重時可達 10mm，這就造成原料、能源和勞動力的較大浪費，而這部分氧化鐵皮和鐵屑目前均以簡單廉價的返回燒結(jié)礦回爐重復(fù)應(yīng)用，升值空間和利用率較低(氧化鐵皮照片見圖 1-3)。

圖1 板坯均熱過程表面生成的氧化鐵皮照片

圖2 方坯與鍛件均熱過程表面生成的氧化鐵皮照片

圖3 鍛造與熱軋企業(yè)現(xiàn)場氧化鐵皮堆場照片

在鋼鐵的高溫熱處理過程中發(fā)生的氧化燒損會給產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量帶來不 可低估的影響。高溫氧化產(chǎn)生的氧化鐵皮給鋼鐵生產(chǎn)帶來了直接的產(chǎn)量和質(zhì)量損失，包括碳鋼的脫碳以及合金鋼的元素貧化，同時氧化鐵皮如不及時清除干凈， 在軋制時將會壓入坯料表面，造成產(chǎn)品表面缺陷，嚴重時導致產(chǎn)品報廢。由于氧化鐵皮的生成，使精密模鍛無法進行；為了清除鋼坯表面的氧化鐵皮，必須增加高壓水沖洗、酸洗、噴丸等設(shè)備，增加了生產(chǎn)工序及能源消耗。此外，在加熱鋼坯(錠)時生成的氧化鐵皮落在爐底，不但會侵蝕爐體影響爐子壽命，而且在清除時要增加繁重的體力勞動，若采用液態(tài)排渣方法，則又需要消耗大量的能量。

尤其近年來，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)積極推進品牌戰(zhàn)略，初步形成了以船板、汽車用鋼、管線鋼、冷鐓鋼、耐腐蝕板、高強度機械用板、高層建筑用板等系列品牌集群，鋼材產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷升級、大大提高了其市場占有率。但是，同時也暴露了許多急待解決的問題。如氧化燒損嚴重、夾雜物超標、粗除鱗難度較大的問題直接影響了鋼種產(chǎn)品的質(zhì)量合格率，必須強化全過程除鱗系統(tǒng)，在線多點除鱗，有效地去除一次、二次氧化鐵皮，才能提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，目前該類鋼種合格率相比其他普通產(chǎn)品仍然很低。在加熱氧化的同時還表現(xiàn)出如脫碳和元素貧化等問題造成產(chǎn)品表面氧化皮壓痕、點缺陷及后期酸洗山形缺陷、耐候性差等質(zhì)量缺陷，直接影響到產(chǎn)品的應(yīng)用性能。受生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備裝備水平等因素的限制，鋼帶表面質(zhì)量的控制仍是當前熱軋帶鋼行業(yè)的面臨的一個主要質(zhì)量難題。 

圖4 合金鋼中的元素貧化現(xiàn)象

圖5 部分合金鋼種表面高壓水難除鱗現(xiàn)象

因此適當?shù)牟扇「邷胤雷o涂層技術(shù)，在一定程度上大大提高了生產(chǎn)過程中鋼鐵收得率，優(yōu)化了鋼坯除鱗效果，直接提高鋼材的產(chǎn)量和質(zhì)量；同時，氧化鐵皮的減少使得生產(chǎn)工序大大簡化，生產(chǎn)過程中的能源消耗大大降低，也可使鐵礦資源得到充分利用達到提高產(chǎn)率的作用。

二、鋼坯高溫氧化燒損防護研究進展 

隨著人們對加熱過程鋼坯氧化問題認識的深入，采用適合當前多品種鋼坯加熱工藝的系列防護涂層及其噴涂工藝，降低過程成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)越來越被鋼鐵企業(yè)所重視。

鞏義信諾一直致力于服務(wù)鋼鐵發(fā)展需求，自 2010 年開始關(guān)注鋼坯高溫氧化燒損防護問題，并與中國科學院過程工程研究所、上海寶鋼技術(shù)中心、中鋼集團洛陽耐火材料研究院、北京科技大學等國內(nèi)科研院所開展深度合作，對普通低碳鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼等多種鋼材在軋制、鍛造和模鍛工序前的加熱以及淬火、退火和正火等熱處理過程基體表面的氧化燒損和元素貧化脫碳等問題進行了系統(tǒng)研究，通過深入的理論研究和大量的實驗探索，先后開發(fā)了可用于低碳鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼等多種鋼材高溫氧化燒損防護的涂層配方，設(shè)計改進了噴涂設(shè)備，先后在國內(nèi)多個大中型鋼鐵企業(yè)試用及使用，防氧化燒損效果良好，得到了企業(yè)的高度認可。

三、鋼坯氧化燒損防護涂料的產(chǎn)品特點

鋼坯高溫氧化燒損防護涂層系列產(chǎn)品是鞏義信諾與中國科學院過程工程研究所、上海寶鋼技術(shù)中心、中鋼集團洛陽耐火材料研究院、北京科技大學等國內(nèi)科研院所開展深度合作開發(fā)的，適用于在鋼坯入爐之前做到對鋼坯表面噴涂抗氧化涂層，使得其在爐內(nèi)保護鋼坯防止氧化，大大降低整個生產(chǎn)過程中的燒損比率。該涂料能夠直接噴涂在動態(tài)鋼坯表面，隨著溫度升高熔融形成一層致密的防氧化燒損涂層，在 1400℃以下均能起到防氧化燒損作用。本防護涂層的應(yīng)用可有效地減少鋼坯高溫處理工藝中造成的損失，達到節(jié)能降耗增收的目的。

鞏義信諾開發(fā)的一系列高溫氧化燒損防護涂層，主導產(chǎn)品的說明見表 1。

表 1 高溫氧化燒損防護涂層主導產(chǎn)品

四、鋼坯高溫氧化燒損防護技術(shù)的特點與優(yōu)勢 

鋼坯高溫氧化燒損防護技術(shù)順應(yīng)國內(nèi)大力開展建設(shè)節(jié)約型社會，鋼鐵冶金企業(yè)目前大力推廣節(jié)能降耗綠色生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的政策，解決了鋼坯在線進行涂料噴涂的問題。動態(tài)過程鋼坯高溫防護涂層專用設(shè)備和工藝技術(shù)，實現(xiàn)了鋼坯在線動態(tài)噴涂，噴涂設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)控，當鋼坯進入噴涂區(qū)域時自動啟動噴涂設(shè)備開始噴涂，噴涂過程結(jié)束自動停止；鋼坯的各個方位均設(shè)置了噴嘴，實現(xiàn)了均勻噴涂；噴涂過后自動沖洗噴嘴防止堵塞，大大提高了該技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的可行性。

鋼坯高溫氧化燒損防護產(chǎn)品具有如下特點：

 1、涂層能大幅度降低鋼坯在爐內(nèi)的高溫氧化燒損，同時緩解了鋼坯表面合金元素高溫貧化和脫碳，克服了含硅鋼種表面除鱗難度大的問題，通過涂料改變氧化鐵皮生成結(jié)構(gòu)大大提高了鋼坯出爐后高壓水的除鱗效果。在鋼坯表面形成一層致密的行之有效的化學轉(zhuǎn)移膜，隔絕了鋼坯表面與爐內(nèi)氣體的接觸，進而起到了保護鋼坯的作用。

2、涂層不會與鋼材表面發(fā)生嚴重的化學反應(yīng)以保證基材表面的化學成分不變；涂層在鋼坯傳送過程中與基材結(jié)合緊密，機械動作或摩擦（如輥道滑動）不會導致涂層脫落。

3、涂層體系具有合理的耐高溫性能，高溫后涂料對工作環(huán)境無污染，而且一直保持了涂層的致密性。

4、涂層能自動愈合高溫過程中自身產(chǎn)生的裂紋，保證了涂層的致密性和完整性。

5、涂層在鋼坯（錠）加熱出爐后，不會影響最終除鱗效果。