8.如何避免冷軋鋼板退火碳黑的產生？

冷軋鋼板在退火加熱時，殘留的軋制液揮發出來的氣體如不能排除干凈，則冷卻后會附著在鋼板表面形成碳黑缺陷，造成廢品。

影響碳黑形成的因素主要有退火保護氣氛、軋后鋼板的殘留物、氫氣吹掃工藝、操作和設備等。

目前使用的罩式爐中的退火保護氣體為全氫氣體或氮氫混合氣體（氫含量為7％～8％）。因氫氣的擴散系數為0.629cm3/s，為N2擴散系數的4倍（N2擴散系數為0.157cm3/s），故加熱時氫氣可迅速穿透到鋼帶層間，有利于軋制油由鋼卷層間逸出并隨保護氣排出，可有效避免軋制油因在爐內高溫停留時間過長熱解而產生碳黑。爐中的退火保護氣體為氮氫混合保護氣的罩式爐中，退火過程中因爐中氫氣含量較低，相比全氫氣體保護退火爐易產生碳黑。

軋后鋼板的殘留物主要表現為鋼帶表面的軋制油熱穩定性越高，加熱時越不易揮發，越易在高溫產生熱解形成碳黑。

圖2-28所示為典型的氫氣退火爐中保護氣體成分隨時間和溫度的變化曲線。從圖2-28可以看出，爐內氣氛中甲烷兩次達到最大值（即圖2-28中甲烷的尖峰值），第一個尖峰值在加熱過程中溫度達500℃左右時出現，此時CH4中的C來源于軋制油中，應被吹掉；另一個峰值出現在加熱結束的保溫段，CH4中的C主要來源于鋼中，為了不使鋼脫C，此時產生的甲烷不能被吹走。由圖2-28還可看出，C與H2生成CH4的化學反應在700℃左右停止進行，因此冷卻段CH4含量大大降低，在CH4達到第二次峰值后，H2含量近100％。在加熱階段即300～500℃時，保護氣體中乳液煙氣含量迅速增加，該溫度段為乳化蒸發階段。在設置氫氣吹掃方式時，可采用大流量氫氣吹掃，在甲烷的第二個峰值到來時，不應進行吹掃。

圖2-29為退火過程中爐內露點變化曲線。在爐臺空間完成預吹掃以后，測得露點通常為-50℃；在最終N2氣吹掃后，露點通常可以達到-73℃。在帶卷加熱過程中，水及油氣蒸發出來，退火氣氛露點提高到約-30℃左右，此時露點的具體值取決于帶鋼表面總的油含量、加熱速度和H2吹掃速度。由反應式可看出，露點提高不利于殘留乳液分解，導致殘留乳液在高溫下裂解，易形成碳黑。

CnH→mCn+Hm-2+H2

由于各個生產廠使用不同的軋制油，而且采用的帶卷預吹掃方法也不同，因此吹走的總的乳化液與水量也存在較大差別。在退火過程中，退火氣氛的露點完全受上述因素的控制。

操作失誤也可能造成積碳。如冷吹不完就扣加熱罩，造成爐內溫度升高，殘余乳化液開始揮發，此時吹氫程序尚未進行，揮發物沉積在鋼卷上，以后再次吹氫也不能吹除，從而造成鋼卷積碳。

在現行的生產線上，設備的設計缺陷也可能造成熱吹效果不均勻，從而使退火后表面積碳增多。如某鋼鐵公司冷軋廠的緊圈式氮氫混合爐氮氫保護氣出口設計不合理，與入口同側，造成吹入爐內的氣體很快從出口排出，導致熱吹不均勻，易形成碳黑。當把氮氫保護氣入口與出口分開后，鋼板積碳現象明顯減少。

另外，氫氣燒嘴或氮氣出口因焦油堵塞可能導致熱吹流量減少，從而易形成碳黑。再有，加熱燒嘴故障，造成升溫慢。當吹氫工藝結束時，加熱溫度還沒有達到保溫溫度，造成在以后升溫過程中，殘留乳化液揮發氣體不能被吹除，最終沉積在鋼卷上也會形成碳黑。

由上可以看出，退火后的鋼板表面形成碳黑的根源是鋼板軋制后殘留下來的軋制液過多。因此，設法減少鋼板表面的殘留乳液是避免碳黑形成的關鍵。根據相關資料和一些研究者的經驗，防止炭黑形成可以從以下幾個方面入手：

（1）在軋機上增設擠壓吸引乳化液裝置。在成品道次軋制時徹底清除乳化液是消除碳黑實現光亮板面的根本措施。雖然采用軋后對鋼卷進行電解清洗、松卷退火或連續退火等方法也可以使板面光亮，但卻增加了工藝的復雜性，提高了成本。目前，在軋機上安裝乳化液清除裝置，是技術上比較先進、經濟上比較合理的措施。清除乳化液裝置的方案有很多種。如，采用擠壓的方法、吹風的方法、烘干方法等。

（2）選擇優質軋制液在保證軋制潤滑的前提下，盡量避免在軋制油中加入低鏈烴油類，以提高軋制油的揮發性，保證軋機吹擠輥工作的穩定性，盡可能減少軋制后鋼板表面的殘存乳液。

（3）調整熱吹工藝。選擇適當的熱吹工藝，既能保證吹凈殘留乳液揮發氣體，使鋼板表面無碳黑沉積，又可使氫氣消耗最小。根據圖2-30，約100℃時殘留軋制液中水分開始揮發，此時即開始小流量吹氫，目的是排除水蒸氣。加熱3h后，爐溫升至約300℃，軋制后的殘留乳液開始大量揮發，此時開始大流量吹氫，吹氫流量為20m3/h，此裂解過程一直延續到600℃。從300℃升至600℃約需9h，故設定大流量吹掃時間為9h。隨后的小流量（10m3/h）吹氫是為了避免反應式產生的CO和CH4聚集，同時防止鋼板表面脫碳。經過試驗，某廠的吹氫工藝示意圖如圖2-31所示。

罩式爐使用一段時間后，在保護罩的內表面會沉積一層碳垢。在鋼卷加熱過程中，這些碳垢會隨著溫度的升高而飄落或附著在鋼卷的表面。所以對保護罩內表面的積碳，需要定期進行清除。定期通透氫氣流量孔板、氫氣燒嘴及氮氣出口管道，清除保護罩內壁積碳可使退火后的鋼板獲得光亮的表面。

將保護罩空放在爐臺上（不放鋼卷）壓緊，進行密封試驗。試漏合格后，扣上加熱罩，然后點火加熱，之后向保護罩內部空間通入空氣或氮氣（空氣效果最好。不要通入氫氣，因為氫氣不能除碳），加熱到一定溫度，保溫10h，隨著保溫的結束，不再通入空氣或氮氣，然后帶罩緩冷至出爐溫度。保護罩除碳工藝曲線如圖2-32所示。

保護罩除碳工藝曲線如圖2-32所示。除碳前將保護罩空放在爐臺上（不放鋼卷）壓緊，進行密封試驗。試漏合格后，扣上加熱罩，然后點火加熱，之后向保護罩內部空間通入空氣或氮氣（空氣除碳效果最好。不要通入氫氣，因為氫氣不能除碳），加熱到一定溫度，保溫10h，隨著保溫的結束，不再通入空氣或氮氣，然后帶罩緩冷至出爐溫度即可。