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鑄坯抗氧化隔離劑噴涂效果的試驗研究

2022-07-27 06:37周勁軍
工業(yè)爐 2022年2期
關(guān)鍵詞:成材鋼坯鋼種

黃 敏,翟 煒,張 海,周勁軍

(馬鋼股份有限公司 第四鋼軋總廠,安徽 馬鞍山 243000)

常規(guī)的熱軋工藝包括板坯再熱、 熱軋和卷曲等幾個主要過程。鋼坯再熱爐中,由于環(huán)境氣氛具有很強的氧化性,在高溫的催化下,鋼坯表面元素發(fā)生氧化反應,形成很厚的氧化皮。

根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布的《世界鋼鐵統(tǒng)計數(shù)據(jù)2021》可知,2020年全球粗鋼產(chǎn)量18.78億t,其中,中國粗鋼產(chǎn)量達到10.65億t,如此龐大的產(chǎn)量,如按平均2%的總氧化燒損率計算,則全國鋼鐵生產(chǎn)過程中氧化燒損量約為2 130萬t,相當于一個超大型鋼廠的年產(chǎn)量。

某企業(yè)響應以習主席為核心的黨中央提出的碳達峰碳中和的戰(zhàn)略部署,提高資源能源利用水平,最大限度地減輕發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的影響。 自2012年起, 創(chuàng)新型孵化團隊高起點地將中科院過程所對冶金高溫特種涂層防護的基理與國家納米科學中心納米無機粘結(jié)劑技術(shù)相結(jié)合, 成功孵化出了國內(nèi)唯一的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微納米金屬高溫抗氧化隔離劑系列涂層材料, 以及適應工業(yè)化現(xiàn)場的在線全自動專用噴涂設(shè)備及其應用技術(shù)。

1 抗氧化涂料原理及應用范圍

1.1 原理介紹

納微鋼坯高溫抗氧化防護涂層技術(shù)核心,就是在鋼坯進加熱爐前,在其表面噴涂一層微納米級的高溫防護涂層,使其在加熱爐內(nèi)隔絕鋼坯表面與爐內(nèi)的氧化氣氛之間的聯(lián)系。高溫下隔離劑不僅能減少氧化燒損,提高成材率,也能改變氧化鐵皮生成的結(jié)構(gòu),提高氧化層致密的四氧化三鐵鐵皮的占比,縮減了疏松層占氧化皮總厚度的比值;還可改變氧化皮與鋼坯基體的熱應力,熱膨脹系數(shù)也相應得到改變;同時氧化速率的降低減緩了底層富硅層的生成量,因此除鱗率顯著提升。 抗氧化涂料三大機理如圖1所示。

圖1 抗氧化涂料三大機理示意圖

1.2 產(chǎn)品概述

該系列產(chǎn)品是由礦粉、冶金廢棄物、新型有機粘結(jié)劑和無機試劑等, 分別制煉成微納米級別的粉體和液體,粉、液體雙組分,現(xiàn)場復合而成的水性懸浮乳液狀新型功能性材料。 目前有針對不同加熱工藝制度、不同鋼種的11個品種。

該產(chǎn)品適用鋼種:普碳鋼(角鋼、槽鋼、工字鋼、建筑螺紋、線材、帶鋼和普碳卷等)、合金鋼(合結(jié)鋼、高強鋼、耐磨鋼、耐候鋼和管線鋼等含硅、含鎳、含銅、含鋁類合金鋼)、不銹鋼、鈦合金等。

該產(chǎn)品適應行業(yè):鋼鐵行業(yè)、鍛造業(yè)及其下游零部件、基礎(chǔ)工具和基礎(chǔ)材料加工制造業(yè)等。

2 批量試驗

為了測試“高溫防氧化隔離劑”在大生產(chǎn)狀態(tài)下批量使用的有效性和實用性, 在噴涂設(shè)備安裝完成且具備板坯噴涂功能后, 開始對入爐鑄坯批量噴涂試用。計劃按一定涂料量試用,并對防氧化效果進行評價,得出噸鋼平均減少氧化燒損量。于2021年初對熱軋生產(chǎn)線上的入爐前板坯進行了間斷性地連續(xù)噴涂,并進行了跟蹤和分析。

2.1 現(xiàn)場設(shè)備布置及工藝

圖2為高溫噴涂工藝流程圖。通過水系統(tǒng)及其壓縮空氣系統(tǒng), 設(shè)備控制及自動化系統(tǒng)對原料罐攪拌罐、供料泵站系統(tǒng)、物料返回系統(tǒng)和管路沖洗系統(tǒng)進行控制確保系統(tǒng)正常運行。 首先是原料在原料罐中經(jīng)過攪拌均勻后,利用設(shè)備控制及自動化系統(tǒng),通過供料泵站系統(tǒng)將高溫涂層物料送入噴涂設(shè)備中;同時在連鑄坯輸送輥道上通過連鑄坯對中設(shè)備, 將連鑄坯調(diào)整到輥道中間, 利用表面除鱗設(shè)備將鋼坯表面前期產(chǎn)生的氧化鐵皮及雜質(zhì)去除掉, 并使用表面清掃設(shè)備進行表面清掃處理; 利用噴涂設(shè)備將高溫防護涂層物料根據(jù)一定的工藝參數(shù)噴涂于鋼坯表面, 之后利用連鑄坯輸送輥道將高溫防護涂料涂覆的鋼坯樣品輸送到加熱爐中;同時在表面除鱗設(shè)備、表面清掃設(shè)備和噴涂設(shè)備運行時,啟用除塵設(shè)備,防止環(huán)境污染。

圖2 噴涂工藝流程圖

2.2 噴涂的均勻性和涂料的噸鋼用量

在板坯上放置兩塊2 000 mm×250 mm表面光滑的不銹鋼板基板,與鋼坯同步噴涂,噴涂后取下,待表面涂料干燥后均勻取16個點測量厚度, 減去不銹鋼板厚度,得出涂料厚度,通過對16個點的涂料厚度進行比較,判斷噴涂的均勻性。 取涂料的平均厚度,再根據(jù)板坯尺寸和涂料的比重(2.0 g/cm3),計算出涂料的噸鋼用量。 表1為不銹鋼板基板測量結(jié)果。

表1 基板厚度測量 (mm)

選取的16個點測量厚度,測量值見表2。 從各個點的涂料厚度可以看出,在線自動噴涂均勻。通過計算,噴涂厚度為0.24 mm,涂料密度按2.0 g/cm3及噴涂損失計算,涂料使用量為0.55 kg/t鋼,滿足技術(shù)協(xié)議中的最低技術(shù)指標:涂料噸鋼消耗涂料≤0.6 kg。

表2 噴涂厚度測量記錄 (mm)

2.3 測試方法及噴涂效果

從生產(chǎn)系統(tǒng)里導出板坯生產(chǎn)全過程信息數(shù)據(jù),取相同工況下噴涂與未噴涂數(shù)量基本一致的板坯樣本,按連鑄機號、鋼種進行分類分析比較。

本次測試共選取鋼坯1 975塊, 其中已噴涂776塊,未噴涂1 199塊,噴涂的板坯平均成材率比未噴涂的板坯成材率提高了0.31%(見表3)。

表3 整體噴涂與未噴材料成材率對比

(1)按連鑄機分析

從生產(chǎn)實績跟蹤數(shù)據(jù)看,連鑄不同機組成材率存在差異, 故在分析噴涂效果時按連鑄機組分開比較(見表4)。

表4 連鑄機組間比較

可以看出,2#連鑄機板坯噴涂后成材率平均提高0.42%,3#連鑄機板坯噴涂后成材率平均提高0.27%。

(2)按鋼種分析

由于個別數(shù)據(jù)實驗數(shù)量有限,不具有代表性,影響結(jié)果判斷, 故以噴涂量較大的四個鋼種進行對比分析,如圖3所示。

圖3 噴涂效果在鋼鐘上差異對比圖

選取板坯數(shù)量較多的三個鋼種(MBTRG00101、MBTRG00201及MBTRG00301)進行了比較,結(jié)果見表5~表7。

表5 MBTRG00101比較

從表5~表7可以看出, 相同鋼種在相同的工況下,噴涂的效果均比較明顯,成材率穩(wěn)定提高。

表7 MBTRG00301比較

3 初步效益計算

噴涂涂料后, 成材率比未噴涂時增加0.31%;氧化鐵皮依據(jù)目前市場可查詢到回收平均含稅價約為700元/t;涂料用量按0.6 kg/t計算涂料價格;水電氣人工成本按實際情況計算。噸鋼收益計算公式:噸鋼收益=噸鋼節(jié)約量×(鋼材價格-氧化鐵皮價格)/1 000-噸鋼用涂料成本-水電氣人工成本。

表6 MBTRG00201比較

針對兩種不同板材價格分別作出效益曲線圖(見圖4)。

圖4 不同板材價格的效益曲線圖

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)結(jié)果表明, 將噴涂設(shè)備進行調(diào)試優(yōu)化改造并調(diào)高噴涂壓力,此方法取得了明顯的效果,在噸鋼噴涂量0.55 kg/t條件下,噸鋼燒損可降低0.31%,結(jié)果都完全達到產(chǎn)品試用的技術(shù)協(xié)議要求, 即涂料噸鋼消耗涂料≤0.6 kg,噸鋼燒損降低≥0.28 kg,且現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)能夠滿足大批量長時間的噴涂運行。

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