8.如何避免冷轧钢板退火碳黑的产生？
冷轧钢板在退火加热时，残留的轧制液挥发出来的气体如不能排除干净，则冷却后会附着在钢板表面形成碳黑缺陷，造成废品。
影响碳黑形成的因素主要有退火保护气氛、轧后钢板的残留物、氢气吹扫工艺、操作和设备等。
目前使用的罩式炉中的退火保护气体为全氢气体或氮氢混合气体（氢含量为7％～8％）。因氢气的扩散系数为0.629cm3/s，为N2扩散系数的4倍（N2扩散系数为0.157cm3/s），故加热时氢气可迅速穿透到钢带层间，有利于轧制油由钢卷层间逸出并随保护气排出，可有效避免轧制油因在炉内高温停留时间过长热解而产生碳黑。炉中的退火保护气体为氮氢混合保护气的罩式炉中，退火过程中因炉中氢气含量较低，相比全氢气体保护退火炉易产生碳黑。
轧后钢板的残留物主要表现为钢带表面的轧制油热稳定性越高，加热时越不易挥发，越易在高温产生热解形成碳黑。
图2-28所示为典型的氢气退火炉中保护气体成分随时间和温度的变化曲线。从图2-28可以看出，炉内气氛中甲烷两次达到最大值（即图2-28中甲烷的尖峰值），第一个尖峰值在加热过程中温度达500℃左右时出现，此时CH4中的C来源于轧制油中，应被吹掉；另一个峰值出现在加热结束的保温段，CH4中的C主要来源于钢中，为了不使钢脱C，此时产生的甲烷不能被吹走。由图2-28还可看出，C与H2生成CH4的化学反应在700℃左右停止进行，因此冷却段CH4含量大大降低，在CH4达到第二次峰值后，H2含量近100％。在加热阶段即300～500℃时，保护气体中乳液烟气含量迅速增加，该温度段为乳化蒸发阶段。在设置氢气吹扫方式时，可采用大流量氢气吹扫，在甲烷的第二个峰值到来时，不应进行吹扫。
图2-28 H2、CH4气体随温度和时间变化曲线
图2-29为退火过程中炉内露点变化曲线。在炉台空间完成预吹扫以后，测得露点通常为-50℃；在最终N2气吹扫后，露点通常可以达到-73℃。在带卷加热过程中，水及油气蒸发出来，退火气氛露点提高到约-30℃左右，此时露点的具体值取决于带钢表面总的油含量、加热速度和H2吹扫速度。由反应式可看出，露点提高不利于残留乳液分解，导致残留乳液在高温下裂解，易形成碳黑。
CnH→mCn+Hm-2+H2
由于各个生产厂使用不同的轧制油，而且采用的带卷预吹扫方法也不同，因此吹走的总的乳化液与水量也存在较大差别。在退火过程中，退火气氛的露点完全受上述因素的控制。
图2-29 H2、CH4气体随温度和时间变化曲线
操作失误也可能造成积碳。如冷吹不完就扣加热罩，造成炉内温度升高，残余乳化液开始挥发，此时吹氢程序尚未进行，挥发物沉积在钢卷上，以后再次吹氢也不能吹除，从而造成钢卷积碳。
在现行的生产线上，设备的设计缺陷也可能造成热吹效果不均匀，从而使退火后表面积碳增多。如某钢铁公司冷轧厂的紧圈式氮氢混合炉氮氢保护气出口设计不合理，与入口同侧，造成吹入炉内的气体很快从出口排出，导致热吹不均匀，易形成碳黑。当把氮氢保护气入口与出口分开后，钢板积碳现象明显减少。
另外，氢气烧嘴或氮气出口因焦油堵塞可能导致热吹流量减少，从而易形成碳黑。再有，加热烧嘴故障，造成升温慢。当吹氢工艺结束时，加热温度还没有达到保温温度，造成在以后升温过程中，残留乳化液挥发气体不能被吹除，最终沉积在钢卷上也会形成碳黑。
由上可以看出，退火后的钢板表面形成碳黑的根源是钢板轧制后残留下来的轧制液过多。因此，设法减少钢板表面的残留乳液是避免碳黑形成的关键。根据相关资料和一些研究者的经验，防止炭黑形成可以从以下几个方面入手：
（1）在轧机上增设挤压吸引乳化液装置。在成品道次轧制时彻底清除乳化液是消除碳黑实现光亮板面的根本措施。虽然采用轧后对钢卷进行电解清洗、松卷退火或连续退火等方法也可以使板面光亮，但却增加了工艺的复杂性，提高了成本。目前，在轧机上安装乳化液清除装置，是技术上比较先进、经济上比较合理的措施。清除乳化液装置的方案有很多种。如，采用挤压的方法、吹风的方法、烘干方法等。
（2）选择优质轧制液在保证轧制润滑的前提下，尽量避免在轧制油中加入低链烃油类，以提高轧制油的挥发性，保证轧机吹挤辊工作的稳定性，尽可能减少轧制后钢板表面的残存乳液。
（3）调整热吹工艺。选择适当的热吹工艺，既能保证吹净残留乳液挥发气体，使钢板表面无碳黑沉积，又可使氢气消耗最小。根据图2-30，约100℃时残留轧制液中水分开始挥发，此时即开始小流量吹氢，目的是排除水蒸气。加热3h后，炉温升至约300℃，轧制后的残留乳液开始大量挥发，此时开始大流量吹氢，吹氢流量为20m3/h，此裂解过程一直延续到600℃。从300℃升至600℃约需9h，故设定大流量吹扫时间为9h。随后的小流量（10m3/h）吹氢是为了避免反应式产生的CO和CH4聚集，同时防止钢板表面脱碳。经过试验，某厂的吹氢工艺示意图如图2-31所示。
图2-30 平均温度随退火时间变化曲线图
罩式炉使用一段时间后，在保护罩的内表面会沉积一层碳垢。在钢卷加热过程中，这些碳垢会随着温度的升高而飘落或附着在钢卷的表面。所以对保护罩内表面的积碳，需要定期进行清除。定期通透氢气流量孔板、氢气烧嘴及氮气出口管道，清除保护罩内壁积碳可使退火后的钢板获得光亮的表面。
图2-31 吹氢工艺示意图
将保护罩空放在炉台上（不放钢卷）压紧，进行密封试验。试漏合格后，扣上加热罩，然后点火加热，之后向保护罩内部空间通入空气或氮气（空气效果最好。不要通入氢气，因为氢气不能除碳），加热到一定温度，保温10h，随着保温的结束，不再通入空气或氮气，然后带罩缓冷至出炉温度。保护罩除碳工艺曲线如图2-32所示。
图2-32 保护罩除碳工艺曲线图
保护罩除碳工艺曲线如图2-32所示。除碳前将保护罩空放在炉台上（不放钢卷）压紧，进行密封试验。试漏合格后，扣上加热罩，然后点火加热，之后向保护罩内部空间通入空气或氮气（空气除碳效果最好。不要通入氢气，因为氢气不能除碳），加热到一定温度，保温10h，随着保温的结束，不再通入空气或氮气，然后带罩缓冷至出炉温度即可。