摘 要： 分析了中厚板輥底式熱處理爐輥面結瘤產生的原因,是由鋼板表面的氧化鐵皮經累積、疊加、碾壓后粘附在輥面上而造成的.通過采取改進拋丸質量和裝爐制度、實施分段拖爐操作以及控制爐內氣氛等措施后,基本上解決了輥面結瘤問題.
關鍵詞 : 輥底式熱處理爐 ; 輥面結瘤 ; 氧化鐵皮 ; 輥印
1 前言
武漢鋼鐵 (集團) 公司軋板廠 2 # 熱處理爐是一座氮氣保護輻射管加熱輥底式爐 , 用于 10～50mm ×1600～2500mm ×2400～16000mm 鋼板的淬火、 回火和正火處理 , 加熱溫度為 500～980 ℃, 溫差在 ± 317 ℃ 內 , 主要設備參數見表 1。
生產中時常發生爐底輥輥面結瘤 , 導致厚鋼板下表面產生輥印 (較大深度達 1mm) 而需大面積修磨 , 甚至報廢 , 尤其在生產某些需調質處理的鋼板時更為嚴重。
2 結瘤成因分析
通過對爐底輥表面及剝離下來的大量結瘤物觀察發現 , 爐底輥表面有呈堆積狀的氧化鐵皮 ,而剝離下來的部分呈層狀堆積 , 較厚的結瘤物由約 100 多層氧化鐵皮粘結而成 , 厚度達 5mm。
對結瘤物作電子探針分析 , 發現其主要成分為FeO , 占 94183 %。 而巖相檢驗分析也發現 , 表層主要相為粒狀混合的磁鐵礦和赤鐵礦。 因此按照鐵 - 氧系平衡圖和鋼板表面氧化膜層的結構及高溫條件下膜層之間電粒子擴散遷移成長機理[1 - 3 ]可以推斷 , 爐底輥表面結瘤的成因 : *先是輥面局部粘附小片氧化鐵皮 , 然后隨著裝爐量增加 , 帶入爐內的氧化鐵皮增加 , 使輥面氧化鐵皮積累疊加 , 并在近乎熱熔的柔軟狀態下發生高溫氧化 , 使輥面結瘤逐步增大。 在淬火或正火的高溫狀態下 , 輥面粘結的層狀氧化鐵皮在鋼板的碾壓下 , 一層一層增加 , 而且越來越密實。 此時 , 較厚的鋼板在高溫下被其自身重量壓出輥印。 大量試驗表明 , 容易出現輥印的條件是 : 鋼板厚在 25mm 以上 , 鋼板溫度在 930 ℃以上。
由此可見 , 氧化鐵皮是輥面結瘤的主因 , 而其來源 , 一是外來氧化鐵皮被帶入爐內 , 二是爐內產生的氧化鐵皮。
211 外來的氧化鐵皮
由于 2 # 熱處理爐配套的拋丸機組設計不合理 , 鋼板下表面的氧化鐵皮不能完全拋凈 , 也不易被發現。 另外 , 拋丸機原設計的機械清掃和風掃也不盡人意 , 使拋丸后的浮氧化鐵皮經磁吸上料不能完全去除 , 從而隨著鋼板帶入熱處理爐內。
2.2 爐內的氧化氣氛
2 # 熱處理爐的加熱是通過煤氣和助燃空氣混合 , 在輻射管內燃燒以輻射方式進行加熱的。整座爐子密封性能良好 , 因此爐內氧氣的來源只可能是爐門開啟時進入的空氣或助燃空氣中的氧氣。 由于爐膛內氣氛設計為正壓 , 而且爐門開啟時會有氮氣自動吹掃 , 因此空氣從爐門進入的可能性極小 ; 輻射管長期在高溫下燃燒 , 其陶瓷內管有可能因質量或使用壽命等原因破碎、 斷裂 ,使金屬外管受熱不均勻產生裂縫甚至斷裂 , 或者由于金屬外管制造的缺陷等原因而直接燒穿 , 使助燃空氣從裂縫或穿孔部位進入爐膛內部而造成氧化氣氛。 停爐檢查也驗證了這一判斷。
3 控制與減少輥面結瘤的措施
311 自然降溫分段拖爐
在自然降溫以進行停爐檢查的過程中 , 發現大部分結瘤物已從輥面脫落 , 少量粘附于輥面的結瘤物也已變得疏松。 這是由于爐底輥與結瘤物的材質完全不同 , 二者的物理性能和線膨脹系數不同所致。 因此 , 當輥面結瘤物較厚導致鋼板輥印嚴重時 , 可將爐溫自然降至 350～400 ℃, 再用厚鋼板 (由卷揚機固定) 在爐內不同區域快速往復拖爐 , 使輥面與厚鋼板產生相對滑動而去除輥面結瘤物。 但是 , 由于爐底輥傳動電機功率較小 , 無法選用較厚鋼板拖爐 , 因此拖爐去結瘤物的效果并不很好 , 事實上 , 較好的拖爐板應是下底面刻有“ 人” 字槽的專用拖爐板 , 這有待于專門加工定做 , 并通過實踐進一步檢驗其應用效果。 另外 , 由于 2 # 熱處理爐保溫性能非常好 ,爐膛從 800 ℃左右自然降溫的速度約為 10 ℃/ h ,而在 400 ℃左右僅為 5 ℃/ h 。 因此為提高降溫速度 , 減少降溫時間 , 采取了冷鋼板連續快速循環進爐的主動降溫措施 , 可提高降溫速度 1 倍以上 , 大大縮短了降溫時間 , 有效地提高了爐子的作業率。
3.2 優化裝爐操作
以往的生產表明 , 淬火加熱溫度 930 ℃以上、 厚度 25mm 以上的鋼板在輥面結瘤惡化的狀況下裝爐易壓出輥印 , 而熱處理溫度較低、 厚度較薄的鋼板發生輥印缺陷的傾向較小。 因此 , 每當拖爐消除輥面結瘤后 , 升溫淬火優先安排工藝溫度高、 規格較厚的品種板裝爐。 當輥面結瘤狀況逐漸惡化后 , 仍可安排工藝溫度較低、 規格較薄的品種鋼板 , 由于低溫鋼板表面強度較高 , 薄規格鋼板自重引起的壓力也相應較小 , 使輥面結瘤對鋼板的下表面質量影響相對較小 , 即先*（此字廣告法禁止出現）行950 ℃ 的淬火 , 再進行工藝溫度要求為 900 ～950 ℃ 鋼的淬火 , 然后降溫至 860 ℃進行正火。
同一工藝溫度先裝較厚鋼板 , 再裝薄鋼板。 當裝爐量達 2000t 時 , 降溫至 670 ℃進行回火處理 ,再降至 500 ℃進行此回火溫度要求的鋼板的回火 , 較后降溫至 350～400 ℃拖爐。 這種合理的裝爐順序有效地避免或緩解了鋼板下表面輥印的產生 , 每批次淬火裝爐量能維持在 2000t 以上。
313 在線監控爐內氣氛
增設爐內氣氛在線監測裝置 MW - 1 , 改變了過去由人工定期檢測的狀況。 當發現爐內氧氣含量突破臨界值時 , 立即關停 , 進行對比檢查并更換破損輻射管。 同時 , 由于該設備將爐膛分為5 個受控區域 , 因而縮小了檢查范圍 , 提高了排除故障的速度。 當發現氧含量較高但輻射管燃燒正常時 , 可增加入爐氮氣流量 , 清洗沖刷爐內氣氛 , 降低氧含量。 另外 , 還需定期檢查輻射管燃燒質量 , 及時調整空煤比 , 保障輻射管內燃燒均勻 , 避免燒裂、 燒穿輻射管 , 延長輻射管壽命。該監測設備運行 2 年以來效果較好 , 但如何更為迅速準確地檢查判斷破損輻射管 , 或有效地實施輻射管負壓狀態下工作[5 ] , 避免燃氣空氣進入爐膛等 , 還需進一步試驗。
3.4 改善拋丸效果
現有鋼板拋丸機較高運行速度為 4m/ min ,但以此速度運行時 , 鋼板不能完全拋凈。 當運行速度降為 2m/ min 時 , 鋼板表面單位面積上在單位時間內接受丸粒的打擊密度就能增加[3 ] , 拋丸質量有所好轉 , 等*可達到 S a210 , 但由于拋丸機設計上的缺陷 , 輥刷和風掃丸粒無法滿足低速要求 , 造成大量丸粒隨鋼板帶出 , 只能靠人工清掃來彌補。 另外 , 丸粒的大小與硬度對清理效果也有很大影響。
丸粒顆粒過小則打擊力小、 清理效率低 ; 顆粒過大 , 不僅造成鋼板表面粗糙 , 而且降低了單位時間內打到鋼板表面的丸粒密度 , 清理效果也不理想。 硬度過大則拋丸過程中丸粒易破碎 ; 而硬度過小則丸粒易變形 , 因此 , 丸粒硬度的選擇應以比拋丸鋼板硬度略高為宜。 為此 , 淘汰了拋丸機原設計使用的鋼絲繩切丸 (直徑 Φ110 ～Φ114mm , 沒 有 硬 度 要 求 ) , 選 用 粒 度 直 徑Φ210mm、 硬度為 HRC40～50 的水淬圓形鋼丸 ,實用效果很好。
4 結語
采取上述措施后 , 有效地減少了鋼板輥印的產生 , 2004 年與 2001 年比較 , 輥印廢改量由871t/ a 降 至 76t/ a , 廢 品 及 改 軋 率 降 低 了41124 % ; 日 歷 作 業 率 由 59150 % 上 升 至85140 % , 提 高 了 25190 % ; 調 質 板 產 量 由20398t/ a 增 加 到 50702t/ a , 增 加 了 148156 % ;裝爐 量 由 55190t/ a 增 加 到 97145t/ a , 增 加 了76102 % ; 同時減少了輥印修磨量 , 降低了工人的勞動強度。 但是 , 要徹底解決 2 # 熱處理爐的結瘤問題 , 還有待于新型爐底輥和輻射管的研制 , 以及對拋丸機的改造。
參考文獻 :
[1 ] 樊東黎. 熱處理技術數據手冊 (第一版) [ M ] . 北京 : 機械工業出版社 , 20031
[ 2 ] 劉傳博 , 陳至剛. 金屬腐蝕與防護 [ M ] . 武漢 : 武漢工學院教材出版發行科 , 19841
[ 3 ] 中國機械工程學會熱處理學會. 熱處理手冊 (第三版)[ M ] . 北京 : 機械工業出版社 , 20011
[ 4 ] 技術中心、 軋板廠聯合調查小組. 軋板廠 2 # 熱處理爐輻射管、 爐底輥破損情況調查報告 [ R ] . 武漢 : 武漢鋼鐵 (集團) 公司技術中心 , 20041
[ 5 ] 王愛俊. 現代化寬厚板廠熱處理設備概述 [J ] . 寶鋼技術 ,1999 , (5) , 14 - 181
關鍵詞 : 輥底式熱處理爐 ; 輥面結瘤 ; 氧化鐵皮 ; 輥印
1 前言
武漢鋼鐵 (集團) 公司軋板廠 2 # 熱處理爐是一座氮氣保護輻射管加熱輥底式爐 , 用于 10～50mm ×1600～2500mm ×2400～16000mm 鋼板的淬火、 回火和正火處理 , 加熱溫度為 500～980 ℃, 溫差在 ± 317 ℃ 內 , 主要設備參數見表 1。
生產中時常發生爐底輥輥面結瘤 , 導致厚鋼板下表面產生輥印 (較大深度達 1mm) 而需大面積修磨 , 甚至報廢 , 尤其在生產某些需調質處理的鋼板時更為嚴重。
2 結瘤成因分析
通過對爐底輥表面及剝離下來的大量結瘤物觀察發現 , 爐底輥表面有呈堆積狀的氧化鐵皮 ,而剝離下來的部分呈層狀堆積 , 較厚的結瘤物由約 100 多層氧化鐵皮粘結而成 , 厚度達 5mm。
對結瘤物作電子探針分析 , 發現其主要成分為FeO , 占 94183 %。 而巖相檢驗分析也發現 , 表層主要相為粒狀混合的磁鐵礦和赤鐵礦。 因此按照鐵 - 氧系平衡圖和鋼板表面氧化膜層的結構及高溫條件下膜層之間電粒子擴散遷移成長機理[1 - 3 ]可以推斷 , 爐底輥表面結瘤的成因 : *先是輥面局部粘附小片氧化鐵皮 , 然后隨著裝爐量增加 , 帶入爐內的氧化鐵皮增加 , 使輥面氧化鐵皮積累疊加 , 并在近乎熱熔的柔軟狀態下發生高溫氧化 , 使輥面結瘤逐步增大。 在淬火或正火的高溫狀態下 , 輥面粘結的層狀氧化鐵皮在鋼板的碾壓下 , 一層一層增加 , 而且越來越密實。 此時 , 較厚的鋼板在高溫下被其自身重量壓出輥印。 大量試驗表明 , 容易出現輥印的條件是 : 鋼板厚在 25mm 以上 , 鋼板溫度在 930 ℃以上。
由此可見 , 氧化鐵皮是輥面結瘤的主因 , 而其來源 , 一是外來氧化鐵皮被帶入爐內 , 二是爐內產生的氧化鐵皮。
211 外來的氧化鐵皮
由于 2 # 熱處理爐配套的拋丸機組設計不合理 , 鋼板下表面的氧化鐵皮不能完全拋凈 , 也不易被發現。 另外 , 拋丸機原設計的機械清掃和風掃也不盡人意 , 使拋丸后的浮氧化鐵皮經磁吸上料不能完全去除 , 從而隨著鋼板帶入熱處理爐內。
2.2 爐內的氧化氣氛
2 # 熱處理爐的加熱是通過煤氣和助燃空氣混合 , 在輻射管內燃燒以輻射方式進行加熱的。整座爐子密封性能良好 , 因此爐內氧氣的來源只可能是爐門開啟時進入的空氣或助燃空氣中的氧氣。 由于爐膛內氣氛設計為正壓 , 而且爐門開啟時會有氮氣自動吹掃 , 因此空氣從爐門進入的可能性極小 ; 輻射管長期在高溫下燃燒 , 其陶瓷內管有可能因質量或使用壽命等原因破碎、 斷裂 ,使金屬外管受熱不均勻產生裂縫甚至斷裂 , 或者由于金屬外管制造的缺陷等原因而直接燒穿 , 使助燃空氣從裂縫或穿孔部位進入爐膛內部而造成氧化氣氛。 停爐檢查也驗證了這一判斷。
3 控制與減少輥面結瘤的措施
311 自然降溫分段拖爐
在自然降溫以進行停爐檢查的過程中 , 發現大部分結瘤物已從輥面脫落 , 少量粘附于輥面的結瘤物也已變得疏松。 這是由于爐底輥與結瘤物的材質完全不同 , 二者的物理性能和線膨脹系數不同所致。 因此 , 當輥面結瘤物較厚導致鋼板輥印嚴重時 , 可將爐溫自然降至 350～400 ℃, 再用厚鋼板 (由卷揚機固定) 在爐內不同區域快速往復拖爐 , 使輥面與厚鋼板產生相對滑動而去除輥面結瘤物。 但是 , 由于爐底輥傳動電機功率較小 , 無法選用較厚鋼板拖爐 , 因此拖爐去結瘤物的效果并不很好 , 事實上 , 較好的拖爐板應是下底面刻有“ 人” 字槽的專用拖爐板 , 這有待于專門加工定做 , 并通過實踐進一步檢驗其應用效果。 另外 , 由于 2 # 熱處理爐保溫性能非常好 ,爐膛從 800 ℃左右自然降溫的速度約為 10 ℃/ h ,而在 400 ℃左右僅為 5 ℃/ h 。 因此為提高降溫速度 , 減少降溫時間 , 采取了冷鋼板連續快速循環進爐的主動降溫措施 , 可提高降溫速度 1 倍以上 , 大大縮短了降溫時間 , 有效地提高了爐子的作業率。
3.2 優化裝爐操作
以往的生產表明 , 淬火加熱溫度 930 ℃以上、 厚度 25mm 以上的鋼板在輥面結瘤惡化的狀況下裝爐易壓出輥印 , 而熱處理溫度較低、 厚度較薄的鋼板發生輥印缺陷的傾向較小。 因此 , 每當拖爐消除輥面結瘤后 , 升溫淬火優先安排工藝溫度高、 規格較厚的品種板裝爐。 當輥面結瘤狀況逐漸惡化后 , 仍可安排工藝溫度較低、 規格較薄的品種鋼板 , 由于低溫鋼板表面強度較高 , 薄規格鋼板自重引起的壓力也相應較小 , 使輥面結瘤對鋼板的下表面質量影響相對較小 , 即先*（此字廣告法禁止出現）行950 ℃ 的淬火 , 再進行工藝溫度要求為 900 ～950 ℃ 鋼的淬火 , 然后降溫至 860 ℃進行正火。
同一工藝溫度先裝較厚鋼板 , 再裝薄鋼板。 當裝爐量達 2000t 時 , 降溫至 670 ℃進行回火處理 ,再降至 500 ℃進行此回火溫度要求的鋼板的回火 , 較后降溫至 350～400 ℃拖爐。 這種合理的裝爐順序有效地避免或緩解了鋼板下表面輥印的產生 , 每批次淬火裝爐量能維持在 2000t 以上。
313 在線監控爐內氣氛
增設爐內氣氛在線監測裝置 MW - 1 , 改變了過去由人工定期檢測的狀況。 當發現爐內氧氣含量突破臨界值時 , 立即關停 , 進行對比檢查并更換破損輻射管。 同時 , 由于該設備將爐膛分為5 個受控區域 , 因而縮小了檢查范圍 , 提高了排除故障的速度。 當發現氧含量較高但輻射管燃燒正常時 , 可增加入爐氮氣流量 , 清洗沖刷爐內氣氛 , 降低氧含量。 另外 , 還需定期檢查輻射管燃燒質量 , 及時調整空煤比 , 保障輻射管內燃燒均勻 , 避免燒裂、 燒穿輻射管 , 延長輻射管壽命。該監測設備運行 2 年以來效果較好 , 但如何更為迅速準確地檢查判斷破損輻射管 , 或有效地實施輻射管負壓狀態下工作[5 ] , 避免燃氣空氣進入爐膛等 , 還需進一步試驗。
3.4 改善拋丸效果
現有鋼板拋丸機較高運行速度為 4m/ min ,但以此速度運行時 , 鋼板不能完全拋凈。 當運行速度降為 2m/ min 時 , 鋼板表面單位面積上在單位時間內接受丸粒的打擊密度就能增加[3 ] , 拋丸質量有所好轉 , 等*可達到 S a210 , 但由于拋丸機設計上的缺陷 , 輥刷和風掃丸粒無法滿足低速要求 , 造成大量丸粒隨鋼板帶出 , 只能靠人工清掃來彌補。 另外 , 丸粒的大小與硬度對清理效果也有很大影響。
丸粒顆粒過小則打擊力小、 清理效率低 ; 顆粒過大 , 不僅造成鋼板表面粗糙 , 而且降低了單位時間內打到鋼板表面的丸粒密度 , 清理效果也不理想。 硬度過大則拋丸過程中丸粒易破碎 ; 而硬度過小則丸粒易變形 , 因此 , 丸粒硬度的選擇應以比拋丸鋼板硬度略高為宜。 為此 , 淘汰了拋丸機原設計使用的鋼絲繩切丸 (直徑 Φ110 ～Φ114mm , 沒 有 硬 度 要 求 ) , 選 用 粒 度 直 徑Φ210mm、 硬度為 HRC40～50 的水淬圓形鋼丸 ,實用效果很好。
4 結語
采取上述措施后 , 有效地減少了鋼板輥印的產生 , 2004 年與 2001 年比較 , 輥印廢改量由871t/ a 降 至 76t/ a , 廢 品 及 改 軋 率 降 低 了41124 % ; 日 歷 作 業 率 由 59150 % 上 升 至85140 % , 提 高 了 25190 % ; 調 質 板 產 量 由20398t/ a 增 加 到 50702t/ a , 增 加 了 148156 % ;裝爐 量 由 55190t/ a 增 加 到 97145t/ a , 增 加 了76102 % ; 同時減少了輥印修磨量 , 降低了工人的勞動強度。 但是 , 要徹底解決 2 # 熱處理爐的結瘤問題 , 還有待于新型爐底輥和輻射管的研制 , 以及對拋丸機的改造。
參考文獻 :
[1 ] 樊東黎. 熱處理技術數據手冊 (第一版) [ M ] . 北京 : 機械工業出版社 , 20031
[ 2 ] 劉傳博 , 陳至剛. 金屬腐蝕與防護 [ M ] . 武漢 : 武漢工學院教材出版發行科 , 19841
[ 3 ] 中國機械工程學會熱處理學會. 熱處理手冊 (第三版)[ M ] . 北京 : 機械工業出版社 , 20011
[ 4 ] 技術中心、 軋板廠聯合調查小組. 軋板廠 2 # 熱處理爐輻射管、 爐底輥破損情況調查報告 [ R ] . 武漢 : 武漢鋼鐵 (集團) 公司技術中心 , 20041
[ 5 ] 王愛俊. 現代化寬厚板廠熱處理設備概述 [J ] . 寶鋼技術 ,1999 , (5) , 14 - 181
