辊底式辐射管淬火炉辊面结瘤分析与改善

辊底式辐射管淬火炉辊面结瘤分析与改善

洪海宇1　王　潇2

（1. 邯钢邯宝热轧厂 热处理作业区，河北　邯郸　056000；2.邯钢新区炼铁厂 生产技术室，河北　邯郸　056000）

摘要：分析了辊底式热处理炉辊面结瘤产生的原因, 是由钢板表面的氧化铁皮经累积、叠加、碾压后粘附在辊面上而造成的。通过采取改进抛丸质量和装炉制度、实施分段通炉操作以及控制炉内气氛等措施后, 基本上解决了辊面结瘤问题。

关键词：通炉操作 气氛控制燃烧结瘤

1前言

邯郸钢铁 (集团) 公司热轧厂2#热处理炉是一座氮气保护辐射管加热辊底式炉。辊底式热处理炉主要尺寸：炉子总长：83.6m，炉子有效加热长度：80.36m，炉子上部内宽：3600mm，炉膛上部高度：1585mm，炉膛下部高度：1440mm。

热处理炉用途：钢板淬火、正火热处理前的加热。热处理钢板规格：厚度10～80（100）mm，宽度1500～3200mm，长度6000～16000mm，代表钢板规格: 厚宽长＝40 2500 12000 mm。最高热处理温度：950℃。最高炉内温度：980℃。炉子产量：最大61.66 t/h。烧嘴形式：自身预热烧嘴（与辐射管连接），脉冲控制燃烧。生产中时常发生炉底辊辊面结瘤, 导致厚钢板下表面产生辊印 (最大深度达 1mm) 而需大面积修磨, 甚至报废, 尤其在生产某些需调质处理的钢板时更为严重。

2辊面结瘤原因分析

通过对炉底辊表面及剥离下来的大量结瘤物观察发现, 炉底辊表面有呈堆积状的氧化铁皮,而剥离下来的部分呈层状堆积, 最厚的结瘤物由约100 多层氧化铁皮粘结而成, 厚度达 5mm。对结瘤物作分析, 发现其主要成分为FeO, 占 9483%。而岩相检验分析也发现, 表层主要相为粒状混合的磁铁矿和赤铁矿。因此按照铁- 氧系平衡图和钢板表面氧化膜层的结构及高温条件下膜层之间电粒子扩散迁移成长机理可以推断, 炉底辊表面结瘤的成因: 首先是辊面局部粘附小片氧化铁皮, 然后随着装炉量增加, 带入炉内的氧化铁皮增加, 使辊面氧化铁皮积累叠加, 并在近乎热熔的柔软状态下发生高温氧化, 使辊面结瘤逐步增大。在淬火或正火的高温状态下, 辊面粘结的层状氧化铁皮在钢板的碾压下, 一层一层增加, 而且越来越密实。此时, 较厚的钢板在高温下被其自身重量压出辊印。大量试验表明, 容易出现辊印的条件是: 钢板厚在25mm以上, 钢板温度在930   以上。

2.1外来的氧化铁皮由于2#热处理炉配套的抛丸机组设计不合理, 钢板下表面的氧化铁皮不能完全抛净, 也不易被发现。另外, 抛丸机原设计的机械清扫和风扫也不尽人意, 使抛丸后的浮氧化铁皮经磁吸上料不能完全去除, 从而随着钢板带入热处理炉内。

2.2炉内的氧化气氛2#热处理炉的加热是通过煤气和助燃空气混合, 在辐射管内燃烧以辐射方式进行加热的。整座炉子密封性能良好, 因此炉内氧气的来源只可能是炉门开启时进入的空气或助燃空气中的氧气。由于炉膛内气氛设计为正压, 而且炉门开启时会有氮气自动吹扫, 因此空气从炉门进入的可能性极小; 辐射管长期在高温下燃烧, 其陶瓷内管有可能因质量或使用寿命等原因破碎、断裂,使金属外管受热不均匀产生裂缝甚至断裂, 或者由于金属外管制造的缺陷等原因而直接烧穿, 使助燃空气从裂缝或穿孔部位进入炉膛内部而造成氧化气氛。

3改善辊面结瘤的措施

3.1 降温往返通炉

在自然降温以进行停炉检查的过程中, 发现大部分结瘤物已从辊面脱落, 少量粘附于辊面的结瘤物也已变得疏松。这是由于炉底辊与结瘤物的材质完全不同, 二者的物理性能和线膨胀系数不同所致。因此, 当辊面结瘤物较厚导致钢板辊印严重时, 可将炉温快速降至500℃, 再用厚钢板 (100mm) 在炉内不同区域快速往复通炉, 使辊面与厚钢板产生相对滑动而去除辊面结瘤物。由于 2#热处理炉保温性能非常好炉膛从800℃左右自然降温的速度约为 10℃ / h,而在500℃   左右仅为 6℃ / h。因此为提高降温速度, 减少降温时间, 采取了冷钢板连续快速循环进炉的主动降温措施, 可提高降温速度, 大大缩短了降温时间, 有效地提高了炉子的作业率。

3.2优化装炉操作

以往的生产表明, 淬火加热温度 910℃以上、厚度25mm 以上的钢板在辊面结瘤恶化的状况下装炉易压出辊印, 而热处理温度较低、厚度较薄的钢板发生辊印缺陷的倾向较小。因此, 每当拖炉消除辊面结瘤后, 升温淬火优先安排工艺温度高、规格较厚的品种板装炉。当辊面结瘤状况逐渐恶化后, 仍可安排工艺温度较低、规格较薄的品种钢板, 由于低温钢板表面强度较高, 薄规格钢板自重引起的压力也相应较小, 使辊面结瘤对钢板的下表面质量影响相对较小, 即先进行910℃的淬火, 再进行工艺温度要求为 900~880℃  钢的淬火, 然后降温至 860   进行正火。同一工艺温度先装较厚钢板, 再装薄钢板。这种合理的装炉顺序有效地避免或缓解了钢板下表面辊印的产生, 每批次淬火装炉量能维持在1500t 以上。

3.3 优化控炉内气氛

利用炉内残氧气氛分析仪在线监测淬火炉炉内氧含量的情况。当发现炉内氧气含量突破临界值9000ppm时, 立即关停烧嘴, 进行对比检查并更换破损辐射管。同时, 由于该设备将炉膛分15个受控区域, 因而缩小了检查范围, 提高了排除故障的速度。当发现氧含量较高但辐射管燃烧正常时, 可增加入炉氮气流量, 清洗冲刷炉内气氛, 降低氧含量。还需定期检查辐射管燃烧质量, 及时调整空煤比, 保障辐射管内燃烧均匀, 避免烧裂、烧穿辐射管, 延长辐射管寿命。

3.4改善抛丸效果

现有钢板抛丸机最高运行速度为 3m/ min,但以此速度运行时, 钢板不能完全抛净。当运行速度降为2m/ min 时, 钢板表面单位面积上在单位时间内接受丸粒的打击密度就能增加50%, 抛丸质量明显提高。 抛丸器供丸闸阀开口调大，负载电流由常规的60A调整到70A，即增大下料量，增加抛丸强度，抛丸质量明显改善。丸粒的大小与硬度对清理效果也有很大影响。丸粒颗粒过小则打击力小、清理效率低; 颗粒过大, 不仅造成钢板表面粗糙, 而且降低了单位时间内打到钢板表面的丸粒密度, 清理效果也不理想。硬度过大则抛丸过程中丸粒易破碎; 而硬度过小则丸粒易变形, 因此, 丸粒硬度的选择应以比抛丸钢板硬度略高为宜。为此, 淘汰了抛丸机原设计使用的钢丝绳切丸 (直径1.0~1.2mm) , 选用水淬圆形粒度钢丸（直径 1.6mm、硬度为HRC40~ 50）, 抛丸质量实用效果很好。

4 结 语

邯钢热轧厂热处理车间近几年使用采取上述措施后, 有效地减少了钢板辊印的产生, 2024 年与 2023 年比较, 辊印废改量由171t/ a 降至 96t/ a; 同时减少了辊印修磨量, 降低了工人的劳动强度。但是, 要彻底解决2#热处理炉的结瘤问题, 还有需要创新炉底辊和辐射管的优化研制, 以及对抛丸机的改造。

参考文献：

1.樊东黎. 热处理技术数据手册 (第一版)北京: 机械工业出版社, 2003

2.中国机械工程学会热处理学会. 热处理手册 ( 第三版). 北京: 机械工业出版社, 2001

3.中冶南方湘钢宽厚板项目部． 常化炉系统功能规格说明书． 武汉: 中冶南方， 2008．

4.王志明 辊底式常化炉的辊印控制 宽厚板