拋丸機對中厚板熱處理爐輥面結(jié)瘤的影響研究

摘　要： 分析了中厚板輥底式熱處理爐輥面結(jié)瘤產(chǎn)生的原因,是由鋼板表面的氧化鐵皮經(jīng)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(zhì)量和裝爐制度、實施分段拖爐操作以及控制爐內(nèi)氣氛等措施后,基本上解決了輥面結(jié)瘤問題.
關(guān)鍵詞 : 輥底式熱處理爐 ; 輥面結(jié)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(nèi) , 主要設(shè)備參數(shù)見表 1。
生產(chǎn)中時常發(fā)生爐底輥輥面結(jié)瘤 , 導(dǎo)致厚鋼板下表面產(chǎn)生輥印 (較大深度達(dá) 1mm) 而需大面積修磨 , 甚至報廢 , 尤其在生產(chǎn)某些需調(diào)質(zhì)處理的鋼板時更為嚴(yán)重。
2 結(jié)瘤成因分析
通過對爐底輥表面及剝離下來的大量結(jié)瘤物觀察發(fā)現(xiàn) , 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(jié)瘤物由約 100 多層氧化鐵皮粘結(jié)而成 , 厚度達(dá) 5mm。
對結(jié)瘤物作電子探針分析 , 發(fā)現(xiàn)其主要成分為FeO , 占 94183 %。 而巖相檢驗分析也發(fā)現(xiàn) , 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(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)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(tài)下發(fā)生高溫氧化 , 使輥面結(jié)瘤逐步增大。 在淬火或正火的高溫狀態(tài)下 , 輥面粘結(jié)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(xiàn)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(jié)瘤的主因 , 而其來源 , 一是外來氧化鐵皮被帶入爐內(nèi) , 二是爐內(nèi)產(chǎn)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(shè)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(fā)現(xiàn)。 另外 , 拋丸機原設(shè)計的機械清掃和風(fēng)掃也不盡人意 , 使拋丸后的浮氧化鐵皮經(jīng)磁吸上料不能完全去除 , 從而隨著鋼板帶入熱處理爐內(nèi)。
2.2 爐內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)氣氛設(shè)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(nèi)管有可能因質(zhì)量或使用壽命等原因破碎、 斷裂 ,使金屬外管受熱不均勻產(chǎn)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(nèi)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(jié)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(fā)現(xiàn)大部分結(jié)瘤物已從輥面脫落 , 少量粘附于輥面的結(jié)瘤物也已變得疏松。 這是由于爐底輥與結(jié)瘤物的材質(zhì)完全不同 , 二者的物理性能和線膨脹系數(shù)不同所致。 因此 , 當(dāng)輥面結(jié)瘤物較厚導(dǎo)致鋼板輥印嚴(yán)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(nèi)不同區(qū)域快速往復(fù)拖爐 , 使輥面與厚鋼板產(chǎn)生相對滑動而去除輥面結(jié)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(jié)瘤物的效果并不很好 , 事實上 , 較好的拖爐板應(yīng)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(yīng)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(xù)快速循環(huán)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(yè)率。
3.2 優(yōu)化裝爐操作
以往的生產(chǎn)表明 , 淬火加熱溫度 930 ℃以上、 厚度 25mm 以上的鋼板在輥面結(jié)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(fā)生輥印缺陷的傾向較小。 因此 , 每當(dāng)拖爐消除輥面結(jié)瘤后 , 升溫淬火優(yōu)先安排工藝溫度高、 規(guī)格較厚的品種板裝爐。 當(dāng)輥面結(jié)瘤狀況逐漸惡化后 , 仍可安排工藝溫度較低、 規(guī)格較薄的品種鋼板 , 由于低溫鋼板表面強度較高 , 薄規(guī)格鋼板自重引起的壓力也相應(yīng)較小 , 使輥面結(jié)瘤對鋼板的下表面質(zhì)量影響相對較小 , 即先進行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(dāng)裝爐量達(dá) 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(chǎn)生 , 每批次淬火裝爐量能維持在 2000t 以上。
313 在線監(jiān)控爐內(nèi)氣氛
增設(shè)爐內(nèi)氣氛在線監(jiān)測裝置 MW - 1 , 改變了過去由人工定期檢測的狀況。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)氧氣含量突破臨界值時 , 立即關(guān)停 , 進行對比檢查并更換破損輻射管。 同時 , 由于該設(shè)備將爐膛分為5 個受控區(qū)域 , 因而縮小了檢查范圍 , 提高了排除故障的速度。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)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(nèi)氣氛 , 降低氧含量。 另外 , 還需定期檢查輻射管燃燒質(zhì)量 , 及時調(diào)整空煤比 , 保障輻射管內(nèi)燃燒均勻 , 避免燒裂、 燒穿輻射管 , 延長輻射管壽命。該監(jiān)測設(shè)備運行 2 年以來效果較好 , 但如何更為迅速準(zhǔn)確地檢查判斷破損輻射管 , 或有效地實施輻射管負(fù)壓狀態(tài)下工作[5 ] , 避免燃?xì)饪諝膺M入爐膛等 , 還需進一步試驗。
3.4 改善拋丸效果
現(xiàn)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(dāng)運行速度降為 2m/ min 時 , 鋼板表面單位面積上在單位時間內(nèi)接受丸粒的打擊密度就能增加[3 ] , 拋丸質(zhì)量有所好轉(zhuǎn) , 等*可達(dá)到 S a210 , 但由于拋丸機設(shè)計上的缺陷 , 輥刷和風(fēng)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(nèi)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(yīng)以比拋丸鋼板硬度略高為宜。 為此 , 淘汰了拋丸機原設(shè)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(jié)語
采取上述措施后 , 有效地減少了鋼板輥印的產(chǎn)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(yè) 率 由 59150 % 上 升 至85140 % , 提 高 了 25190 % ; 調(diào) 質(zhì) 板 產(chǎn) 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(jié)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 :
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