張保恒 張素軍 太鋼集團(tuán)臨汾鋼鐵有限公司中板廠，山西 臨汾 041000

?；癄t爐底輥壓坑、劃傷、輥印的分析與改造

張保恒 張素軍 太鋼集團(tuán)臨汾鋼鐵有限公司中板廠，山西 臨汾 041000

通過(guò)臨鋼中板廠熱處理生產(chǎn)線1#?；癄t爐底輥輥面結(jié)瘤對(duì)鋼板下表面形成的壓坑、劃傷、輥印缺陷進(jìn)行分析，提出改造方案。

?；癄t；爐底輥；結(jié)瘤；壓坑；劃傷；輥印；改造

前言

山西省太鋼集團(tuán)臨汾鋼鐵有限公司中板廠（以下簡(jiǎn)稱：我廠）熱處理線1#?；癄t是由太鋼設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，于2006年11月投產(chǎn)，主要用于對(duì)6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的（300、400系列）不銹鋼板、低合金結(jié)構(gòu)板、壓力容器板、橋梁板等鋼板的熱處理。隨著公司技術(shù)開發(fā)的不斷推進(jìn)，核電用鋼及DNV船板等高標(biāo)準(zhǔn)、高要求品種鋼板的逐步投料生產(chǎn)，客戶群體的不斷擴(kuò)大（尤其是部分產(chǎn)品出口歐美等地），客戶對(duì)鋼板表面的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，因爐底輥引起的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷使得我廠鋼板進(jìn)行反復(fù)加熱、拋丸、酸洗、修磨處理，甚至最終無(wú)法達(dá)到客戶要求被判廢或形成非計(jì)劃情況大幅增多，造成我廠熱處理線生產(chǎn)成本較大，品種鋼板的外觀質(zhì)量不佳，產(chǎn)品供貨期延長(zhǎng)，不能確保合同兌現(xiàn)率，給公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)諸多不利影響。因此，我廠組織相關(guān)科室、作業(yè)區(qū)技術(shù)人員就鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷展開研究分析，并進(jìn)行了爐底輥改造，取得了良好效果。

1、爐底輥改造前生產(chǎn)情況

我廠熱處理線1#?；癄t為輥底式明火加熱爐，最高爐溫為1250℃，爐長(zhǎng)70.5米，爐寬4.731米，爐底輥輥身基材為Cr25Ni20，輥?zhàn)油鈴綖棣?50，輥?zhàn)娱g距為500mm，輥?zhàn)虞S芯通水冷卻，單獨(dú)傳動(dòng)，共142根，?；癄t分九段控制爐溫，使用熱值為7100KJ/Nm3的高焦混合煤氣，用于對(duì)6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的鋼板進(jìn)行正火、淬火、回火處理。投產(chǎn)運(yùn)行半年后生產(chǎn)作業(yè)區(qū)便反應(yīng)鋼板下表面出現(xiàn)爐底輥壓坑、劃傷、輥印缺陷，只是由于當(dāng)時(shí)熱處理線產(chǎn)量較少，客戶對(duì)鋼板表面要求較低，我廠技術(shù)人員對(duì)產(chǎn)生壓坑、劃傷、輥印缺陷認(rèn)識(shí)不足，所以沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性研究，直至2009年開始生產(chǎn)核電用鋼、DNV船板時(shí)，由于鋼板下表面嚴(yán)重的壓坑、劃傷、輥印等缺陷，不符合客戶質(zhì)量要求，鋼板無(wú)法按期交付，才開始真正引起重視。

我廠借鑒國(guó)內(nèi)外各軋鋼廠多年來(lái)爐底輥的使用研究經(jīng)驗(yàn)，開始采取一系列改進(jìn)措施。首先，在煤氣管道增加過(guò)濾裝置，提高高焦混合煤氣的質(zhì)量，降低煤氣中灰分及焦油的含量，避免燒嘴及管道堵塞，提高爐內(nèi)溫度的均勻性，減輕因加熱不均加劇輥面結(jié)瘤的情況；其次，每一到兩天降溫磨輥8小時(shí)，將爐溫將至500℃左右，用80mm～100mm×3200mm×8000mm的鋼板在爐內(nèi)以1m/s的速度作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，起到打磨爐底輥輥面結(jié)瘤的目的；再次，降低爐底輥傳動(dòng)速度，由原來(lái)的0.2m/s、0.37m/s及0.5m/s分檔控制擺動(dòng)速度改為0.05m/s～0.5m/s無(wú)級(jí)變頻調(diào)速控制，根據(jù)鋼板厚度及加熱工藝調(diào)整輥道速度，盡量使鋼板一次通過(guò)式加熱，減少鋼板與爐底輥的頻繁接觸；最后，縮短1#?；癄t高溫段爐底輥的檢修更換周期，每半年更換一次，達(dá)到降低爐底輥輥面結(jié)瘤的程度。通過(guò)以上一系列的措施后，厚度在12mm以下的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷明顯減少，但隨著板厚、板寬的增加，壓坑、劃傷、輥印面積及深度逐漸加大、加深，鋼板下表面缺陷特征再次出現(xiàn)。

2、壓坑、劃傷、輥印的形成

2.1 輥面結(jié)瘤的產(chǎn)生

我廠1#?；癄t爐內(nèi)氣氛是氧化性的，爐氣中的氧與鋼板表面形成FeO及MnO，爐氣中的硫化物與FeO及MnO反應(yīng)形成FeS及MnS，其中FeS的熔點(diǎn)為1190℃、FeS-Fe等晶體熔點(diǎn)為940℃，而MnO、MnS熔點(diǎn)則達(dá)到1785℃、1620℃，輥面結(jié)瘤是低熔點(diǎn)的共晶體黏結(jié)高溶點(diǎn)的MnO、MnS形成的，而硫化物與爐底輥中Ni元素反應(yīng)形成熔點(diǎn)更低的NiS，嚴(yán)重侵蝕輥面，加劇結(jié)瘤黏附在輥身上的情況。

2.2 結(jié)瘤的特征

輥面結(jié)瘤以三種形式黏附在爐底輥上：

2.2.1 輕度的結(jié)瘤

爐底輥輥面輕附密集的金屬化合物，既薄且脆，用砂紙打磨即掉，這是結(jié)瘤的雛形其危害性不大，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)將會(huì)形成與輥面結(jié)合更牢固的大結(jié)瘤。

2.2.2 中度的結(jié)瘤

這種結(jié)瘤與爐底輥黏附比較緊密，未壓入爐底輥，但具有一定高度，一般可用電動(dòng)手提砂輪機(jī)人工打磨掉，否則將使鋼板產(chǎn)生比較嚴(yán)重的壓坑、劃傷、輥印。

2.2.3 重度的結(jié)瘤

這種結(jié)瘤與爐底輥結(jié)合非常緊密，在爐底輥壓入一定的深度，而且在輥面上又具有一定高度，由于其非常堅(jiān)硬，電動(dòng)手提砂輪機(jī)很難打磨掉，用金屬工具砸掉則易在輥面留下凹坑，而且凹坑處極易再次產(chǎn)生結(jié)瘤，這種結(jié)瘤危害性極大，使鋼板產(chǎn)生非常嚴(yán)重的壓坑、劃傷、輥印，可能導(dǎo)致鋼板因修磨超深或修磨點(diǎn)數(shù)超標(biāo)被判廢。

2.3 壓坑的形成

鋼板下表面壓坑是爐底輥輥面結(jié)瘤的反應(yīng)之一，由于輥面結(jié)瘤具有一定的高度，且非常堅(jiān)硬（其硬度在高溫狀態(tài)下高于鋼板表面硬度），加熱的鋼板局部與爐底輥結(jié)瘤形成點(diǎn)狀接觸，在鋼板自重作用下，形成規(guī)律性的凹坑，造成壓坑缺陷。

2.4 劃傷的形成

鋼板下表面劃傷是爐底輥輥面結(jié)瘤的反應(yīng)之二，由于爐底輥彎曲、軸承座松動(dòng)或減速機(jī)損壞等原因，造成爐底輥與鋼板產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，鋼板在爐底輥上滑動(dòng)的過(guò)程中使缺陷形貌由規(guī)律性的凹坑變?yōu)椴灰?guī)則的劃傷，造成劃傷缺陷。

2.5 輥印的形成

鋼板下表面輥印是爐底輥輥面結(jié)瘤的反應(yīng)之三，由于生產(chǎn)的鋼板較厚，加熱時(shí)間較長(zhǎng)，鋼板在爐內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)式加熱，鋼板與爐底輥反復(fù)接觸，此過(guò)程中由于爐底輥線速度不同等原因，使缺陷形貌由劃傷變?yōu)榇竺娣e的輥印，造成輥印缺陷。

2.6 壓坑、劃傷、輥印與鋼種、規(guī)格的關(guān)系

不同的鋼種，如加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)產(chǎn)生壓坑、劃傷、輥印的機(jī)會(huì)就大，反之則小；相同的鋼種，鋼板越薄、越窄，其加熱保溫時(shí)間越短，不易產(chǎn)生壓坑、劃傷、輥印，反之則易。

3、爐底輥改造方案的提出

由于我廠熱處理線1#?；癄t黑材及白材交替生產(chǎn)，工況條件較差，爐底輥輥面結(jié)瘤比較嚴(yán)重，我廠經(jīng)過(guò)技術(shù)人員及有關(guān)專家研討后，確定要徹底消除爐底輥壓坑、劃傷、輥印必須解決爐底輥輥面結(jié)瘤問(wèn)題。通過(guò)一段時(shí)間的研究與實(shí)驗(yàn)，抓住爐底輥不結(jié)瘤、耐高溫、承載大等技術(shù)難點(diǎn)，充分利用新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料，最終提出了采用石棉纖維輥身代替耐熱不銹鋼輥身的方式，對(duì)爐底輥進(jìn)行了改造。

石棉纖維輥身以耐火石棉纖維為主材，添加少量氧化鋯纖維、耐熱鋼纖維、增強(qiáng)劑等新材料，制作成片狀（內(nèi)徑為Φ215mm），再用壓力機(jī)加壓至18～20Mpa，將片狀纖維壓裝在輥芯上，壓裝后釋放輥身應(yīng)力完成后，上機(jī)床將輥身外徑加工至Φ360mm，使輥身在1250℃高溫情況下，不與鋼板表面及爐氣中的硫化物等發(fā)生反應(yīng)形成輥身結(jié)瘤，具有良好的耐高溫性能，而且能承載運(yùn)轉(zhuǎn)，耐高速氣流、鋼板的沖擊等特點(diǎn)。爐底輥輥芯材質(zhì)改為45#鋼，輥芯內(nèi)徑為Φ120mm，輥芯外徑為Φ 215mm，兩側(cè)軸承及減速機(jī)安裝位置不變，輥芯通水冷卻，單輥?zhàn)畲蟪休d能力為1.5噸。

4、爐底輥改造后的應(yīng)用效果

本次改造采用先試用再到推廣應(yīng)用的方式，在1#?；癄t高溫段試用56根，能滿足2塊鋼板的生產(chǎn)，試用2個(gè)月后，我們?cè)俨榭词蘩w維輥身，發(fā)現(xiàn)輥身表面有環(huán)向小裂紋，輥身直徑磨損至Φ 335mm，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)輥身軸向裂紋及剝落情況，鋼板下表面爐底輥壓坑、劃傷、輥印缺陷徹底消除，使鋼板表面的Ⅰ組合格率達(dá)到100%。因此，我們認(rèn)為石棉纖維爐底輥在我廠1#常化爐的應(yīng)用是成功的。

5、結(jié)論

5.1爐底輥改造項(xiàng)目的成功，徹底解決了?；癄t爐底輥輥面結(jié)瘤對(duì)鋼板表面的壓坑、劃傷、輥印缺陷，避免了因爐底輥引起的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷使得我廠鋼板反復(fù)進(jìn)行加熱、拋丸、酸洗、修磨處理，甚至最終無(wú)法達(dá)到客戶要求被判廢或形成非計(jì)劃情況的出現(xiàn)。大大降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，極大地改善了鋼板表面質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，確保公司的合同兌現(xiàn)率，為實(shí)現(xiàn)公司的中厚板精品戰(zhàn)略目標(biāo)提供有力保障，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。

5.2由于石棉纖維材料耐高溫，導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的保溫性能，其表面溫度與爐內(nèi)溫度一致，加熱鋼板更加均勻；此外，由于其隔熱性能好，散熱減少，因此，有效減少了燃?xì)庀模档土藦U氣排放。

5.3爐底輥改造后輥身材質(zhì)耐磨性能較差，2個(gè)月輥身直徑磨損25mm，使得爐底輥更換周期縮短，維修費(fèi)用增高，輥身耐磨性能有待進(jìn)一步提高，材質(zhì)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.081