王劉艷 馬忠存 李 彬

(北滿特殊鋼集團技術(shù)中心，黑龍江 161041)

測定爐溫均勻性，優(yōu)化軸承鋼加熱工藝

王劉艷 馬忠存 李 彬

(北滿特殊鋼集團技術(shù)中心，黑龍江 161041)

通過對步進式加熱爐爐溫進行均勻性測試分析鑄坯各點溫度與爐氣溫度差值，優(yōu)化加熱工藝參數(shù)，達到提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的目的。

步進式加熱爐;爐溫;軸承鋼;加熱工藝

軸承鋼在工作中要承受強沖擊和交變載荷，因此對軸承鋼的化學成分均勻性、非金屬夾雜物含量和分布、碳化物分布等要求都十分嚴格。北滿特鋼北興公司通過對步進式加熱爐爐溫均勻性的測定，優(yōu)化軸承鋼加熱工藝制度，以達到改善軸承鋼碳化物形態(tài)，提高軸承鋼產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1 試驗方案

1.1 試驗鋼種

使用高碳鉻軸承鋼GCr15作為試驗鋼種。

1.2 試驗鋼坯及測點定位

鋼坯尺寸:5 305 mm×280 mm×250 mm(長×寬×高)，各測點位置見圖1、圖2。

1.3 測溫熱電偶

溫度測量采用K型熱電偶，精度為1級。

1.4 溫度記錄

圖1 溫度測試點在測試截面的位置Figure 1 Distribution of temperature test spots on section

圖2 黑匣子溫度測試截面Figure 2 Temperature test section of black box

各點溫度每20 s記錄一次。

2 測試結(jié)果

2.1 非軋機側(cè)各點升溫情況

非軋機側(cè)鑄坯各點升溫速度不同，下表面最快、上表面其次、中心最慢。在爐時間約120 min后鑄坯位置溫度相同。

非軋機側(cè)升溫初期鑄坯各點升溫速度與在爐時間成線性正比關(guān)系。

非軋機側(cè)在爐時間110 min后，上爐氣溫度與下表面溫度相同;在爐時間120 min后，上爐氣溫度與鑄坯各點溫度相同;在爐時間160 min后，下爐氣溫度、上爐氣溫度、鑄坯各點溫度相同。

非軋機側(cè)各點加熱曲線如圖3所示。

2.2 中部各點升溫情況

中部鑄坯各點升溫速度不同，下表面最快、側(cè)表面次之、上表面再次、中心最慢。在爐時間150 min后鑄坯各位置溫度相同。

中部升溫初期鑄坯各點升溫速度與在爐時間成線性正比關(guān)系。

中部在爐時間150 min后，爐氣溫度與鑄坯各點溫度相同。

中部上、下爐氣溫度在預熱段、一加段差異較大，在二加段、均熱段差異較小。中部各點加熱曲線如圖4所示。

2.3 軋機側(cè)各點升溫情況

軋機側(cè)鑄坯各點升溫速度不同，下表面最快、中心最慢。在爐170 min后鑄坯各位置溫度相同。

軋機側(cè)升溫初期鑄坯各點升溫速度與在爐時間成線性正比關(guān)系。軋機側(cè)各點加熱曲線如圖5所示。

2.4 爐氣升溫情況

非軋機側(cè)與中部上爐氣溫度差異較小，與中部下爐氣溫度差異較大。中部下爐氣預熱段、一加段溫度偏高;非軋機側(cè)預熱段溫度偏低，二加段溫度偏高。

各段爐氣溫度與工藝規(guī)定溫度相差不大。軸承鋼爐氣溫度加熱曲線見圖6。

2.5 鑄坯中心升溫情況

非軋機側(cè)、中部、軋機側(cè)鑄坯的中心溫度在預加段升溫速度基本相同。

在預熱段與一加段，鑄坯各點橫向溫度差異較大。軋機側(cè)中心與中部中心溫度平均相差67℃。

非軋機側(cè)在一加段中期升溫速度明顯提高。在一加段結(jié)束時，非軋機側(cè)與軋機側(cè)中部中心溫差214℃，與中部中心溫差113℃。

鑄坯中心溫度遠低于工藝規(guī)定溫度。軸承鋼中心加熱曲線見圖7。

圖3 非軋機側(cè)軸承鋼加熱曲線Figure 3 Heating curve of bearing steel on the non-rollingmill side

圖4 中部軸承鋼加熱曲線Figure 4 Heating curve of bearing steel in themiddle

圖5 軋機側(cè)軸承鋼加熱曲線Figure 5 Heating curve of bearing steel on the rollingmill side

圖6 軸承鋼爐氣溫度加熱曲線Figure 6 Furnace atmosphere temperature heating curve of bearing steel

圖7 軸承鋼中心加熱曲線Figure 7 Heating curve of bearing steel center

圖8 軸承鋼上表面和側(cè)表面加熱曲線Figure 8 Heating curve of bearing steel on the upper surface and the side surface

圖9 軸承鋼下表面加熱曲線Figure 9 Heating curve of bearing steel on the lower surface

2.6 上表面和側(cè)表面升溫情況

鑄坯各段上表面、側(cè)表面溫度差異不大。在預熱段升溫速度差異不大，鑄坯各段表面溫度低于工藝規(guī)定溫度。在爐120 min后，溫度高于1 200℃。

鑄坯各段上表面和側(cè)表面加熱曲線見圖8。

2.7 下表面升溫情況

鑄坯各段下表面溫度差異較大，在預熱段升溫速度差異不大。軋機側(cè)下表面溫度較低，在爐145 min后溫度高于1 200℃。非軋機側(cè)與中部的下表面溫度差異不大，在爐120 min后，溫度高于1 200℃。

鑄坯下表面加熱曲線見圖9。

3 結(jié)果分析

3.1 原加熱工藝制度及實際情況

原加熱工藝采用預熱段、加熱一段不限制時間，加熱二段≥60 min，均熱段≥50 min的加熱制度。

在預熱段，爐氣溫度遠高于鑄坯溫度;鑄坯各點溫度隨在爐時間整體呈線性上升趨勢。預熱段結(jié)束時，中部側(cè)下表面溫度(733℃)為鑄坯最高溫度，軋機側(cè)中心溫度(577℃)為鑄坯最低溫度，鑄坯平均溫度656℃，溫度偏低。

在一加段，爐氣溫度仍遠高于鑄坯溫度;鑄坯各點溫度隨在爐時間成線性上升或呈二次項上升趨勢。一加結(jié)束時，鑄坯中部側(cè)下表面溫度(1 017℃)為鑄坯最高溫度，軋機側(cè)中心溫度(739℃)為鑄坯最低溫度。鑄坯經(jīng)過預熱及一加階段加熱后未達到工藝要求溫度范圍(900～1 120℃)。

在二加段，爐氣與鑄坯溫差逐漸縮小。在爐時間115 min后，鑄坯非軋機側(cè)溫度與爐氣溫度近乎相同;在爐時間150 min后，鑄坯中部各點與爐氣溫度近乎相同;二加段結(jié)束時(在爐時間160 min)，鑄坯整體溫度與爐氣溫度基本一致。二加段鑄坯平均溫度達到工藝規(guī)定溫度(1 230～1 250℃)的時間為20 min，低于工藝規(guī)定的60 min。

在均熱段，鑄坯各點溫度與爐氣溫度基本相同，軋機側(cè)溫度較爐氣溫度偏高。鑄坯平均溫度達到工藝規(guī)定溫度(1 220～1230℃)時間為31 min，低于工藝規(guī)定的50 min。

3.2 曲線模擬

3.2.1 預熱段曲線模擬

預熱段曲線模擬見圖10(a)。

(a)P=0.000R －Sq=100.0%，曲線模擬優(yōu)秀。

(b)殘差圖成一定拋物線規(guī)律，證明其存在二次項相關(guān)。但根據(jù)P值及R－Sq值，證明二次項影響微弱，以方程簡化為原則，繼續(xù)使用線性模擬。

(c)模擬曲線證明，在預熱段，鑄坯平均溫度升溫速度約為6℃/min。

(d)根據(jù)模擬曲線以預熱段結(jié)束溫度850℃計算，預熱段時間至少為84 min。

(e)查證測試過程記錄，平均溫度達到850℃在爐時間為79 min，與理論計算差異不大，建議工藝設定預熱段時間為80 min。

3.2.2 一加段曲線模擬

一加段曲線模擬見圖10(b)。

(a)P=0.000R －Sq=99.8%，曲線模擬優(yōu)秀。

圖10 軸承鋼加熱階段曲線模擬Figure 10 Various heating phase curve simulation of bearing steel

(b)根據(jù)模擬曲線一加段(900～1 120℃)溫度達到900℃時間至少為84 min;達到1 100℃時間至少為102 min。

(c)查證測試過程記錄，平均溫度達到900℃的在爐時間為83 min，平均溫度達到1 120℃的在爐時間為112 min，與理論計算差異不大，建議工藝設定一加段時間為(80～110)min。

3.2.3 二加段曲線模擬

二加段曲線模擬見圖10(C)。

(a)P=0.000R －Sq=99.6%，曲線模擬優(yōu)秀。

(b)根據(jù)模擬曲線二加段(1 230～1 250℃)溫度達到1 230℃的時間至少為144 min。

(c)查證測試過程記錄，平均溫度達到1 230℃的在爐時間為142 min，與理論計算差異不大。建議工藝設定二加段時間為(110～200)min。

(d)建議設定均熱段時間(200～250)min。對高檔軸承鋼應根據(jù)工藝適度延長二加段及均熱段保溫時間。

4 工藝改進

根據(jù)爐溫均勻性測試結(jié)果，優(yōu)化工藝，設定各段最短在爐時間。工藝設定如下:預熱段最短在爐時間≥80 min，加熱1段最短在爐時間≥110 min，加熱2段最短在爐時間≥200 min，均熱段最短在爐時間≥250 min。

5 改進效果

采用新加熱工藝后，GCr15軸承鋼探傷內(nèi)部不合格率降低至1.14%;按SEP1520評定，5系列評級均值降低1級，標準差降低0.02級;6系列全部穩(wěn)定為0級;7系列評級均值降低0.7級，標準差降低0.02級。采用新加熱工藝得到的軸承鋼性能指標合格，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

編輯 杜 敏

Heating Process Optimization of Bearing Steel by Furnace Temperature Evenness Determination

W ang Liuyan，M a Zhongcun，Li Bin

Temperature evenness determination of walking beam heating furnace has been carried out to analyze differentia between various temperatures of casting blank spots and furnace atmosphere temperature in order to optimize heating process parameters and improve inner quality of the blank.

walking-beam type heat furnace;furnace atmosphere temperature;bearing steel;heating process

TF762+.4

B

2013—01—29

王劉艷(1985—)，女，助理工程師，從事軸承鋼技術(shù)工作。