宋永琛， 包石磊

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司， 江蘇 淮安 223002)

淮鋼臺車式熱處理爐特性與熱處理質(zhì)量控制*

宋永琛， 包石磊

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司， 江蘇 淮安 223002)

介紹了江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司臺車式熱處理爐的主要技術(shù)參數(shù)及特點，指出了熱處理過程的各項質(zhì)量控制要點。

臺車式熱處理爐； Krom-schroder 燃燒系統(tǒng)； 退火； 質(zhì)量控制

引 言

鋼材的熱處理對于鋼鐵材料的性能至關(guān)重要。鋼材熱處理主要有退火、淬(回)火、正火、滲氮、滲碳等工藝，基本過程有：加熱、保溫、冷卻，每個過程的控制程度不同就會得到不同的性能指標(biāo)。對于鋼鐵企業(yè)而言，成品鋼材的退火是非常重要的環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)中常用的預(yù)備熱處理工藝，可以提供不同交貨狀態(tài)的成品，對性能要求不高、不太重要的零件及一些普通鑄件、焊件，退火可作為最終熱處理。鋼的退火工藝種類頗多，按加熱溫度可分為兩大類：一類是在臨界溫度(Ac3或Ac1)以上的退火，也稱為相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火和擴散退火等；另一類是在臨界溫度(Ac1)以下的退火，也稱低溫退火。包括再結(jié)晶退火、去應(yīng)力和去氫退火等。

江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司(以下簡稱“淮鋼”)于2009年3月新投產(chǎn)2座80 t臺車式熱處理爐(以下簡稱“臺車爐”)?；翠摤F(xiàn)有2座80型搗固型焦?fàn)t，其副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣是較好的燃料。2座臺車爐以此焦?fàn)t煤氣作為燃料，配備先進的德國Krom-schroder 燃燒系統(tǒng)，使得焦?fàn)t煤氣在燃燒過程中始終與空氣保持一個較為理想的配比值，以達到充分燃燒、溫度均勻、降低能耗的作用。

1 臺車爐的特性

1.1 臺車爐的結(jié)構(gòu)

2座臺車爐爐身長度分別為8 m和13 m，在其爐膛側(cè)壁下方分別布置10只和14只亞高速沖量式燒嘴。兩座臺車爐的結(jié)構(gòu)相似，其中8 m臺車爐的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.爐門；2.爐殼；3.臺車；4.空氣、燃?xì)夤艿溃?.換熱器；6.煙囪

1.2 臺車爐的有關(guān)技術(shù)參數(shù)

2座臺車爐的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.3 臺車爐的技術(shù)特點

(1)采用焦?fàn)t煤氣為燃料介質(zhì)：與電阻加熱式相比，具有升溫速度快，熱處理周期時間短，熱效率高等優(yōu)點，且無需配置較大的供電設(shè)施，降低了建設(shè)投資費用。

表1 臺車爐的技術(shù)參數(shù)

(2)采用德國進口Krom-schroder 燃燒系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)配置亞高速沖量式燒嘴、手動旋塞閥、空燃比例調(diào)節(jié)閥、燒嘴控制器、燃?xì)怆姶砰y等控制元件，與助燃風(fēng)機、壓力開關(guān)等形成閉合的控制系統(tǒng)。此燃燒系統(tǒng)通過空燃比例調(diào)節(jié)閥連接到空氣管路上的導(dǎo)壓管接收空氣壓力調(diào)節(jié)信號，從而實現(xiàn)閥后燃?xì)獬隹趬毫涂諝饪刂茐毫Φ暮愣ū壤?。通過調(diào)節(jié)空氣閥門改變空氣控制壓力，空燃比例調(diào)節(jié)閥相應(yīng)自動改變?nèi)細(xì)鈮毫碚{(diào)節(jié)燒嘴的功率。另外，此空燃比例調(diào)節(jié)閥的壓力補償膜片可實現(xiàn)零壓切斷。亞高速沖量式燒嘴具有自動點火、火焰監(jiān)測、熄火報警、燃?xì)饪焖侔踩袛嗪痛蟆⑿』鹈}沖和攪拌爐氣功能。燃?xì)饪諝夥止苈废到y(tǒng)圖如圖2所示。

(3)安全防護系統(tǒng)：由于2座臺車爐位于淮鋼焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)的終端，其節(jié)點處的煤氣壓力波動大，為保證臺車爐的安全操作，防止因煤氣壓力過低發(fā)生回火現(xiàn)象而導(dǎo)致安全事故，在管網(wǎng)接入點后設(shè)置了過濾器、切斷閥、穩(wěn)壓閥和安全釋放閥等元件。另外在爐外壁上配備了CO氣體檢測儀，便于巡檢。

圖2 燃?xì)饪諝夥止苈废到y(tǒng)圖

(4)大、小火脈沖式燃燒：對爐膛內(nèi)的燒嘴進行分區(qū)布置，結(jié)合溫度檢測數(shù)據(jù)和熱處理工藝制度要求，對區(qū)域內(nèi)的燒嘴依次進行大、小火脈沖式控制，由于燒嘴在煤氣燃燒時的噴吹速度可達60 m/s，強化了爐膛內(nèi)的空氣對流，縮短了達到爐溫均勻所需的時間，有效地降低了爐膛內(nèi)的溫度場不均勻性，提高了生產(chǎn)效率，減少了燃料消耗和廢氣排放。

(5)全纖維爐襯：爐體外設(shè)置型鋼、鋼板、地腳板、爐頂型鋼及鋼板，焊接成一個整體式鋼結(jié)構(gòu)，牢固可靠。爐襯采用50 mm厚纖維氈+250 mm厚預(yù)壓制纖維模塊，構(gòu)成高節(jié)能型全纖維熱處理爐，其保溫效果好，爐殼表面溫度僅高于室溫15～20 ℃，能有效預(yù)防爐子高溫收縮成縫，可比全耐火材料砌筑的爐子節(jié)能30%以上。

(6)臺車爐的最高加熱溫度可達1 000 ℃，可進行軟化、去應(yīng)力、去氫退火、球化退火、正火等熱處理作業(yè)。

(7)高溫?zé)煔饨?jīng)由高效換熱器將助燃空氣預(yù)熱到250～300 ℃，其溫度降低至200 ℃以下經(jīng)煙囪外排。

2 熱處理質(zhì)量控制檢驗與分析

2.1 臺車爐使用試驗

淮鋼牌彈簧鋼為中國用戶滿意第一品牌，品種規(guī)格齊全?；疖嚫咚購棗l60Si2CrVAT彈簧鋼軋制后具有較高的硬度，一般交貨狀態(tài)為去應(yīng)力退火狀態(tài)。

試驗工藝：熱軋圓鋼的軟化退火；

試驗材料：Φ17 mm的60Si2CrVAT彈簧圓鋼；

試驗設(shè)備：2#臺車爐；

試驗數(shù)量：共試驗3爐，每爐裝爐量約為70 t。

2.2 試驗結(jié)果

2.2.1 硬度情況

每爐于鋼材堆垛的底層、中層、頂層各隨機取試樣6個，每個試樣分別檢驗硬度(HBS)3次，其平均硬度測試結(jié)果如表2所示。

表2 鋼材硬度(HBS)統(tǒng)計表

備注：試驗第一爐后發(fā)現(xiàn)，12#燒嘴附近的鋼材硬度明顯偏低，硬度為180～190HB，因此后續(xù)兩爐在達到保溫溫度后將12#燒嘴改為手動調(diào)整方式，人為降低此區(qū)域溫度5～6 ℃。

從表2可以看出，爐內(nèi)鋼材硬度存在明顯分布不均勻現(xiàn)象，呈底層硬度低，中層硬度高的趨勢；底層硬度最低的僅為181 HBS，而中層最高的達到255 HBS，而且同一爐次硬度最大相差也達到72 HBS(如第一爐數(shù)據(jù))。三爐退火材的平均硬度為226.5 HBS，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的小于250 HBS；底層的試樣平均硬度最低，為216.9 HBS，中層試樣平均硬度最高，為249 HBS，上層試樣平均硬度居中，為229 HBS。

2.2.2 爐溫情況

經(jīng)實際檢測，在保溫期結(jié)束時，鋼垛前、后端及中部的橫斷面上的溫度差小于±10 ℃，滿足了棒材熱處理工藝的要求。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 硬度不均勻性的分析

經(jīng)過前兩爐的試驗與工藝調(diào)整，將第三爐材料的硬度不均勻性控制在40 HBS左右。工件品質(zhì)等級除第一爐由于燒嘴原因出現(xiàn)過低現(xiàn)象外，后兩爐材料的硬度不均勻性基本滿足GB/T 16923-2008規(guī)定的4級或更高級別的要求。

實際生產(chǎn)中，鋼材熱處理時，材料堆垛較為緊密，裝爐量也較大。在加熱或保溫過程中，鋼材層間空間間隔較小，對流傳熱效果較差，堆垛中心位置的鋼材升溫緩慢，保溫時間相對較短，致使不同位置的鋼材升溫速度不均，造成中層鋼材的內(nèi)部組織與硬度同表面鋼材存在差異。特別是對于燃?xì)鉅t，由于燃?xì)獾臏囟雀哌_1 300 ℃以上，燒嘴處存在明火燒鋼現(xiàn)象。加熱溫度和保溫時間等不均是導(dǎo)致鋼材硬度不均勻的根本原因。

此次試驗中，裝爐量基本接近最大公稱容量。通過減少裝爐量、調(diào)整穩(wěn)定過程操作、保證各燒嘴燃燒能力相同等操作方法，可有效提高鋼材熱處理后的組織和硬度均勻性。

2.3.2 熱處理爐的不足與改進

(1)設(shè)計上未加設(shè)火道以保證爐溫均勻性，而是采用了在臺車上鋪設(shè)墊鐵的方式，為火焰燃燒提供噴射空間。但由于墊鐵及爐頂高度的限制，存在火焰直接噴吹加熱鋼材的現(xiàn)象，會出現(xiàn)鋼材組織和硬度的不均勻性，比如第一爐試驗由于控制不當(dāng)，導(dǎo)致鋼材硬度偏差較大。通過后兩爐試驗的控制，糾正了這一現(xiàn)象。

(2)燒嘴間距較遠。熱處理爐相鄰兩個燒嘴設(shè)計間距為90 cm，爐子兩側(cè)的燒嘴采用了交叉分布的設(shè)計方案保證加熱均勻。但是，由于在設(shè)計燒嘴時采用了較多閥體，如：手動旋塞閥、空燃比例調(diào)節(jié)閥、燒嘴控制器、燃?xì)怆姶砰y等，在長時間加熱燃燒過程中個別閥體會出現(xiàn)松動，導(dǎo)致空氣與燃?xì)饬髁堪l(fā)生變化，造成火焰發(fā)生變化。生產(chǎn)過程中需要操作員工及時關(guān)注，并不斷調(diào)整，方能保證各燒嘴良好的燃燒狀態(tài)與效果。

3 結(jié)束語

(1)淮鋼的兩座臺車式熱處理爐保溫效果好，爐膛內(nèi)溫度均勻性好，節(jié)省燃料，熱處理效率高；

(2)臺車式熱處理爐可完成多種工藝的熱處理作業(yè)，適用范圍廣，可為客戶提供多種交貨狀態(tài)的選擇，熱處理鋼材質(zhì)量等級可以達到國家標(biāo)準(zhǔn)或更高級別的要求，具備連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)的條件。

(3)高效、優(yōu)質(zhì)的熱處理提升了淮鋼產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，為提高淮鋼產(chǎn)品附加值，提升優(yōu)特鋼產(chǎn)品檔次及市場競爭力奠定了基礎(chǔ)，增加了企業(yè)效益。

2014-10-23

宋永琛(1972—)，男，工程碩士。電話：(0517)83851297

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