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热处理炉处理钢板下表面凹坑控制措施
  • 编辑:guanli
  • 时间:2018-08-08 11:01
  • 来源:未知
摘要:针对辐射管辊底式热处理炉处理钢板下表面凹坑缺陷加以分析, 对造成缺陷的炉底辊结瘤形成机理进行详细阐述, 提出相应的技术及管理改进措施, 使热处理钢板下表面凹坑缺陷得到有效控制。提出相应的技术及管理改进措施, 使热处理钢板下表面凹坑缺陷得到有效控制。
 
  0、前言:
 
  随着中国钢铁工业的快速发展, 热处理工艺在提升板材附加值方面的作用显得更加突出。国内各大钢厂为此均完善了热处理生产线, 且多采用辐射管加热的无氧化辊底式热处理炉。炉底辊在热处理炉中负责钢板输送, 长期在以工业煤气为燃料的850~980℃高温环境下运行, 钢板表面产生大量氧化铁皮并黏附在炉底辊表面, 正火钢板下表面在碾压作用下形成许多凹坑和辊印, 影响到正火钢板的表面质量, 导致大量钢板需要修磨或改判, 给企业造成严重经济损失。因此, 钢板表面质量控制成为热处理的工艺难点之一。
 
  1、热处炉概况:
 
  唐钢中厚板公司的1#热处理炉为氮气保护辐射管加热辊底式炉, 由北京神雾公司设计、制造, 用于钢板的正火、正火+回火、回火处理, 钢板的尺寸规格是 (5~120) mm× (900~3 300) mm× (3 000~18 000) mm, 加热温度为350~950℃, 温差±5℃, 主要设备参数见表1。
表1 热处理炉主要设备参数
  表1 热处理炉主要设备参数
 
  1#热处理炉自2009年投产以来, 炉底辊表面在生产中时常出现结瘤现象, 即炉底辊由于氧化和夹杂物黏附作用, 在表面形成瘤状凸起物。钢板在加热过程中通过结瘤炉底辊时, 由于自重作用造成下表面出现凹坑或最大深度达1 mm左右的辊印, 需要大面积修磨, 甚至报废, 这种现象在生产厚规格钢板时尤为严重。因此, 当炉底辊结瘤严重到一定程度时, 必须安排停炉进行辊面清理。每次停炉检修时间一般在7天左右, 需要投入大量人力和物力, 而且对热处理区域生产计划造成很大影响。炉底辊结瘤控制始终是热处理炉研究的一项重要课题。
 
  2 炉底辊结瘤的危害
 
  通过对炉底辊表面结瘤物及如图1所示的剥落结瘤物进行化验, 分析出结瘤物的化学成分, 详见表2。炉底辊表面存在堆积状氧化铁皮, 最厚的结瘤物由几十层氧化铁皮黏结而成, 厚度可达5 mm左右。进一步对结瘤物进行电子探针试验分析, 验证其成分主要为Fe O, 在结瘤物成分中占94.83%;金相检验分析发现结瘤物表层主要相为粒状磁铁矿和赤铁矿混合物, 详见图2。因此, 按照铁-氧系平衡图、钢板表面氧化膜结构和在高温条件下膜层之间电粒子扩散迁移成长机理, 推断炉底辊表面结瘤由局部小片氧化铁皮黏附并随着装炉量增大而带入炉内的氧化铁皮积累叠加产生, 在近乎热熔的柔软状态下发生高温氧化而逐步长大。在淬火或正火的高温状态下, 一方面黏结层状氧化铁皮经炉底辊反复碾压变得更加致密突起, 另一方面钢板表面软化, 大厚度钢板在自身重量作用下被压出辊印和凹坑, 如图3所示。
  图1 结瘤实物照片

  表2 结瘤物成分比例
图1 结瘤实物照片  表2 结瘤物成分比例
 
  图2 结瘤物显微结构 
  图3 钢板下表面凹坑

图3 钢板下表面凹坑
 
  从以上结瘤物分析结果可以看出, 被带入炉内的氧化铁皮以及炉内存在的氧化气氛是炉底辊表面产生结瘤的主要条件。
 
  3 炉底辊表面结瘤的主要原因
 
  3.1 氧化铁皮遗留
 
  钢板在下表面氧化铁皮经过抛丸机抛丸没有清除干净的情况下进行正火处理, 脱落的氧化铁皮受钢板自重碾压后集聚在炉底辊表面, 经过反复叠加, 在炉底辊表面形成结瘤。
 
  3.2 炉内生成二次氧化铁皮
 
  在热处理炉内氮气保护不充分、炉内残氧含量 的条件下, 钢板在炉内开始生成二次氧化铁皮, 且随着炉内残氧含量的增多, 炉内二次氧化铁皮的生长速度和厚度不断增加;当残氧含量>6 000×10-6时, 氮气的保护作用基本失效, 尤其厚规格正火板在炉时间长, 上下表面长时间氧化生成较厚的氧化层, 同时钢板自重较大, 很容易使下表面二次氧化铁皮黏结在炉底辊表面形成结瘤。
 
  3.3 高温黏结结瘤
 
  正火处理钢板时, 温度会发生偏离而超过目标加热温度。钢板强度在高温下显著降低, 尤其是普通正火钢板本身强度较低, 在炉内发生高温软化后, 下表面在自重的作用下与炉底辊黏合, 在移动过程中, 黏合处钢板下表面被撕裂, 撕扯下的钢板组织遗留在炉底辊表面形成结瘤, 见图4。
图4 未结瘤和结瘤炉底辊表面
  图4 未结瘤和结瘤炉底辊表面
 
 
  3.4 炉底辊表层损坏
 
  板型不好、存在叩头的钢板以及入炉前下表面修磨后凹凸不平的钢板在前行过程中均会对炉底辊表层造成破坏, 使得炉底辊更容易黏附氧化铁皮等异物。
 
  4 预防及控制措施
 
  4.1 改善抛丸效果
 
  通过调整抛丸机下表面抛丸器的抛射角度, 有效增加抛向钢板表面的丸粒数量;将抛丸钢板运行速度设定为2 m/min, 钢板表面单位面积在单位时间内接受丸粒的打击密度增加;淘汰原设计切丸, 选用粒度Φ1.6、硬度为HRC50的水淬钢丸;增加抛丸后在线刷辊或人工清扫, 弥补机械清扫和压缩空气吹扫存在的不足。通过以上方法, 抛丸质量有所好转, 等级达到Sa2.0。
 
  4.2 在线监控炉内气氛
 
  增设炉内微量氧在线分析仪, 随时监测炉膛内氧气含量。当发现炉内氧气含量突破临界值时, 立即关停设备, 进行对比检查并更换破损辐射管。通过在炉膛内设置2~4个监测点, 缩小检查范围, 提高了故障排查速度。当出现氧含量较高而辐射管燃烧情况正常时, 可增加入炉氮气流量, 清洗冲刷炉内气氛, 降低氧含量。另外, 还需要定期检查辐射管燃烧质量, 及时调整空燃比, 保证辐射管内燃烧均匀, 避免辐射管烧裂、烧穿, 延长辐射管使用寿命。
 
  4.3 钢板下面铺设板条与炉底辊隔离
 
  入炉前在钢板和炉底辊之间纵向摆放20 mm (厚) ×200 mm (宽) ×8 000~14 000 mm (长) 板条。如图5所示, 板条之间平行均匀码放, 板条数量根据钢板宽度而定, 保证钢板不与辊道接触, 待出炉冷却后利用天车将钢板吊离。前期经过多次试验, 钢板出炉后下表面凹坑情况得到有效控制, 板条可重复使用。目前该措施已广泛应用于生产实践, 极大地提高了板材的表面质量, 降低了劳动强度和物流压力。
 
  4.4 实施自然降温、通炉
 
  在停炉检查过程中, 发现大部分渣瘤已从辊面脱落, 少量黏附在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、物理性能和线膨胀系数不同所致, 疏松的结瘤物受到轻微地撞击就会脱落。当炉温自然降至500~550℃和350~400℃以后, 使用专门加工、下表面刻有“S”槽且较厚的专用冷钢板分两次快速循环进炉实施通炉, 对结瘤物进行撞击清理。
 
  4.5 实现正火、回火工艺交替生产
 
  自然降温后通炉的方法可以有效防止辊面结瘤物的形成, 但由于热处理炉的保温性非常好, 自然降温速度缓慢, 实施通炉后再升温生产, 使热处理炉生产效率受到影响。而回火处理时炉温偏低, 低温回火钢板表面强度较高, 可以达到冷钢板通炉效果, 提高热处理炉的生产效率, 相对降低辊面结瘤物对钢板下表面质量的影响, 这一点在实际生产中得到印证。因此, 在人工清除辊面结瘤物后, 先安排正火处理, 在同一工艺温度下先装入较厚钢板, 后装入较薄钢板, 当装炉量达到一定数量后, 降温进行回火处理, 生产2~3个班次后, 再升温进行正火处理。以上模式可以重复, 直到辊面结瘤情况恶化再安排停炉处理。
图5 热处理钢板下面板条铺设形式
  图5 热处理钢板下面板条铺设形式
 
  4.6 钢板入炉前板型控制
 
  为了保证炉底辊表面不被存在板型缺陷的钢板破坏, 必须在钢板入炉前对板型进行检查和控制。热处理钢板入炉板型标准一般要求头部下叩量≤15 mm, 超过该标准的钢板必须在入炉前经过压平机矫正。除头尾板型需要控制外, 钢板抛丸后下表面质量缺陷产生的不平度也必须加以管控, 否则入炉后也容易造成炉底辊表面损坏。因此, 有必要制定入炉钢板下表面质量标准, 包括修磨面积、修磨角度、修磨方向等具体要求, 确保钢板下表面的修磨质量和不平度合格。修磨量大的钢板必须经过皮带修磨机打磨。

  钢板抛丸机属于通过式抛丸清理机吸取国内外同类产品优点而设计制造的。除锈工部主机(抛丸清理)采用了悬臂离心式高效抛丸器。满幕帘式丸砂分离器;清扫工部采用特制高强度尼龙滚刷和高压风机二级清扫装置;预热和烘干工部采用多种加热方式;喷漆工部采用高压气喷涂方式。
 
  结构
 
  本机主要功能部件是清理室,室内输送辊道与进出料输送辊道、抛丸器、弹丸循环系统(含提升机、分离器、纵横螺旋输送器及弹丸回收机构和供丸管道)吹扫机构、除尘、电气控制等部件组成
 
  工作原理
 
  本机为辊道式连续送料的高功能抛丸清理设备,在清理过程中由电气控制的可调速输送辊道将钢结构件或钢材送进清理机室体内抛射区时,其周身各面受到来自不同坐标方位的强力密集弹丸打击与磨擦,使之其上的氧化皮、锈层及其污物迅速脱落,钢材表面就获得一定粗糙度的光洁表面,在清理室外两边进出口辊道装卸工件。落入钢材上面的弹丸与锈尘经吹扫装置吹扫,撒落下来的丸尘混合物由回收螺旋输送到室体漏斗、纵横向螺旋输送机汇集于提升机下部,再提升到机器上部的分离器里,分离后的纯净弹丸落入分离器料斗中内,供抛丸循环使用。抛丸清理中产生尘埃,由抽风管送向除尘系统,净化处理后的净气排放到大气中,颗粒状尘埃被捕捉收集。本文由抛丸机厂家整理
 
  5 结语
 
  炉底辊表面氧化铁皮的堆集、黏结以及钢板高温软化是导致钢板下表面产生撕裂性缺陷的主要原因。主要从防止氧化铁皮带入和二次氧化着手, 在钢板组织性能允许的情况下降低钢板的热处理温度;在控制炉底辊结瘤造成下表面凹坑缺陷方面, 通过在钢板下面铺设板条的方法避免钢板与炉底辊接触, 预防和减少由于两者接触而产生的下表面凹坑缺陷;同时在不同的温度状态下使用钢板通炉, 利用撞击和摩擦作用消除炉底辊表面结瘤。这些措施有效地控制了热处理钢板下表面缺陷, 降低了生产成本, 在同行业起到了示范效应。

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