輥底爐爐輥結瘤現象及輥印控制

1、前言

輥底式連續熱處理爐適用于鋼板、鋼管、型鋼和線材的退火、正火、高溫回火及淬火等熱處理工藝。由于輥底式爐處理的鋼材質量好，產量高、成本1氐，同時實現了機械化和自動化操作，比間斷式生產的熱處理爐具有明顯的優越性，因此得到廣泛地應用。

當前在輥底式熱處理爐生產過程中普遍反應因爐底輥結瘤，導致鋼板下表面出現輥印，造成鋼板大面積修磨，甚至因此而致廢，嚴重影響產品表面質量。因此，爐輥的結瘤問題已經嚴重影響正常生產，也一直困擾著工業爐公司及鋼鐵生產企業。

2、結癌現象機理分析

針對輥底爐常見的爐輥結瘤現象，有部分生產廠家對此現象進行了分析研究。

1998年武鋼軋板廠熱處理車間2#輥底爐熱處理調質的厚鋼板下表面首次發現輥印，如圖1所示。分析認為，爐輥表面顯微組織為奧氏體，在晶界分布有碳化物，未見晶間浸蝕及裂紋。故2#熱處理爐爐輥在長期的高溫條件下輥面并未損壞，從而排除了爐底輥浸蝕形成凹凸不平輥面而產生輥印的可能。

通過對爐底輥表面及剝離下來的大量結瘤物觀察發現，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，最厚的結瘤物由約100多層氧化鐵皮粘結而成，如圖2。因此認為爐底輥表面結瘤是由于鋼板帶入的氧化鐵皮積累疊加，并在近乎熱熔的柔軟狀態下發生高溫氧化而逐步增大的。在高溫狀態下，粘結層狀氧化鐵皮和爐底輥黏附碾壓更加緊密突起。同時在高溫狀態下鋼板表面軟化，較厚鋼板在自身重量下壓出輥印。

對結瘤成因的分析認為產生爐底輥表面結瘤，一是有外來氧化鐵皮帶人爐內，二是爐內氣氛波動所致。熱軋后的鋼板無論如何處理，始終存在表面氧化鐵皮，即使經過拋丸處理，也不能完全消除表面氧化鐵皮。隨著裝爐鋼板裝爐，氧化鐵皮不斷帶入爐內。通常鋼板表面的氧化鐵皮從外到里Fe203，Fe304，FeO三層，經過拋丸處理能夠將最外層的氧化鐵皮除去，但內層的FeO難以除干凈，這也從結瘤物中FeO達到95％得到驗證。

爐內氣氛對于結瘤有很大影響，由于助燃空氣是通入輻射管內的，在輻射管金屬外管完好時，其良好的密封性保證了助燃空氣不可能進入爐膛內。然而在長期高溫下燃燒的輻射管，由于使用的原因，有可能產生裂紋甚至燒穿，就會使助燃空氣從裂縫或穿孔部位進入爐膛內部而造成氧化氣氛，停爐檢查驗證了這一判斷。

綜上所述，爐輥結瘤主要是由于鋼板自身帶入或在爐內形成的氧化鐵皮粘結到爐輥上受壓逐漸積累而成。

3、輥印控制

3.1爐子操作

各生產廠家在出現上述爐輥結瘤問題后，為了避免更大的經濟損失，都從爐子操作環節進行了改進和控制。

首先提高鋼板拋丸質量，減少氧化鐵皮的帶入。一方面適當地提高拋丸機拋丸強度，提高鋼板表面質量；另一方面，丸料的質量極大地影響拋丸效果，因此，選用硬度和粒度適中的丸?？杀ＷC清理效果。并通過合理安排裝爐工藝來減緩爐輥節瘤時間。

武鋼還增加2#熱處理爐內氣氛在線監測裝置。使爐內氣氛處于受控狀態。一旦發現爐內氧氣含量突破臨界值時，立即關停對比檢查并更換破損輻射管。該監測設備遠行三年來效果很好，有效地指導了平時破損輻射管的更換工作，其間四次停爐檢修時在爐內未發現一根破損輻射管。

在一定的溫度下采取厚鋼板或專用拖爐板與爐輥不斷摩擦可在一定程度上消除部分結瘤，可以保證在不停爐檢修的情況下繼續生產，從而提高熱處理爐的作業率。

3，2爐輥材質和制造工藝

國內外相關研究機構認為，爐輥結瘤與爐輥材質有很大關系，結瘤受到爐輥材料和氧化鐵皮在高溫下的相溶性、爐輥表面硬度、抗氧化性、光潔度等的影響。

目前用到的爐輥材質主要有Cr25Ni35、Cr24Ni7NRe、Cr25Ni20、Cr28Ni48W5等，其從使用效果來看都難以避免結瘤現象。為此，國內外各相關爐輥制造廠家采用不同的方法來提高爐輥在高溫下的綜合性能，有針對性的提出一些改善措施，以期望延緩結瘤的時間，減少停爐檢修次數，避免鋼板劃傷報廢等重大損失。

目前國內有廠家開發出堆焊復合爐輥，其采用自制的多種元素(主要包括鋁、氮)復合的焊絲，利用埋弧焊在鑄造基體上堆焊一層復合金屬，從而提高爐輥使用壽命，起到抗結瘤的效果。其成本是原有爐輥造價的1.3倍，目前主要用于舊爐輥的回收改造再利用，利舊后的造價為原有爐輥的60％，修復后使用壽命據稱16-18個月。該爐輥相對于噴涂復合爐輥其焊接材料和基體之間的結合更牢固，但其焊接存在高溫下兩種材料膨脹系數不一致出現裂紋的可能性。

另外一些廠家針對不銹鋼熱處理爐爐輥結瘤粘鋼嚴重問題進行了開發。其在常規奧氏體鋼中添加了C、Al、Si、Nb、Mo、W、Zr B、稀土等元素，同時在鑄造完畢后，進行了高溫固溶和時效熱處理。其樣品顯示新開發的材料相對傳統耐熱鋼具有較好的抗高溫氧化性，現場測試的室溫下洛氏硬度達到48HRc，均比傳統耐熱鋼要優異，測試報告顯示試樣的抗拉、抗高溫氧似性能得到提升。

國外研究人員針對爐輥結瘤現象也提出了相關解決方案，其研制出復合爐輥。即在爐輥表面采用傳統奧氏體耐熱鋼中添加了C、Al、Si、Mo、W、Mn、B、Nb和co等元素，提高了材料的硬度、抗氧化性以及與氧化鐵皮的不相溶性。但該材料脆性較大，在中厚板等沖擊性較大的熱處理爐止需要復合使用，以避免爐輥斷裂現象。

4、結論

輥底式熱處理爐爐輥結瘤嚴重影響生產，其主要原因是由于鋼板下表面帶入和在爐內高溫氧化形成的氧化鐵皮與爐輥材料之間的相溶性較好，在鋼板的重壓下逐漸粘附積累而成。減少輥印的方法主要是從爐子操作和爐輥材質及制造工藝兩個方面著手，采用綜合性措施能夠延長爐輥壽命，延緩結瘤時間，但目前未見有完壘根除該現象的永久性措施。