淮鋼臺車式熱處理爐特性與熱處理質量控制*

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)

淮鋼臺車式熱處理爐特性與熱處理質量控制*

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參數及特點，指出了熱處理過程的各項質量控制要點。

臺車式熱處理爐； Krom-schroder 燃燒系統； 退火； 質量控制

引 言

鋼材的熱處理對于鋼鐵材料的性能至關重要。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。對于鋼鐵企業而言，成品鋼材的退火是非常重要的環節，是生產中常用的預備熱處理工藝，可以提供不同交貨狀態的成品，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。包括再結晶退火、去應力和去氫退火等。

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2座80 t臺車式熱處理爐(以下簡稱“臺車爐”)。淮鋼現有2座80型搗固型焦爐，其副產品焦爐煤氣是較好的燃料。2座臺車爐以此焦爐煤氣作為燃料，配備先進的德國Krom-schroder 燃燒系統，使得焦爐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 臺車爐的結構

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

1.爐門；2.爐殼；3.臺車；4.空氣、燃氣管道；5.換熱器；6.煙囪

1.2 臺車爐的有關技術參數

2座臺車爐的有關技術參數如表1所示。

1.3 臺車爐的技術特點

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

表1 臺車爐的技術參數

(2)采用德國進口Krom-schroder 燃燒系統：燃燒系統配置亞高速沖量式燒嘴、手動旋塞閥、空燃比例調節閥、燒嘴控制器、燃氣電磁閥等控制元件，與助燃風機、壓力開關等形成閉合的控制系統。此燃燒系統通過空燃比例調節閥連接到空氣管路上的導壓管接收空氣壓力調節信號，從而實現閥后燃氣出口壓力和空氣控制壓力的恒定比例。通過調節空氣閥門改變空氣控制壓力，空燃比例調節閥相應自動改變燃氣壓力來調節燒嘴的功率。另外，此空燃比例調節閥的壓力補償膜片可實現零壓切斷。亞高速沖量式燒嘴具有自動點火、火焰監測、熄火報警、燃氣快速安全切斷和大、小火脈沖和攪拌爐氣功能。燃氣空氣分管路系統圖如圖2所示。

(3)安全防護系統：由于2座臺車爐位于淮鋼焦爐煤氣管網的終端，其節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生回火現象而導致安全事故，在管網接入點后設置了過濾器、切斷閥、穩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 燃氣空氣分管路系統圖

(4)大、小火脈沖式燃燒：對爐膛內的燒嘴進行分區布置，結合溫度檢測數據和熱處理工藝制度要求，對區域內的燒嘴依次進行大、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的溫度場不均勻性，提高了生產效率，減少了燃料消耗和廢氣排放。

(5)全纖維爐襯：爐體外設置型鋼、鋼板、地腳板、爐頂型鋼及鋼板，焊接成一個整體式鋼結構，牢固可靠。爐襯采用50 mm厚纖維氈+250 mm厚預壓制纖維模塊，構成高節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 ℃，能有效預防爐子高溫收縮成縫，可比全耐火材料砌筑的爐子節能30%以上。

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

(7)高溫煙氣經由高效換熱器將助燃空氣預熱到250～300 ℃，其溫度降低至200 ℃以下經煙囪外排。

2 熱處理質量控制檢驗與分析

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，品種規格齊全。火車高速彈條60Si2CrVAT彈簧鋼軋制后具有較高的硬度，一般交貨狀態為去應力退火狀態。

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；

試驗設備：2#臺車爐；

試驗數量：共試驗3爐，每爐裝爐量約為70 t。

2.2 試驗結果

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，其平均硬度測試結果如表2所示。

表2 鋼材硬度(HBS)統計表

備注：試驗第一爐后發現，12#燒嘴附近的鋼材硬度明顯偏低，硬度為180～190HB，因此后續兩爐在達到保溫溫度后將12#燒嘴改為手動調整方式，人為降低此區域溫度5～6 ℃。

從表2可以看出，爐內鋼材硬度存在明顯分布不均勻現象，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(如第一爐數據)。三爐退火材的平均硬度為226.5 HBS，符合標準要求的小于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

經實際檢測，在保溫期結束時，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 結果分析

2.3.1 硬度不均勻性的分析

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

實際生產中，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，造成中層鋼材的內部組織與硬度同表面鋼材存在差異。特別是對于燃氣爐，由于燃氣的溫度高達1 300 ℃以上，燒嘴處存在明火燒鋼現象。加熱溫度和保溫時間等不均是導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、調整穩定過程操作、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)設計上未加設火道以保證爐溫均勻性，而是采用了在臺車上鋪設墊鐵的方式，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象，會出現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，導致鋼材硬度偏差較大。通過后兩爐試驗的控制，糾正了這一現象。

(2)燒嘴間距較遠。熱處理爐相鄰兩個燒嘴設計間距為90 cm，爐子兩側的燒嘴采用了交叉分布的設計方案保證加熱均勻。但是，由于在設計燒嘴時采用了較多閥體，如：手動旋塞閥、空燃比例調節閥、燒嘴控制器、燃氣電磁閥等，在長時間加熱燃燒過程中個別閥體會出現松動，導致空氣與燃氣流量發生變化，造成火焰發生變化。生產過程中需要操作員工及時關注，并不斷調整，方能保證各燒嘴良好的燃燒狀態與效果。

3 結束語

(1)淮鋼的兩座臺車式熱處理爐保溫效果好，爐膛內溫度均勻性好，節省燃料，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，適用范圍廣，可為客戶提供多種交貨狀態的選擇，熱處理鋼材質量等級可以達到國家標準或更高級別的要求，具備連續工業化生產的條件。

(3)高效、優質的熱處理提升了淮鋼產品的內在質量，為提高淮鋼產品附加值，提升優特鋼產品檔次及市場競爭力奠定了基礎，增加了企業效益。

2014-10-23

宋永琛(1972—)，男，工程碩士。電話：(0517)83851297

TG115.1