提高中厚板淬火爐出爐溫度命中率的實踐研究

王立堅 王坤 閆智平

摘 要：某公司淬火爐因燃氣種類變化對燃燒系統進行了改造，改造后出爐溫度命中率波動較大，嚴重影響了產品性能的穩定性。通過對出爐溫度命中率主要影響因素的分析，從點火電極的陽極與陰極之間距離變化、UV探頭失效分析及內外溫差導致燒嘴損壞三個方面提出了解決方案，實現了出爐溫度命中率的大幅提升。

關鍵詞：出爐溫度命中率；燒嘴；UV探頭

PRACTICE STUDY ON THE IMPROVEMENT OF THE MEDIUM THICK PLATE QUENCHING FURNACE HEATING TEMPERATURE HIT RATE

Wang Lijian? ? Wang Kun? ? Yan Zhiping

（Shougang Jingtang Iron & Steel Joint Co.， Ltd.? ? Tangshan? ? 063200，China）

Abstract：The combustion system of a company quenching furnace is transformed according to the change in the gas type， the large fluctuation of heating temperature hit rate was found after transforming， seriously affect the stability of product performance. In this paper， through analysis of the main factors that influence heating temperature hit rate，the solutions are put forward from three aspects： distance change between the anode and cathode of ignition electrode，failure analysis for UV detector and burner damage caused by temperature difference between inside and outside， realized that the hit rate of heating temperature increase greatly.

Key words： heating temperature hit rate; burner; UV detector

0? ? 前? ? 言

某公司為了大力推進綠色循環經濟、節約生產成本，對現有中厚板淬火爐進行改造，充分利用自產高爐、轉爐煤氣以替代商采天然氣，混合煤氣噸鋼燃料成本比天然氣要低70元左右，但是燃氣熱值由8 000 kcal/Nm3降低至2 200 kcal/Nm3。改造時為了盡可能控制投資，按照物盡其用的原則，淬火爐所有設備均進行了計算校核以便盡可能的利舊，尤其是燃燒系統在詳細計算設備能力后，最大限度地進行了修配改以適應燃料的變化?；旌厦簹鉄嶂祪H有天然氣的1/4，為了保證供熱量不變，混合煤氣燃氣流量要為天然氣4倍，相應的煤氣管道及閥門直徑要增加為原來的2倍，因此與煤氣相關的管道、閥門全部換新、燒嘴的煤氣部件換新、燒嘴空氣部分利舊、燃氣閥門由電磁閥改為氣動閥，其他如鼓風機、引風機、燒嘴本體及控制系統、電氣自動化控制系統全部利舊，最終燃燒系統由新舊兩種設備重新結合后一起運行。

淬火爐改造完成投產后隨著產量的增加，逐漸暴露出燒嘴故障率較多，導致鋼板的出爐溫度偏低，影響熱處理鋼板性能穩定性。如880 ℃正火工藝，鋼板出爐溫度要求在±10 ℃以內，即最低870 ℃，最高890 ℃。實際生產過程中，出爐溫度均壓下線，在870～875℃之間，部分出爐溫度低于870 ℃。加熱溫度不足時，奧氏體轉變不充分，熱處理后組織不均勻，得到混晶組織，存在性能隱患。而正火的主要目的是統一組織、細化組織，改善鋼的性能，使鋼板整體性能均勻[1]。為了對整體熱處理工藝執行情況進行把控，引入了鋼板出爐溫度命中率概念，出爐溫度命中率定義：加熱溫度命中塊數（按±10℃）占總生產塊數的比例。

對淬火爐2022年3-7月份出爐溫度命中率進行統計分析（如圖1），可以看出3-7月出爐溫度命中率處于94.3% ～ 96.5%之間，平均95.46%，該期間鋼板性能不合格率為0.5%。以某合同的DH36為例，厚度60 ～ 80 mm，該鋼板的拉伸下屈服強度標準為不低于355 MPa，熱處理工藝設定出爐溫度880 ℃，當實際出爐溫度在870 ℃以下時，部分鋼板的下屈服強度在346 MPa左右，或者剛過線在365 MPa左右，富余量不多，870 ℃以下的性能不合格率為5%。性能不合的鋼板需要重新生產，增加了成本，延長了交貨時間。因此提高鋼板的出爐溫度命中率，穩定鋼板的性能，是熱處理生產中亟需解決的問題。

1? ? 淬火爐出爐溫度命中率的主要影響因素

利用“魚骨圖”（如圖2）篩選出影響淬火爐出爐溫度命中率的三個主要因素[2]。

1）點火電極陽極與陰極被燒損后，兩者間距離容易變化，導致燒嘴點火失敗。

2）UV探頭容易被灰塵污染報假信號，同時燒嘴線路板易被燒損導致燒嘴故障。

3）燒嘴內外溫差導致在點火電極根部產生冷凝水，導致燒嘴故障，影響電極壽命。

2? ? 主要因素的影響分析及改善對策

1）點火電極的陽極與陰極之間距離。

燒嘴點火電極類似于火花塞（如圖3a、3b），通高壓電后點火電極與燒嘴頭部的陰極產生電弧引燃燃氣，點火電極與陰極距離須在1.5～

3 mm之間，距離過近則電弧短，與燃氣接觸面積小或者未接觸，無法引燃燃氣，導致燒嘴報警。距離過大則無法產生電弧，無法引燃燃氣，導致燒嘴報警。由于燒嘴頭部溫度較高，點火電極和陰極經過長時間使用之后容易燒損，導致引弧距離發生變化。該原因導致的報警占總報警數量的61%。因此陽極與陰極之間距離要固定可控，陰極應當采用耐高溫材質，同時引弧面積要大。

首先試驗將報廢的點火電極切短后焊接在風盤上作為陰極（如圖4a），因為點火電極一般都采用進口的專用線材，材質較好。只要長度合適，焊接的位置距離點火電極3 mm，這樣可以保證兩者之間的引弧距離不變，經過試驗發現點火電極往風盤上焊接時難度較大，焊接以后在使用過程中也容易脫落，壽命不長，試驗失敗。

經過與燒嘴制造廠反復的咨詢交流，首先將風盤的材質進行提升，從原來的Cr25Ni35提升為Cr28Ni48。同時在針式引弧棒增加梅花狀引弧盤（如圖4b），這樣可以增加引弧面積，將引弧接觸面由線線接觸改為線面接觸，材質為Cr28Ni48，更加耐高溫，使用壽命延長。梅花狀引弧盤可以保證點火電極與陰極距離在1.5～ 3 mm之間，即使點火電極有彎曲變形，影響也較小。經試驗之后效果較好，已經開始批量更換。

2）UV探頭失靈。

燒嘴UV探頭（如圖5a）用于監視燒嘴的工作狀態，其設備形式是一種紫外線光電管，燒嘴燃燒時火焰發出紫外線，紫外線照射到UV探頭上產生電信號，電信號越強說明火焰越強，燒嘴工作狀態越好。實際工作中UV探頭總是報假信號，燒嘴正常燃燒時，報警反饋火焰熄滅。檢查發現是UV探頭的防護玻璃污損導致紫外線無法穿過，造成UV探頭報警。防護玻璃安裝在銅管中，銅管和防護玻璃之間無法形成緊配合有縫隙，燒嘴內部壓力較高，氣體回流導致UV探頭被灰塵污染，影響其工作靈敏度。并且回流氣體溫度較高，易將UV探頭線路板（如圖5b）燒損。

為了避免熱氣外泄，我們在UV探頭保護套前部增加了一根冷卻風管[3]（如圖6a）對熱風進行封堵。由于銅管和防護玻璃之間漏風，導致部分冷卻風泄露，而冷卻風也攜帶少量的灰塵，長時間后也會將防護玻璃和UV探頭遮住，報假信號，試驗效果不理想。針對漏風的問題，我們采用密封膠沿防護玻璃涂抹一圈（如圖6b），因為燒嘴內部溫度較高，密封膠在短時間內老化脫落。如果操作不當密封膠也會將防護玻璃遮住，產生反作用。

第一次試驗失敗之后，認真分析原因，UV探頭冷卻風是有必要加的，從根本上還是需要解決防護玻璃漏風的問題，經過多方考察咨詢，我們找到了一種一體式的UV探頭保護套（圖7a、7b），防護玻璃直接固定在連接頭上且有密封裝置，保證其不漏風。同時連接頭較短，玻璃粘附有灰塵后容易擦拭。安裝方便。一體式的UV探頭保護套不漏風在防護玻璃處的壓力較高，而燒嘴內部的壓力相對較低，因此UV探頭冷卻風只能向燒嘴內部壓力較低的方向運動，灰塵也隨著風向運動，從而避免了冷卻風灰塵污染鏡片。經過近一個月的試驗后，效果不錯，開始批量推廣。

3）燒嘴內外溫度差。

由于燒嘴內外溫差較大，尤其是在秋冬季節晝夜溫差較大時，點火電極和UV探頭處容易形成冷凝水，冷凝水一是將點火電極腐蝕，影響其使用壽命。二是會造成點火高壓電短路將點火電極的絕緣頭打壞，影響絕緣效果，有安全隱患，三是影響點火，點火不成功，部分煤氣未經過燃燒就從燒嘴排出造成能源的浪費。

將燒嘴冷卻風引至點火電極根部（如圖8a）對其進行吹風，由于燒嘴冷卻風是環境溫度，同時將燒嘴內的熱空氣吹走，使其無法向點火電極根部返熱，這樣點火電極處的內外溫度差消失，冷凝水也隨之消失。冷卻風對點火電極起到冷卻作用延長其使用壽命。同時將UV探頭的冷卻風與點火電極的冷卻風同時考慮，重新設計了路由及連接形式（如圖9b），整體上更加簡潔大方。

3? ? 改善效果

1）出爐溫度命中率顯著提高。

通過采取以上措施，淬火爐的燒嘴工作狀態明顯好轉，故障數量由30個左右降低至10個左右，燒嘴投入率由原來的88%提升到了95%左右，出爐溫度命中率顯著提高（如圖9），逐漸穩定在98.5%以上，2023年1-5月份的平均值為99.22%，3月份最高時達到了99.48%。鋼板的性能穩定，整體不合格情況大大降低，在月均生產

1 538塊鋼板的情況下，每月最多有2塊左右性能不合，不合格率為0.13%，連續數月性能不合量為零，極大地降低了鋼板性能隱患。

2）金相組織更加均勻。

熱處理后金相組織檢測，正火后鋼板組織完全實現了奧氏體化、晶粒度更加均勻（如圖10），確保了鋼板的熱處理效果。

3）熱處理整板性能均勻性提高。

熱處理正火后屈服強度同板差≤15 MPa，抗拉強度同板差≤10 MPa。

參考文獻

[1]? ? 邵正偉.中厚板熱處理工藝與設備發展趨勢[J].軋鋼，2006（4）：37-39.

[2]? ? 袁濤，陶齊印，姚雪飛.中厚板熱處理裝備技術概況[J].熱處理技術與裝備，2009，30（2）：59-61.

[3]? ? 胡于華.中厚板熱處理生產線工藝設備配置探討[J].南方金屬，2010（4）：1-4.