尚建雄

(沙鋼集團股份有限公司，江蘇 張家港 215625)

熱處理鋼板的輥印問題是行業(yè)難題，該問題長期困擾著熱處理質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)順行。而對于輻射管式熱處理連續(xù)爐，通常認為由于爐內(nèi)是無氧化氣氛，鋼板不會氧化，爐輥則不會結(jié)瘤，進而鋼板不會產(chǎn)生輥印。但是熱處理爐增加輻射管并非是控制輥印一勞永逸的舉措。

沙鋼集團股份有限公司現(xiàn)有熱處理爐4座，輥印主要出現(xiàn)在1#熱處理爐。該爐由德國LOI公司于2009年設(shè)計建造并投產(chǎn)，主要用于滿足淬火鋼板的生產(chǎn)需要。由于其他3臺熱處理爐無快冷裝置，熱處理車間的快冷板、淬火板均由1#爐來完成快冷，生產(chǎn)負荷較大。1#爐有效長度60 m，有效寬度4800 mm，可作為厚×寬×長為(6～150) mm×(900～4800) mm×(3000～25000) mm鋼板的淬火、回火和正火處理。1#淬火爐設(shè)置20個加熱區(qū)，上下各10個呈對稱分布，配置輻射管式燒嘴268套，最高加熱溫度1000 ℃，爐內(nèi)通N2保護，殘氧量控制在500 ppm以內(nèi)。

1 輥印的成因

1#熱處理爐運行一段時間后，生產(chǎn)鋼板出現(xiàn)輥印，出現(xiàn)頻次較高。產(chǎn)生輥印的鋼板需進行修磨，部分板由于修磨后厚度超標(biāo)而被判次，造成經(jīng)濟損失，且制約了生產(chǎn)順行和質(zhì)量提升。

通過分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過輻射管式連續(xù)爐熱處理的鋼板產(chǎn)生輥印的原因有兩個：一是鋼板入爐前表面的氧化皮拋丸不徹底，氧化皮在高溫狀態(tài)下與鋼板本體脫落，粘著在爐輥表面造成結(jié)瘤，進而鋼板產(chǎn)生輥?。欢怯捎谳椛涔荛L期運行，輻射管被故障燒嘴燒穿，造成助燃空氣和燃燒廢氣進入爐內(nèi)后形成氧化氣氛，鋼板在爐內(nèi)氧化后氧化皮脫落，從而造成結(jié)瘤。

2 輥印的控制

采取針對性的措施控制輥?。阂皇卿摪鍜佂栀|(zhì)量的確保，即鋼板入爐前表面的軋制氧化皮拋丸徹底；二是確保熱處理爐內(nèi)為無氧化氣氛，拋丸后的鋼板在爐內(nèi)不會出現(xiàn)二次氧化。

2.1 拋丸質(zhì)量的確保

沙鋼集團股份有限公司在淬火爐前安裝了兩套由德國Wheelabrator公司制造的拋丸機，專門用來去除熱軋鋼板的氧化鐵皮。并在拋丸機后增加了鋼板檢查臺架，拋丸后的鋼板無需翻板吊至檢查臺架即可檢查下表面，車間要求厚度≥50 mm的鋼板逐塊檢查表面質(zhì)量，其他厚度每五塊抽檢一塊。通常鋼板清理后的表面質(zhì)量要求：1)清潔等級為Sa2.5；2)粗糙度為25～40 μm；(3)灰塵等級應(yīng)為一級或二級[1]。

為了滿足拋丸質(zhì)量，需要做好以下三個方面的工作。1)充足的丸料。拋丸料充足與否直接決定了拋丸的質(zhì)量。Wheelabrator公司制造的拋丸機設(shè)置有丸料量電流監(jiān)控裝置，根據(jù)經(jīng)驗拋頭電流保持在50 A以上，拋丸效果良好。由于電流指針顯示不夠直觀，熱處理車間通過改造，電流顯示可在電腦操作畫面上監(jiān)控，防止電流較低而未能被及時發(fā)現(xiàn)的情況。2)適當(dāng)?shù)膾佂杷俣?。拋丸速度?～6 m/min范圍內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，不同鋼種的拋丸速度應(yīng)設(shè)置不同。P20、1.2311等合金模具鋼表面硬度通常在35 HRC以上，硬度高，應(yīng)低速拋丸。Ni系低溫調(diào)質(zhì)鋼由于氧化皮脫落量大[2]，拋丸時也應(yīng)選擇低速。同時針對厚板，氧化皮厚且在爐時間長，拋丸速度也應(yīng)該設(shè)置低速為宜。3)選擇合適的丸料尺寸。丸粒顆粒過小，清理面小，效率低；顆粒過大，則造成鋼板表面粗糙，而且降低了單位時間內(nèi)打到鋼板表面的丸粒密度，清理效果也不理想。根據(jù)經(jīng)驗一般選擇丸料直徑為φ0.8～φ1.8 mm的S390和S460混合使用，既保證了打擊力，又保證了打擊密度，使拋丸效果得以改善[3]。

2.2 爐內(nèi)氣氛的確保

按設(shè)計要求和生產(chǎn)經(jīng)驗，爐內(nèi)殘氧量≤500 ppm時，可保證拋丸徹底的鋼板在爐內(nèi)不被二次氧化[4]。1#爐內(nèi)有16個氮氣注入點，當(dāng)爐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(一般設(shè)定在20～40 Pa)會自動注入氮氣。入料爐門和出料爐門處安裝了氮氣幕，當(dāng)爐門打開時會自動注入氮氣，爐內(nèi)氧含量的具體值由兩臺氧氣分析儀測量監(jiān)控。

由于輻射管被故障燒嘴燒穿，導(dǎo)致助燃空氣、燃燒廢氣進入爐內(nèi)，造成氧含量升高是較難以處理的問題，也是本文要重點解決的問題。

2.2.1燒穿輻射管的定位

輻射管漏氣后，爐內(nèi)殘氧量飆升，鋼板入爐立即會被氧化，進而造成爐輥結(jié)瘤。前期燒穿輻射管的排查方法是將疑似漏氣的輻射管逐一從爐內(nèi)拉出檢查，有故障的更換，無故障的裝回，勞動強度大，安全風(fēng)險大，設(shè)備損傷也大。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗改進排查方法，由前期的停爐排查改為在線生產(chǎn)排查，實現(xiàn)了故障定位精確、排查徹底，對生產(chǎn)幾乎無影響且設(shè)備無損傷，安全可靠。

1)排查燒穿輻射管時的保障條件：熱處理爐處于正常生產(chǎn)狀態(tài)；殘氧分析儀正常工作；氮氣輸出處于正常供應(yīng)狀態(tài)；爐頂熱氮放散管道處于關(guān)閉的狀態(tài)；爐門關(guān)閉、壓緊狀態(tài)正常。

2)排查時的初始操作。排查時需要將操作畫面上所有的燒嘴輸出調(diào)零，即全部關(guān)閉。待殘氧量降至500 ppm以下后，開始點燃燒嘴，將某一區(qū)燒嘴輸出脈沖設(shè)置為100%，確保該區(qū)燒嘴全部處于燃燒狀態(tài)(無法正常燃燒的除外)。觀察殘氧分析儀變化情況，若殘氧量仍維持在500 ppm以內(nèi)，說明該區(qū)燒嘴完好，隨即排查下一區(qū)。注意：開啟一個區(qū)時，其他19個區(qū)禁止打開；此區(qū)未出結(jié)果，另一區(qū)禁止打開。

3)故障判斷的依據(jù)和故障區(qū)定位。在某一區(qū)燒嘴全開的狀態(tài)下，燃燒狀態(tài)需保持在3 min以上。根據(jù)經(jīng)驗，若殘氧量升高至1000 ppm以上，可判斷該區(qū)存在燒嘴漏氣的情況。

4)快速降低爐內(nèi)殘氧量的方法。故障區(qū)確定后，由于爐內(nèi)殘氧量升高，為了確保爐內(nèi)殘氧量快速降至500 ppm以內(nèi)，節(jié)省故障排查時間。此時需關(guān)閉所有燒嘴，在操作畫面上將爐內(nèi)氮氣輸出改為手動，確保瞬時流量達到1000 m3/h以上，待殘氧量降至500 ppm以內(nèi)后，再進行其他區(qū)的故障燒嘴排查。

5)定位故障區(qū)的燒穿輻射管。在確定某一區(qū)存在燒穿的輻射管后，其他19個區(qū)燒嘴處于關(guān)閉狀態(tài)。在操作畫面上，逐一打開該故障區(qū)的燒嘴，在一個輻射管是否漏氣沒有確認結(jié)束時，故障區(qū)其他燒嘴禁止打開。一個燒嘴開啟后，觀察殘氧量變化情況，若殘氧量仍維持在500 ppm以內(nèi)，說明輻射管完好。若燃燒狀態(tài)持續(xù)3 min以上，殘氧量升高至1000 ppm以上，則確認該輻射管漏氣(通常故障區(qū)確定后，為了節(jié)約時間，可以對該區(qū)燒嘴每5個為一組進行燃燒確認)。

通過以上方法，不管輻射管燒穿位置是在吊掛處還是在爐墻內(nèi)，均可準確精確排查定位。

2.2.2燒穿輻射管的處理

故障輻射管通常只有在停爐狀態(tài)下更換，燒穿輻射管定位后，為了不影響生產(chǎn)順行，需在操作畫面上將該燒嘴的“燃燒確認”的對話框更改為關(guān)閉狀態(tài)，同時在現(xiàn)場關(guān)閉該燒嘴的煤氣和空氣手閥，并將燒嘴控制器調(diào)整為就地模式，有電極冷卻風(fēng)管的，將該風(fēng)管拔掉。

2.3 故障燒嘴的及時發(fā)現(xiàn)與處理

輻射管燒穿由燒嘴故障引起，若燒嘴完好則輻射管完好，燒嘴破損則輻射管破損。由于煤氣、天然氣過量燃燒，燃燒室破損或燃燒室的出火孔未與燒嘴孔對齊伸出，陶瓷內(nèi)膽破損或長度不足和排煙不暢等造成。

針對以上問題，總結(jié)出燒嘴故障的判斷方法，通過該方法可及時發(fā)現(xiàn)故障燒嘴并處理，防止問題惡化。

1)“火焰顏色判斷法”。煤氣正常燃燒時的顏色是藍中帶黃或淡黃色，燒嘴燃燒如果顏色偏藍，則可判斷燃燒介質(zhì)過量，需及時調(diào)整空燃比。

2)“廢氣溫度檢測法”。燒嘴維護時，廢氣口的位置常出現(xiàn)噴火的情況，這種回火現(xiàn)象通常是由燃燒介質(zhì)過量引起，此種情況極易造成燒嘴換熱器及相關(guān)燃燒系統(tǒng)因溫度過高而被破壞，從而造成輻射管燒穿漏氣。因此，若輻射管被燒穿，燒穿部分通常位于爐墻內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗，廢氣溫度高于400 ℃時，需馬上調(diào)整空燃比以降低廢氣溫度。

3)“觀火孔觀察法”。通過在觀火孔處觀察，可以檢查燃燒室是否破損和燃燒室的噴嘴是否從出火孔伸出。破損的需馬上更換，未伸出的需將噴嘴伸出。若觀察陶瓷內(nèi)膽，則需拆除火焰槍觀察。若陶瓷內(nèi)膽破損，燒嘴需馬上關(guān)停，擇機更換內(nèi)膽以保護輻射管。

4)“介質(zhì)壓力判斷法”。每臺熱處理爐燒嘴的型號不盡相同，雖然主管道煤氣與空氣的壓力是一定的，但燒嘴型號不同則空燃比也不同。需對燒嘴的流量孔板尺寸做好測定以指導(dǎo)空燃比的調(diào)整，以確保燃燒介質(zhì)與助燃空氣配比適當(dāng)，使得燒嘴功率得以充分發(fā)揮，防止燃燒介質(zhì)過量對設(shè)備本體造成損壞，節(jié)約能源。

2.4 高溫水蒸氣造成結(jié)瘤

水進入爐內(nèi)后會呈高溫水蒸氣狀態(tài)存在，由于殘氧分析儀無法檢測出水蒸氣含量，而殘氧量顯示仍正常。若不及時排出，水蒸氣在高溫狀態(tài)下會迅速與鋼板發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成Fe3O4(化學(xué)式3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑)[5]，造成輥面結(jié)瘤，使鋼板產(chǎn)生輥印，此種現(xiàn)象較容易被忽視。

熱處理爐進水通常有三種情況。1)爐門漏水。爐門在長時運行后，容易出現(xiàn)漏點。漏水后需馬上停止進鋼，止住出水點。出水點止住后，需將爐門打開安排烘爐，將爐內(nèi)水蒸氣完全排出后方可生產(chǎn)。2)快冷水倒流入爐?？炖溲b置通常距離爐門1 m左右，且均設(shè)置有防水入爐的氣封、壓輥等裝置。在氣封壓力不足、輥縫設(shè)置偏差或水壓反向沖擊時，冷卻水即會進入爐內(nèi)。此時需采取針對性措施，以防止此種問題的發(fā)生。3)停爐后空氣中的水分入爐。熱處理爐停爐一段時間后，由于空氣中的水分會進入爐內(nèi)耐材中，再次點爐升溫時需要烘爐將耐材內(nèi)的水分排出，方可生產(chǎn)。烘爐溫度通常設(shè)置150、300、600和900 ℃四個梯度，并根據(jù)爐子的尺寸確定烘爐時間的長短。通常情況下，烘爐時需將爐門打開。

3 結(jié)論

1)控制輻射管式熱處理爐鋼板輥印，首先要控制拋丸質(zhì)量，拋丸后的鋼板下表面質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)不可缺少。

2)控制鋼板輥印，爐內(nèi)的氣氛控制是重點。這其中難度最大且問題頻出的是輻射管燒穿問題。采用在線生產(chǎn)排查方法，排查出燒穿的輻射管后及時關(guān)閉燒嘴，可實現(xiàn)6個月以上無鋼板輥印缺陷。

3)爐內(nèi)有水分會造成爐輥結(jié)瘤，而殘氧分析儀又無法檢測反饋。存在的爐門漏水、快冷水入爐和停爐后耐材中進水等問題，生產(chǎn)過程中不可忽視。