常化炉炉底辊压坑、划伤、辊印的分析与改造

张保恒 张素军 太钢集团临汾钢铁有限公司中板厂，山西 临汾 041000

常化炉炉底辊压坑、划伤、辊印的分析与改造

张保恒 张素军 太钢集团临汾钢铁有限公司中板厂，山西 临汾 041000

通过临钢中板厂热处理生产线1#常化炉炉底辊辊面结瘤对钢板下表面形成的压坑、划伤、辊印缺陷进行分析，提出改造方案。

常化炉；炉底辊；结瘤；压坑；划伤；辊印；改造

前言

山西省太钢集团临汾钢铁有限公司中板厂（以下简称：我厂）热处理线1#常化炉是由太钢设计院设计，于2006年11月投产，主要用于对6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的（300、400系列）不锈钢板、低合金结构板、压力容器板、桥梁板等钢板的热处理。随着公司技术开发的不断推进，核电用钢及DNV船板等高标准、高要求品种钢板的逐步投料生产，客户群体的不断扩大（尤其是部分产品出口欧美等地），客户对钢板表面的质量要求也越来越高，因炉底辊引起的钢板下表面压坑、划伤、辊印缺陷使得我厂钢板进行反复加热、抛丸、酸洗、修磨处理，甚至最终无法达到客户要求被判废或形成非计划情况大幅增多，造成我厂热处理线生产成本较大，品种钢板的外观质量不佳，产品供货期延长，不能确保合同兑现率，给公司的生产经营带来诸多不利影响。因此，我厂组织相关科室、作业区技术人员就钢板下表面压坑、划伤、辊印缺陷展开研究分析，并进行了炉底辊改造，取得了良好效果。

1、炉底辊改造前生产情况

我厂热处理线1#常化炉为辊底式明火加热炉，最高炉温为1250℃，炉长70.5米，炉宽4.731米，炉底辊辊身基材为Cr25Ni20，辊子外径为Φ350，辊子间距为500mm，辊子轴芯通水冷却，单独传动，共142根，常化炉分九段控制炉温，使用热值为7100KJ/Nm3的高焦混合煤气，用于对6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的钢板进行正火、淬火、回火处理。投产运行半年后生产作业区便反应钢板下表面出现炉底辊压坑、划伤、辊印缺陷，只是由于当时热处理线产量较少，客户对钢板表面要求较低，我厂技术人员对产生压坑、划伤、辊印缺陷认识不足，所以没有进行针对性研究，直至2009年开始生产核电用钢、DNV船板时，由于钢板下表面严重的压坑、划伤、辊印等缺陷，不符合客户质量要求，钢板无法按期交付，才开始真正引起重视。

我厂借鉴国内外各轧钢厂多年来炉底辊的使用研究经验，开始采取一系列改进措施。首先，在煤气管道增加过滤装置，提高高焦混合煤气的质量，降低煤气中灰分及焦油的含量，避免烧嘴及管道堵塞，提高炉内温度的均匀性，减轻因加热不均加剧辊面结瘤的情况；其次，每一到两天降温磨辊8小时，将炉温将至500℃左右，用80mm～100mm×3200mm×8000mm的钢板在炉内以1m/s的速度作往复运动，起到打磨炉底辊辊面结瘤的目的；再次，降低炉底辊传动速度，由原来的0.2m/s、0.37m/s及0.5m/s分档控制摆动速度改为0.05m/s～0.5m/s无级变频调速控制，根据钢板厚度及加热工艺调整辊道速度，尽量使钢板一次通过式加热，减少钢板与炉底辊的频繁接触；最后，缩短1#常化炉高温段炉底辊的检修更换周期，每半年更换一次，达到降低炉底辊辊面结瘤的程度。通过以上一系列的措施后，厚度在12mm以下的钢板下表面压坑、划伤、辊印缺陷明显减少，但随着板厚、板宽的增加，压坑、划伤、辊印面积及深度逐渐加大、加深，钢板下表面缺陷特征再次出现。

2、压坑、划伤、辊印的形成

2.1 辊面结瘤的产生

我厂1#常化炉炉内气氛是氧化性的，炉气中的氧与钢板表面形成FeO及MnO，炉气中的硫化物与FeO及MnO反应形成FeS及MnS，其中FeS的熔点为1190℃、FeS-Fe等晶体熔点为940℃，而MnO、MnS熔点则达到1785℃、1620℃，辊面结瘤是低熔点的共晶体黏结高溶点的MnO、MnS形成的，而硫化物与炉底辊中Ni元素反应形成熔点更低的NiS，严重侵蚀辊面，加剧结瘤黏附在辊身上的情况。

2.2 结瘤的特征

辊面结瘤以三种形式黏附在炉底辊上：

2.2.1 轻度的结瘤

炉底辊辊面轻附密集的金属化合物，既薄且脆，用砂纸打磨即掉，这是结瘤的雏形其危害性不大，生产时间长时将会形成与辊面结合更牢固的大结瘤。

2.2.2 中度的结瘤

这种结瘤与炉底辊黏附比较紧密，未压入炉底辊，但具有一定高度，一般可用电动手提砂轮机人工打磨掉，否则将使钢板产生比较严重的压坑、划伤、辊印。

2.2.3 重度的结瘤

这种结瘤与炉底辊结合非常紧密，在炉底辊压入一定的深度，而且在辊面上又具有一定高度，由于其非常坚硬，电动手提砂轮机很难打磨掉，用金属工具砸掉则易在辊面留下凹坑，而且凹坑处极易再次产生结瘤，这种结瘤危害性极大，使钢板产生非常严重的压坑、划伤、辊印，可能导致钢板因修磨超深或修磨点数超标被判废。

2.3 压坑的形成

钢板下表面压坑是炉底辊辊面结瘤的反应之一，由于辊面结瘤具有一定的高度，且非常坚硬（其硬度在高温状态下高于钢板表面硬度），加热的钢板局部与炉底辊结瘤形成点状接触，在钢板自重作用下，形成规律性的凹坑，造成压坑缺陷。

2.4 划伤的形成

钢板下表面划伤是炉底辊辊面结瘤的反应之二，由于炉底辊弯曲、轴承座松动或减速机损坏等原因，造成炉底辊与钢板产生相对滑动，钢板在炉底辊上滑动的过程中使缺陷形貌由规律性的凹坑变为不规则的划伤，造成划伤缺陷。

2.5 辊印的形成

钢板下表面辊印是炉底辊辊面结瘤的反应之三，由于生产的钢板较厚，加热时间较长，钢板在炉内进行摆动式加热，钢板与炉底辊反复接触，此过程中由于炉底辊线速度不同等原因，使缺陷形貌由划伤变为大面积的辊印，造成辊印缺陷。

2.6 压坑、划伤、辊印与钢种、规格的关系

不同的钢种，如加热温度高、保温时间长产生压坑、划伤、辊印的机会就大，反之则小；相同的钢种，钢板越薄、越窄，其加热保温时间越短，不易产生压坑、划伤、辊印，反之则易。

3、炉底辊改造方案的提出

由于我厂热处理线1#常化炉黑材及白材交替生产，工况条件较差，炉底辊辊面结瘤比较严重，我厂经过技术人员及有关专家研讨后，确定要彻底消除炉底辊压坑、划伤、辊印必须解决炉底辊辊面结瘤问题。通过一段时间的研究与实验，抓住炉底辊不结瘤、耐高温、承载大等技术难点，充分利用新产品、新技术、新材料，最终提出了采用石棉纤维辊身代替耐热不锈钢辊身的方式，对炉底辊进行了改造。

石棉纤维辊身以耐火石棉纤维为主材，添加少量氧化锆纤维、耐热钢纤维、增强剂等新材料，制作成片状（内径为Φ215mm），再用压力机加压至18～20Mpa，将片状纤维压装在辊芯上，压装后释放辊身应力完成后，上机床将辊身外径加工至Φ360mm，使辊身在1250℃高温情况下，不与钢板表面及炉气中的硫化物等发生反应形成辊身结瘤，具有良好的耐高温性能，而且能承载运转，耐高速气流、钢板的冲击等特点。炉底辊辊芯材质改为45#钢，辊芯内径为Φ120mm，辊芯外径为Φ 215mm，两侧轴承及减速机安装位置不变，辊芯通水冷却，单辊最大承载能力为1.5吨。

4、炉底辊改造后的应用效果

本次改造采用先试用再到推广应用的方式，在1#常化炉高温段试用56根，能满足2块钢板的生产，试用2个月后，我们再查看石棉纤维辊身，发现辊身表面有环向小裂纹，辊身直径磨损至Φ 335mm，没有发现辊身轴向裂纹及剥落情况，钢板下表面炉底辊压坑、划伤、辊印缺陷彻底消除，使钢板表面的Ⅰ组合格率达到100%。因此，我们认为石棉纤维炉底辊在我厂1#常化炉的应用是成功的。

5、结论

5.1炉底辊改造项目的成功，彻底解决了常化炉炉底辊辊面结瘤对钢板表面的压坑、划伤、辊印缺陷，避免了因炉底辊引起的钢板下表面压坑、划伤、辊印缺陷使得我厂钢板反复进行加热、抛丸、酸洗、修磨处理，甚至最终无法达到客户要求被判废或形成非计划情况的出现。大大降低了生产运行成本，极大地改善了钢板表面质量，提高了生产效率，确保公司的合同兑现率，为实现公司的中厚板精品战略目标提供有力保障，经济及社会效益显著。

5.2由于石棉纤维材料耐高温，导热系数小，具有良好的保温性能，其表面温度与炉内温度一致，加热钢板更加均匀；此外，由于其隔热性能好，散热减少，因此，有效减少了燃气消耗，降低了废气排放。

5.3炉底辊改造后辊身材质耐磨性能较差，2个月辊身直径磨损25mm，使得炉底辊更换周期缩短，维修费用增高，辊身耐磨性能有待进一步提高，材质有待进一步改进。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.081