减少辊底式热处理炉辊面结瘤的措施

许亚军

摘 要：文章分析了中厚板辊底式热处理炉辊面结瘤产生的原因，得出炉底辊结瘤主要是氧化铁皮所引起的，通过采取改善控炉内气氛、自然降温实施通炉和改善抛丸效果等一系列措施，有效地控制了爐底辊结瘤的产生，满足生产需求。

关键词：辊底式热处理炉；辊面结瘤；氧化铁皮；辊印

前言

随着国内钢铁行业的快速发展，对通过热处理工艺提升钢板附加值的竞争尤为突出。国内各大钢厂都建有自己独立的热处理车间，大都采用辐射管加热的无氧化辊底式热处理炉。热处理炉炉底辊长期在以工业煤气为燃料的高温（850℃～980℃）环境下，起着转动输送钢板的作用，会产生大量氧化铁皮粘附在炉底辊上，对正火钢板下表面造成摁压，使下表面形成很多凹坑，形成辊印。严重影响到正火钢板的表面质量，这就需要现场工人不定期的进行砂辊，这样不但造成了炉底辊的损伤，也加大了职工的工作量，减少了生产时间。

1 概况

安钢第二轧钢厂热处理炉是由引进国外技术设计、制造的一座氮气保护辐射管加热辊底式炉，用于6mm～100mm×1600mm～3250mm×6000mm～12500mm钢板的正火、正火+回火、回火处理，加热温度为450℃～980℃，温差±5℃，主要设备参数见表1。

表1 热处理炉主要设备参数

自2009年投产以来，在生产中时常发生炉底辊表面形成的结瘤，导致厚钢板下表面产生辊印（最大深度达1mm左右）而需大面积修磨，甚至报废，尤其在生产厚规格钢板更为严重。

2 结瘤形成的原因及分析

通过对炉底辊表面及剥落下来的大量结瘤物观察发现，炉底辊表面呈堆积状的氧化铁皮，最厚的结瘤物由几十层氧化铁皮粘沾而成，厚度可达5mm左右，根据有关部门检验分析，发现其主要成分为FeO、Fe2O3、Fe3O4。按照铁——氧系平衡图和钢板表面氧化膜层的结构，结合生产实际可以推断，炉底辊表面结瘤形成的原因：首先是辊面局部粘附小片氧化铁皮，随着装炉量的增加，带入炉内的氧化铁皮也在增加，使辊面氧化铁皮积累叠加，并在近乎热熔状态下发生高温氧化，使辊面渣溜逐步增大。在正火高温状态下，辊面粘附的层状氧化铁皮在钢板的碾压下，一层一层叠加，变得越来越厚实，较厚钢板通过时被其自身重量在下表面产生辊印。观察出炉后钢板成品辊印情况，容易出现辊印钢板厚度在25mm以上，炉温850℃以上。

2.1 抛丸效果不佳造成钢板下表面氧化铁皮被带入炉内是结瘤形成的主要原因

热处理炉配套的抛丸机采用钢板移动式抛丸，因受拖动辊影响，钢板下表面的氧化铁皮不能完全去除，由于工艺设计部完善，没有配套的下表面检查设备，吸附在钢板下表面的氧化铁皮不易发现。另外，抛丸机原设计的机械清扫和风扫也存在缺陷，使抛丸后的氧化铁皮经磁吸上料不能完全去除，随钢板带入炉内。

2.2 炉内残氧含量太高，炉内钢板二次氧化为主要因素

炉内加热是通过煤气和助燃空气混合，在辐射管内燃烧以热辐射方式进行加热的。炉膛内充满氮气且为正压，因此炉内氧气来源一是可能来自进出炉门开启时进入的空气，但炉门开启时会有氮气自动吹扫，空气由此进入的可能性极小；二是人孔口密闭不严造成空气进入，但人孔口垫有密封条由螺栓紧固，且外围打有密封胶，由此进入的可能性也为极小；三是由于煤气质量等影响，辐射管长期在高温下燃烧，其陶瓷内管质量和使用寿命等原因破碎、断裂，造成外管直接面对火焰产生裂纹甚至断裂，使助燃空气从裂缝处进入炉膛内部造成的氧化气氛。停炉检查也验证了此为主要因素。

2.3 高温正火情况下，更易形成结瘤

通过检修进炉可以看出，正火工艺停炉后结瘤严重；低温回火工艺后停炉后，炉底辊基本没有结瘤情况。

3 减少与控制辊面结瘤采用的措施

3.1 改善抛丸效果

一是通过改善下表面抛丸器抛射角度，有效增加更多丸粒抛向钢板表面；二是将抛丸钢板运行速度设定为2m/min，钢板表面单位面积上在单位时间内接受丸粒的打击密度就能增加；三是淘汰原设计使用的钢丝切丸，选用粒度直径Φ1.6、硬度为HRC50的水淬式钢丸。另外，增加抛丸后在线刷辊或人工清扫来弥补原设计的机械清扫和风扫存在的缺陷。通过以上方法抛丸质量有所好转，等级可达到Sa2.0。

3.2 在线监控炉内气氛，发现波动及时处理

增设炉内微量氧在线分析仪，随时监测炉膛内氧气含量，当发现炉内氧气含量突破临界值时，立即关停，进行对比检查并更换破损辐射管。通过在炉膛内设置2～4个监测点，缩小了检查范围，提高了排除故障的速度。当出现氧含量较高但辐射管燃烧正常时，可增加入炉氮气流量，清洗冲刷炉内气氛，降低氧含量。另外，还需定期检查辐射管燃烧质量，及时调整空煤比，保障辐射管内燃烧均匀，避免烧裂、烧穿辐射管，延长辐射管寿命。

但如何更为迅速准确检查判断破损辐射管，或有效地实施辐射管负压状态下工作，避免空气进入炉膛内，还需进一步实验和探索。

3.3 合理配置自然降温实施通炉

在自然降温以进行停炉检查的过程中，发现大部分渣溜已从辊面脱落，少量粘附于辊面的结瘤物也已变得疏松。这是由于炉底辊与结瘤物的材质完全不同，二者的物理性能和线膨胀系数不同所致。疏松的结瘤物受到轻微的撞击，就会脱落。采用在炉温自然降至500℃～550℃和350℃～400℃，分两次使用冷钢板连续快速循环进炉实施通炉，对结渣物进行撞击，最好的通炉应该是专门定做加工的下表面刻有“S”槽的专用较厚钢板。

3.4 优化热处理生产工艺，实现正火、回火工艺交替生产

以往的措施表明，采用自然降温实施通炉，可以有效防止辊面结瘤物的形成，但由于热处理炉的保温性非常好，自然降温速度缓慢，实施通炉后，再提温生产，热处理炉生产效率受到影响。而回火生产炉温低，由于低温回火钢板表面强度较高，可以起到冷钢板通炉效果，提高热处理炉生产效率，使辊面结瘤物对钢板下表面质量的影响相对小，这一点在实际生产中得到了印证。因此，在人工进炉消除辊面结瘤物后，先进行正火生产，在同一工艺温度下先装较厚钢板，再装薄钢板，当装炉量达到一定数量后，降温进行回火生产2～3个班后，提温再进行正火生产。以上模式可以重复，直到辊面结瘤恶化，安排停炉处理。

4 效果分析

4.1 有效减少与控制炉底辊结瘤的形成

4.2 钢板表面质量得到提升，异议质量未见发生

4.3 延长炉底辊使用寿命

在不停炉情况下消除了结瘤，减少了热处理由于升降温造成炉底辊冷热膨胀次数，延长使用寿命。

5 结束语

采取上述措施后，有效地减少了钢板辊印的产生，2014年（1～9月份）年与2012年、2013年比较，热处理炉生产效率得到了提升；同时减少了辊印修磨量，降低了工人的劳动强度。但是，要彻底解决热处理炉的结瘤问题，还有待于新型炉底辊和辐射管的研制，以及对抛丸机的改造。

参考文献

[1]樊东黎.热处理技术数据手册[M].北京：机械工业出版社，2003：14-18.

[2]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册[M].第三版.北京：机械工业出版社，2001：30-32.

[3]李东晖.中厚板辊底式热处理炉炉辊辊面结瘤分析与对策[J].轧钢，2005，22（4）：57-59.