正火爐簡(jiǎn)介

正火熱處理是提高鋼板韌性的重要工藝手段。它的特點(diǎn)是將鋼板加熱到鐵素體- 奧氏體相變的上臨界點(diǎn)以上約30℃ ~ 50℃ 或更高溫度, 使鋼奧氏體化, 并且保溫均勻化后, 在自由的大氣中冷卻。常規(guī)的正火熱處理工藝, 正火后空冷, 鐵素體晶粒仍然會(huì)長(zhǎng)大, 導(dǎo)致鋼板的強(qiáng)度較低。如果在正火后采用可控的冷卻速度, 就可以降低相變溫度, 控制相變類型, 細(xì)化相變組織, 也可抑制微合金元素的碳氮化物長(zhǎng)大, 使其低溫彌散析出, 從而提高鋼材的強(qiáng)度, 保持鋼材韌性不降低。從成分設(shè)計(jì)的角度, 在保證力學(xué)性能相同的條件下, 可以降低鋼中的碳或合金元素的含量, 從而改善鋼材的可焊接性。為此, 相關(guān)研究者或生產(chǎn)廠已經(jīng)對(duì)?；鋮s設(shè)備和工藝進(jìn)行了探索性的研究和開(kāi)發(fā), 并取得了一定的使用效果。

正火爐后控制冷卻系統(tǒng)(NCC - N orma lizing Contro lled Cooling)。NCC 系統(tǒng)設(shè)置在輥底式正火爐后, 中厚鋼板加熱出爐后經(jīng)NCC 系統(tǒng)進(jìn)行控制冷卻, 將鋼板快速降溫到相變溫度, 然后上冷床冷卻。有的也在NCC 設(shè)備后加設(shè)矯直機(jī) 。

正火爐優(yōu)點(diǎn)

1、使用方便，適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境；

2、爐膛內(nèi)升溫迅速且各段溫度均勻；

3、爐體大修期保證五年以上，且爐門(mén)、燒嘴等易損部件維修方便。

正火爐缺點(diǎn)

1、設(shè)備耗油量大，效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重；

2、由推鋼軌道等引起的故障多，維修困難，影響了生產(chǎn)；

3、自動(dòng)化控制程度低，廢品率高，一般在12%左右。

影響正火爐系統(tǒng)工作的主要因素有:爐子的溫度制度，燃料的種類，空氣和煤氣預(yù)熱的方式，被加熱金屬的種類，金屬的裝入和出爐方式，自動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇，爐體選用的材質(zhì)等。

改造后的正火爐的爐溫分為三區(qū)，其中工件由推鋼機(jī)推入爐膛一區(qū)——加熱區(qū)，有兩側(cè)墻上下錯(cuò)列布置的四只燒嘴，軌道由耐火磚砌成的拱支承，使工件可雙面加熱，再向前是二區(qū)和三區(qū)——恒溫區(qū)，在兩側(cè)墻同高度錯(cuò)列布置四個(gè)燒嘴。八只燒嘴均采用低壓渦流燒嘴，一區(qū)和二區(qū)之間設(shè)有間隔梁，在爐子前后頂部配有兩臺(tái)復(fù)合式金屬換熱器。兩側(cè)爐墻，爐底均采用磚砌結(jié)構(gòu)，爐頂用耐火纖維氈制成，采用一臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)同時(shí)供給助燃風(fēng)和用于排煙的引射風(fēng)。在煤氣總管，空氣總管上設(shè)有調(diào)節(jié)閥和流量孔板，在引射風(fēng)總管上也設(shè)有調(diào)節(jié)閥，同時(shí)配備了一套先進(jìn)的微機(jī)控制系統(tǒng)，顯示儀表以及保護(hù)設(shè)備等 。

NCC系統(tǒng)設(shè)備主要包括高位水箱、水量分配器、霧冷卻區(qū)冷卻噴頭、快冷區(qū)、主冷區(qū)、精調(diào)區(qū)的高密度集管、供氣管路、側(cè)噴裝置、前后氣吹掃裝置、鋼結(jié)構(gòu)支架等。系統(tǒng)的部分構(gòu)成：冷卻水由高位水箱及其管路( 或增壓裝置)供應(yīng)到NCC 裝置中高密度集管和噴霧冷卻器, 對(duì)鋼板冷卻后, 冷卻水匯集至回水地溝內(nèi), 再回流到水處理系統(tǒng)。水處理系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾冷卻處理后, 供給高位水箱, 形成回 路。

正火爐高位水箱及連接管路

在車(chē)間廠房外設(shè)置高位水箱, 通過(guò)管路與車(chē)間內(nèi)水量分配器相連接, 向車(chē)間內(nèi)提供冷卻用水。高位水箱底面距地面的高度為13m, 容積約為260m3, 高位水箱上表面設(shè)有通氣孔, 保證了高位水箱向水量分配器供水的穩(wěn)壓、穩(wěn)流、穩(wěn)量、排氣。設(shè)置高位水箱, 可以在保證冷卻系統(tǒng)大用水需求的同時(shí), 減少水處理系統(tǒng)的供水能力, 節(jié)省投資和降低生產(chǎn)能耗。

高位水箱管路系統(tǒng)設(shè)來(lái)水(供水) 管、出水(給控冷設(shè)備供水)管、溢流管和排污管。溢流管, 保證來(lái)水的多余水溢流后, 回到水處理系統(tǒng),保證系統(tǒng)安全運(yùn)行; 高位水箱出水管給車(chē)間內(nèi)水量分配器供水, 管路上配制手動(dòng)蝶閥用于調(diào)試及檢修; 高位水箱底部排污管路并配制2 個(gè)排污閥, 為排污和檢修使用。

正火爐水量分配器及連接管路

水量分配器的主要作用是將高位水箱的冷卻用水均勻分配到各組冷卻集管。水量分配器布置于高密度集管對(duì)應(yīng)的正火爐出口輥道旁。

水量分配器有多根入水管, 以穩(wěn)定供水壓力和減少水壓不均。該裝置主要由鋼結(jié)構(gòu)支撐立柱和公稱通徑DN2000 的螺旋管加焊端部封頭組成; 設(shè)置人孔、排污孔、排氣孔,用于水量分配器清污和檢修。水量分配器有多根出水管分別給各冷卻器供水, 管路上設(shè)置有水流量的計(jì)量?jī)x表, 各冷卻器的流量可以單獨(dú)調(diào)節(jié), 并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定控制, 確保鋼板冷卻均勻, 防止鋼板發(fā)生翹曲。

正火爐高密度層流集管

高密度層流集管用于中厚規(guī)格正火鋼板出爐時(shí)的控制冷卻。集管采用U 形管層流形式, 其構(gòu)造簡(jiǎn)單, 易于形成穩(wěn)定的水流狀態(tài)。上集管位于出爐輥道的上方的鋼結(jié)構(gòu)支架上, 下集管位于出爐輥道兩兩輥道之間的下方的鋼結(jié)構(gòu)支架上。

1) 上高密度集管由水箱、入水管和U 形管組成。該高密度集管通過(guò)入水管上開(kāi)孔的合理設(shè)計(jì), 可使集管橫向上水壓均勻, 從而保證U 形管的水流均勻。改變U 形管?chē)姽艿臋M向間距或噴管直徑可以得到曲線型的橫向水量分布, 通過(guò)U 形管橫向位置上的交叉配置, 保證鋼板橫向冷卻均勻性。

2)下高密度集管布置在2個(gè)輥?zhàn)又g, 由水箱、入口水管和圓管?chē)姽芙M成, 4或5排管采用交叉布置, 提高鋼板橫向冷卻的均勻性; 噴管有一定傾角, 擴(kuò)大鋼板下表面的冷卻水沖擊區(qū), 提高了對(duì)鋼板下表面的冷卻能力。

正火爐噴霧冷卻器

噴霧冷卻器主要用于對(duì)正火后的薄鋼板進(jìn)行冷卻。噴霧冷卻器由入水管、外箱體、進(jìn)氣管、內(nèi)箱體和專用霧化噴嘴組成, 采取鋼板上、下表面對(duì)稱冷卻方式, 上噴霧冷卻器位于出爐輥道的上方的升降臺(tái)架上, 可跟隨壓緊防水輥一起升降, 根據(jù)鋼板厚度不同調(diào)整上冷卻器與鋼板的距離, 以保證合理的水量分布; 下噴霧冷卻器位于出爐輥道兩兩輥道之間下方的鋼結(jié)構(gòu)支架上。

通過(guò)霧化噴嘴的合理布置, 噴嘴霧化顆粒細(xì)小、彌散, 面分布均勻。通過(guò)霧化噴嘴的橫向間距分布設(shè)計(jì)、以及合理交叉配置, 保證鋼板橫向的均勻冷卻。

正火爐吹掃裝置

在冷卻區(qū)入口端和出口端分別安裝1 組氣吹掃裝置, 目的是限定冷卻區(qū), 防止鋼板表面殘留水對(duì)鋼板的不均勻冷卻, 保證冷卻區(qū)入口測(cè)溫儀的測(cè)溫精度, 前氣吹掃還防止冷卻水回流影響爐子壽命。

正火爐側(cè)噴裝置

在冷卻區(qū)內(nèi)設(shè)置若干組中壓水側(cè)吹噴嘴, 根據(jù)冷卻區(qū)的長(zhǎng)度分散布置。主要作用是清掃鋼板表面熱水, 提高水的冷卻效果, 同時(shí)防止鋼板表面殘留水對(duì)鋼板的不均勻冷卻, 控制冷卻板形。

正火爐供氣管路及調(diào)節(jié)閥門(mén)

給氣霧冷卻器供氣, 并對(duì)氣壓和氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。上設(shè)手動(dòng)蝶閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥和過(guò)濾器等, 保證供氣壓力和流量達(dá)到工藝設(shè)定值。

正火爐鋼結(jié)構(gòu)框架

鋼結(jié)構(gòu)框架包括固定框架和移動(dòng)框架。固定框架固定在設(shè)備基礎(chǔ)上, 由H 型鋼結(jié)構(gòu)支撐立柱、H型鋼平臺(tái)、斜梯、可拆卸走臺(tái)、安全攔桿等組成, 用于承載高密度上集管和高密度下集管、下氣霧噴頭、上部控制閥組和檢修平臺(tái)。移動(dòng)框架通過(guò)升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與固定框架連接, 用于對(duì)噴霧冷卻上噴頭和前吹掃裝置的提升 。

NCC控制冷卻系統(tǒng)的工作流程如下, 鋼板加熱出爐后, NCC 系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)根據(jù)鋼種、鋼板的規(guī)格(厚度、寬度、長(zhǎng)度)及鋼板溫度, 自動(dòng)設(shè)定冷卻工藝參數(shù)(水量、輥道速度、集管開(kāi)啟組數(shù)等)。鋼板將進(jìn)入NCC 系統(tǒng)時(shí), 開(kāi)啟前氣吹掃,防止冷卻水回流入爐, 隨鋼板前進(jìn)依次開(kāi)啟集管; 鋼板出NCC系統(tǒng)時(shí), 開(kāi)啟后氣吹掃, 清理鋼板表面的殘留冷卻水, 并逐漸關(guān)閉冷卻器, 直到鋼板完全離開(kāi)NCC 冷卻區(qū)。鋼板冷卻可以采用連續(xù)通過(guò)式, 當(dāng)鋼板較厚時(shí)也可以在NCC系統(tǒng)控冷區(qū)域內(nèi)進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)冷卻。

當(dāng)鋼板頭部通過(guò)安裝在入口位置的測(cè)溫儀時(shí), 控制冷卻系統(tǒng)過(guò)程計(jì)算機(jī)根據(jù)所測(cè)得的鋼板開(kāi)冷溫度以及正火爐二級(jí)服務(wù)器傳來(lái)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)定計(jì)算, 鋼板出控冷系統(tǒng)后經(jīng)過(guò)安裝在出口位置以及稍后位置的測(cè)溫儀后, 過(guò)程計(jì)算機(jī)將記錄下該鋼板的冷卻水量、鋼板速度、開(kāi)啟模式、終冷溫度、返紅溫度等實(shí)測(cè)值, 并根據(jù)這些實(shí)測(cè)值進(jìn)行模型自學(xué)習(xí); 自學(xué)習(xí)后的模型系數(shù)將用于同規(guī)格、同鋼種的下一塊鋼的設(shè)定計(jì)算 。

鋼板正火后經(jīng)控冷系統(tǒng)處理, 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度得到提高, 同時(shí)塑性和韌性保持不變或略微下降。例如鐵素體珠光體類型鋼Q 345E 經(jīng)過(guò)?；乩浜蟮牧W(xué)性能與普通正火工藝對(duì)比, 鋼的屈服強(qiáng)度提高30~ 50MPa、抗拉強(qiáng)度提高20~35MPa, 韌性、塑性略有下降, 綜合性能得到提高,這為降低正火鋼板合金含量提供了有利條件。

低碳貝氏體類型的Q460E 級(jí)鋼板, 經(jīng)過(guò)常化控冷以后, 屈服強(qiáng)度達(dá)到420~ 460MPa, 抗拉強(qiáng)度達(dá)到570~ 620MPa, 屈強(qiáng)比在0. 7~ 0. 75,延伸率25% ~ 30%, Z向斷面收縮率40% ~ 60%。該系統(tǒng)應(yīng)用于舞陽(yáng)鋼鐵有限公司4200 軋鋼廠熱處理線, 利用該系統(tǒng)生產(chǎn)110mm 的鋼板已經(jīng)成功應(yīng)用于北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”工程。

在某中板廠, 采用普通正火進(jìn)行熱處理時(shí)產(chǎn)品合格率約為82% ~ 88% , 控制冷卻系統(tǒng)投產(chǎn)后產(chǎn)品合格率提高到96% 以上。

正火爐后控制冷卻系統(tǒng)對(duì)于提高中厚板的性能, 提高產(chǎn)品檔次具有重要的意義, 具有廣闊的應(yīng)用前景, 可生產(chǎn)船板鋼、容器鋼、橋梁鋼、鍋爐鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、建筑結(jié)構(gòu)用鋼板、造船及海上平臺(tái)用鋼板等 。

溫度870-920℃，出爐空冷。