常化爐爐底輥壓坑、劃傷、輥印的分析與改造

張保恒 張素軍 太鋼集團臨汾鋼鐵有限公司中板廠，山西 臨汾 041000

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張保恒 張素軍 太鋼集團臨汾鋼鐵有限公司中板廠，山西 臨汾 041000

通過臨鋼中板廠熱處理生產線1#常化爐爐底輥輥面結瘤對鋼板下表面形成的壓坑、劃傷、輥印缺陷進行分析，提出改造方案。

?；癄t；爐底輥；結瘤；壓坑；劃傷；輥??；改造

前言

山西省太鋼集團臨汾鋼鐵有限公司中板廠（以下簡稱：我廠）熱處理線1#?；癄t是由太鋼設計院設計，于2006年11月投產，主要用于對6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的（300、400系列）不銹鋼板、低合金結構板、壓力容器板、橋梁板等鋼板的熱處理。隨著公司技術開發(fā)的不斷推進，核電用鋼及DNV船板等高標準、高要求品種鋼板的逐步投料生產，客戶群體的不斷擴大（尤其是部分產品出口歐美等地），客戶對鋼板表面的質量要求也越來越高，因爐底輥引起的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷使得我廠鋼板進行反復加熱、拋丸、酸洗、修磨處理，甚至最終無法達到客戶要求被判廢或形成非計劃情況大幅增多，造成我廠熱處理線生產成本較大，品種鋼板的外觀質量不佳，產品供貨期延長，不能確保合同兌現率，給公司的生產經營帶來諸多不利影響。因此，我廠組織相關科室、作業(yè)區(qū)技術人員就鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷展開研究分析，并進行了爐底輥改造，取得了良好效果。

1、爐底輥改造前生產情況

我廠熱處理線1#常化爐為輥底式明火加熱爐，最高爐溫為1250℃，爐長70.5米，爐寬4.731米，爐底輥輥身基材為Cr25Ni20，輥子外徑為Φ350，輥子間距為500mm，輥子軸芯通水冷卻，單獨傳動，共142根，?；癄t分九段控制爐溫，使用熱值為7100KJ/Nm3的高焦混合煤氣，用于對6～80mm×1500～3000mm×3000～12000mm的鋼板進行正火、淬火、回火處理。投產運行半年后生產作業(yè)區(qū)便反應鋼板下表面出現爐底輥壓坑、劃傷、輥印缺陷，只是由于當時熱處理線產量較少，客戶對鋼板表面要求較低，我廠技術人員對產生壓坑、劃傷、輥印缺陷認識不足，所以沒有進行針對性研究，直至2009年開始生產核電用鋼、DNV船板時，由于鋼板下表面嚴重的壓坑、劃傷、輥印等缺陷，不符合客戶質量要求，鋼板無法按期交付，才開始真正引起重視。

我廠借鑒國內外各軋鋼廠多年來爐底輥的使用研究經驗，開始采取一系列改進措施。首先，在煤氣管道增加過濾裝置，提高高焦混合煤氣的質量，降低煤氣中灰分及焦油的含量，避免燒嘴及管道堵塞，提高爐內溫度的均勻性，減輕因加熱不均加劇輥面結瘤的情況；其次，每一到兩天降溫磨輥8小時，將爐溫將至500℃左右，用80mm～100mm×3200mm×8000mm的鋼板在爐內以1m/s的速度作往復運動，起到打磨爐底輥輥面結瘤的目的；再次，降低爐底輥傳動速度，由原來的0.2m/s、0.37m/s及0.5m/s分檔控制擺動速度改為0.05m/s～0.5m/s無級變頻調速控制，根據鋼板厚度及加熱工藝調整輥道速度，盡量使鋼板一次通過式加熱，減少鋼板與爐底輥的頻繁接觸；最后，縮短1#?；癄t高溫段爐底輥的檢修更換周期，每半年更換一次，達到降低爐底輥輥面結瘤的程度。通過以上一系列的措施后，厚度在12mm以下的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷明顯減少，但隨著板厚、板寬的增加，壓坑、劃傷、輥印面積及深度逐漸加大、加深，鋼板下表面缺陷特征再次出現。

2、壓坑、劃傷、輥印的形成

2.1 輥面結瘤的產生

我廠1#?；癄t爐內氣氛是氧化性的，爐氣中的氧與鋼板表面形成FeO及MnO，爐氣中的硫化物與FeO及MnO反應形成FeS及MnS，其中FeS的熔點為1190℃、FeS-Fe等晶體熔點為940℃，而MnO、MnS熔點則達到1785℃、1620℃，輥面結瘤是低熔點的共晶體黏結高溶點的MnO、MnS形成的，而硫化物與爐底輥中Ni元素反應形成熔點更低的NiS，嚴重侵蝕輥面，加劇結瘤黏附在輥身上的情況。

2.2 結瘤的特征

輥面結瘤以三種形式黏附在爐底輥上：

2.2.1 輕度的結瘤

爐底輥輥面輕附密集的金屬化合物，既薄且脆，用砂紙打磨即掉，這是結瘤的雛形其危害性不大，生產時間長時將會形成與輥面結合更牢固的大結瘤。

2.2.2 中度的結瘤

這種結瘤與爐底輥黏附比較緊密，未壓入爐底輥，但具有一定高度，一般可用電動手提砂輪機人工打磨掉，否則將使鋼板產生比較嚴重的壓坑、劃傷、輥印。

2.2.3 重度的結瘤

這種結瘤與爐底輥結合非常緊密，在爐底輥壓入一定的深度，而且在輥面上又具有一定高度，由于其非常堅硬，電動手提砂輪機很難打磨掉，用金屬工具砸掉則易在輥面留下凹坑，而且凹坑處極易再次產生結瘤，這種結瘤危害性極大，使鋼板產生非常嚴重的壓坑、劃傷、輥印，可能導致鋼板因修磨超深或修磨點數超標被判廢。

2.3 壓坑的形成

鋼板下表面壓坑是爐底輥輥面結瘤的反應之一，由于輥面結瘤具有一定的高度，且非常堅硬（其硬度在高溫狀態(tài)下高于鋼板表面硬度），加熱的鋼板局部與爐底輥結瘤形成點狀接觸，在鋼板自重作用下，形成規(guī)律性的凹坑，造成壓坑缺陷。

2.4 劃傷的形成

鋼板下表面劃傷是爐底輥輥面結瘤的反應之二，由于爐底輥彎曲、軸承座松動或減速機損壞等原因，造成爐底輥與鋼板產生相對滑動，鋼板在爐底輥上滑動的過程中使缺陷形貌由規(guī)律性的凹坑變?yōu)椴灰?guī)則的劃傷，造成劃傷缺陷。

2.5 輥印的形成

鋼板下表面輥印是爐底輥輥面結瘤的反應之三，由于生產的鋼板較厚，加熱時間較長，鋼板在爐內進行擺動式加熱，鋼板與爐底輥反復接觸，此過程中由于爐底輥線速度不同等原因，使缺陷形貌由劃傷變?yōu)榇竺娣e的輥印，造成輥印缺陷。

2.6 壓坑、劃傷、輥印與鋼種、規(guī)格的關系

不同的鋼種，如加熱溫度高、保溫時間長產生壓坑、劃傷、輥印的機會就大，反之則?。幌嗤匿摲N，鋼板越薄、越窄，其加熱保溫時間越短，不易產生壓坑、劃傷、輥印，反之則易。

3、爐底輥改造方案的提出

由于我廠熱處理線1#?；癄t黑材及白材交替生產，工況條件較差，爐底輥輥面結瘤比較嚴重，我廠經過技術人員及有關專家研討后，確定要徹底消除爐底輥壓坑、劃傷、輥印必須解決爐底輥輥面結瘤問題。通過一段時間的研究與實驗，抓住爐底輥不結瘤、耐高溫、承載大等技術難點，充分利用新產品、新技術、新材料，最終提出了采用石棉纖維輥身代替耐熱不銹鋼輥身的方式，對爐底輥進行了改造。

石棉纖維輥身以耐火石棉纖維為主材，添加少量氧化鋯纖維、耐熱鋼纖維、增強劑等新材料，制作成片狀（內徑為Φ215mm），再用壓力機加壓至18～20Mpa，將片狀纖維壓裝在輥芯上，壓裝后釋放輥身應力完成后，上機床將輥身外徑加工至Φ360mm，使輥身在1250℃高溫情況下，不與鋼板表面及爐氣中的硫化物等發(fā)生反應形成輥身結瘤，具有良好的耐高溫性能，而且能承載運轉，耐高速氣流、鋼板的沖擊等特點。爐底輥輥芯材質改為45#鋼，輥芯內徑為Φ120mm，輥芯外徑為Φ 215mm，兩側軸承及減速機安裝位置不變，輥芯通水冷卻，單輥最大承載能力為1.5噸。

4、爐底輥改造后的應用效果

本次改造采用先試用再到推廣應用的方式，在1#常化爐高溫段試用56根，能滿足2塊鋼板的生產，試用2個月后，我們再查看石棉纖維輥身，發(fā)現輥身表面有環(huán)向小裂紋，輥身直徑磨損至Φ 335mm，沒有發(fā)現輥身軸向裂紋及剝落情況，鋼板下表面爐底輥壓坑、劃傷、輥印缺陷徹底消除，使鋼板表面的Ⅰ組合格率達到100%。因此，我們認為石棉纖維爐底輥在我廠1#常化爐的應用是成功的。

5、結論

5.1爐底輥改造項目的成功，徹底解決了?；癄t爐底輥輥面結瘤對鋼板表面的壓坑、劃傷、輥印缺陷，避免了因爐底輥引起的鋼板下表面壓坑、劃傷、輥印缺陷使得我廠鋼板反復進行加熱、拋丸、酸洗、修磨處理，甚至最終無法達到客戶要求被判廢或形成非計劃情況的出現。大大降低了生產運行成本，極大地改善了鋼板表面質量，提高了生產效率，確保公司的合同兌現率，為實現公司的中厚板精品戰(zhàn)略目標提供有力保障，經濟及社會效益顯著。

5.2由于石棉纖維材料耐高溫，導熱系數小，具有良好的保溫性能，其表面溫度與爐內溫度一致，加熱鋼板更加均勻；此外，由于其隔熱性能好，散熱減少，因此，有效減少了燃氣消耗，降低了廢氣排放。

5.3爐底輥改造后輥身材質耐磨性能較差，2個月輥身直徑磨損25mm，使得爐底輥更換周期縮短，維修費用增高，輥身耐磨性能有待進一步提高，材質有待進一步改進。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.081