測(cè)定爐溫均勻性，優(yōu)化軸承鋼加熱工藝

王劉艷 馬忠存 李 彬

(北滿特殊鋼集團(tuán)技術(shù)中心，黑龍江 161041)

測(cè)定爐溫均勻性，優(yōu)化軸承鋼加熱工藝

王劉艷 馬忠存 李 彬

(北滿特殊鋼集團(tuán)技術(shù)中心，黑龍江 161041)

通過(guò)對(duì)步進(jìn)式加熱爐爐溫進(jìn)行均勻性測(cè)試分析鑄坯各點(diǎn)溫度與爐氣溫度差值，優(yōu)化加熱工藝參數(shù)，達(dá)到提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的目的。

步進(jìn)式加熱爐;爐溫;軸承鋼;加熱工藝

軸承鋼在工作中要承受強(qiáng)沖擊和交變載荷，因此對(duì)軸承鋼的化學(xué)成分均勻性、非金屬夾雜物含量和分布、碳化物分布等要求都十分嚴(yán)格。北滿特鋼北興公司通過(guò)對(duì)步進(jìn)式加熱爐爐溫均勻性的測(cè)定，優(yōu)化軸承鋼加熱工藝制度，以達(dá)到改善軸承鋼碳化物形態(tài)，提高軸承鋼產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)鋼種

使用高碳鉻軸承鋼GCr15作為試驗(yàn)鋼種。

1.2 試驗(yàn)鋼坯及測(cè)點(diǎn)定位

鋼坯尺寸:5 305 mm×280 mm×250 mm(長(zhǎng)×寬×高)，各測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1、圖2。

1.3 測(cè)溫?zé)犭娕?/p>

溫度測(cè)量采用K型熱電偶，精度為1級(jí)。

1.4 溫度記錄

圖1 溫度測(cè)試點(diǎn)在測(cè)試截面的位置Figure 1 Distribution of temperature test spots on section

圖2 黑匣子溫度測(cè)試截面Figure 2 Temperature test section of black box

各點(diǎn)溫度每20 s記錄一次。

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 非軋機(jī)側(cè)各點(diǎn)升溫情況

非軋機(jī)側(cè)鑄坯各點(diǎn)升溫速度不同，下表面最快、上表面其次、中心最慢。在爐時(shí)間約120 min后鑄坯位置溫度相同。

非軋機(jī)側(cè)升溫初期鑄坯各點(diǎn)升溫速度與在爐時(shí)間成線性正比關(guān)系。

非軋機(jī)側(cè)在爐時(shí)間110 min后，上爐氣溫度與下表面溫度相同;在爐時(shí)間120 min后，上爐氣溫度與鑄坯各點(diǎn)溫度相同;在爐時(shí)間160 min后，下?tīng)t氣溫度、上爐氣溫度、鑄坯各點(diǎn)溫度相同。

非軋機(jī)側(cè)各點(diǎn)加熱曲線如圖3所示。

2.2 中部各點(diǎn)升溫情況

中部鑄坯各點(diǎn)升溫速度不同，下表面最快、側(cè)表面次之、上表面再次、中心最慢。在爐時(shí)間150 min后鑄坯各位置溫度相同。

中部升溫初期鑄坯各點(diǎn)升溫速度與在爐時(shí)間成線性正比關(guān)系。

中部在爐時(shí)間150 min后，爐氣溫度與鑄坯各點(diǎn)溫度相同。

中部上、下?tīng)t氣溫度在預(yù)熱段、一加段差異較大，在二加段、均熱段差異較小。中部各點(diǎn)加熱曲線如圖4所示。

2.3 軋機(jī)側(cè)各點(diǎn)升溫情況

軋機(jī)側(cè)鑄坯各點(diǎn)升溫速度不同，下表面最快、中心最慢。在爐170 min后鑄坯各位置溫度相同。

軋機(jī)側(cè)升溫初期鑄坯各點(diǎn)升溫速度與在爐時(shí)間成線性正比關(guān)系。軋機(jī)側(cè)各點(diǎn)加熱曲線如圖5所示。

2.4 爐氣升溫情況

非軋機(jī)側(cè)與中部上爐氣溫度差異較小，與中部下?tīng)t氣溫度差異較大。中部下?tīng)t氣預(yù)熱段、一加段溫度偏高;非軋機(jī)側(cè)預(yù)熱段溫度偏低，二加段溫度偏高。

各段爐氣溫度與工藝規(guī)定溫度相差不大。軸承鋼爐氣溫度加熱曲線見(jiàn)圖6。

2.5 鑄坯中心升溫情況

非軋機(jī)側(cè)、中部、軋機(jī)側(cè)鑄坯的中心溫度在預(yù)加段升溫速度基本相同。

在預(yù)熱段與一加段，鑄坯各點(diǎn)橫向溫度差異較大。軋機(jī)側(cè)中心與中部中心溫度平均相差67℃。

非軋機(jī)側(cè)在一加段中期升溫速度明顯提高。在一加段結(jié)束時(shí)，非軋機(jī)側(cè)與軋機(jī)側(cè)中部中心溫差214℃，與中部中心溫差113℃。

鑄坯中心溫度遠(yuǎn)低于工藝規(guī)定溫度。軸承鋼中心加熱曲線見(jiàn)圖7。

圖3 非軋機(jī)側(cè)軸承鋼加熱曲線Figure 3 Heating curve of bearing steel on the non-rollingmill side

圖4 中部軸承鋼加熱曲線Figure 4 Heating curve of bearing steel in themiddle

圖5 軋機(jī)側(cè)軸承鋼加熱曲線Figure 5 Heating curve of bearing steel on the rollingmill side

圖6 軸承鋼爐氣溫度加熱曲線Figure 6 Furnace atmosphere temperature heating curve of bearing steel

圖7 軸承鋼中心加熱曲線Figure 7 Heating curve of bearing steel center

圖8 軸承鋼上表面和側(cè)表面加熱曲線Figure 8 Heating curve of bearing steel on the upper surface and the side surface

圖9 軸承鋼下表面加熱曲線Figure 9 Heating curve of bearing steel on the lower surface

2.6 上表面和側(cè)表面升溫情況

鑄坯各段上表面、側(cè)表面溫度差異不大。在預(yù)熱段升溫速度差異不大，鑄坯各段表面溫度低于工藝規(guī)定溫度。在爐120 min后，溫度高于1 200℃。

鑄坯各段上表面和側(cè)表面加熱曲線見(jiàn)圖8。

2.7 下表面升溫情況

鑄坯各段下表面溫度差異較大，在預(yù)熱段升溫速度差異不大。軋機(jī)側(cè)下表面溫度較低，在爐145 min后溫度高于1 200℃。非軋機(jī)側(cè)與中部的下表面溫度差異不大，在爐120 min后，溫度高于1 200℃。

鑄坯下表面加熱曲線見(jiàn)圖9。

3 結(jié)果分析

3.1 原加熱工藝制度及實(shí)際情況

原加熱工藝采用預(yù)熱段、加熱一段不限制時(shí)間，加熱二段≥60 min，均熱段≥50 min的加熱制度。

在預(yù)熱段，爐氣溫度遠(yuǎn)高于鑄坯溫度;鑄坯各點(diǎn)溫度隨在爐時(shí)間整體呈線性上升趨勢(shì)。預(yù)熱段結(jié)束時(shí)，中部側(cè)下表面溫度(733℃)為鑄坯最高溫度，軋機(jī)側(cè)中心溫度(577℃)為鑄坯最低溫度，鑄坯平均溫度656℃，溫度偏低。

在一加段，爐氣溫度仍遠(yuǎn)高于鑄坯溫度;鑄坯各點(diǎn)溫度隨在爐時(shí)間成線性上升或呈二次項(xiàng)上升趨勢(shì)。一加結(jié)束時(shí)，鑄坯中部側(cè)下表面溫度(1 017℃)為鑄坯最高溫度，軋機(jī)側(cè)中心溫度(739℃)為鑄坯最低溫度。鑄坯經(jīng)過(guò)預(yù)熱及一加階段加熱后未達(dá)到工藝要求溫度范圍(900～1 120℃)。

在二加段，爐氣與鑄坯溫差逐漸縮小。在爐時(shí)間115 min后，鑄坯非軋機(jī)側(cè)溫度與爐氣溫度近乎相同;在爐時(shí)間150 min后，鑄坯中部各點(diǎn)與爐氣溫度近乎相同;二加段結(jié)束時(shí)(在爐時(shí)間160 min)，鑄坯整體溫度與爐氣溫度基本一致。二加段鑄坯平均溫度達(dá)到工藝規(guī)定溫度(1 230～1 250℃)的時(shí)間為20 min，低于工藝規(guī)定的60 min。

在均熱段，鑄坯各點(diǎn)溫度與爐氣溫度基本相同，軋機(jī)側(cè)溫度較爐氣溫度偏高。鑄坯平均溫度達(dá)到工藝規(guī)定溫度(1 220～1230℃)時(shí)間為31 min，低于工藝規(guī)定的50 min。

3.2 曲線模擬

3.2.1 預(yù)熱段曲線模擬

預(yù)熱段曲線模擬見(jiàn)圖10(a)。

(a)P=0.000R －Sq=100.0%，曲線模擬優(yōu)秀。

(b)殘差圖成一定拋物線規(guī)律，證明其存在二次項(xiàng)相關(guān)。但根據(jù)P值及R－Sq值，證明二次項(xiàng)影響微弱，以方程簡(jiǎn)化為原則，繼續(xù)使用線性模擬。

(c)模擬曲線證明，在預(yù)熱段，鑄坯平均溫度升溫速度約為6℃/min。

(d)根據(jù)模擬曲線以預(yù)熱段結(jié)束溫度850℃計(jì)算，預(yù)熱段時(shí)間至少為84 min。

(e)查證測(cè)試過(guò)程記錄，平均溫度達(dá)到850℃在爐時(shí)間為79 min，與理論計(jì)算差異不大，建議工藝設(shè)定預(yù)熱段時(shí)間為80 min。

3.2.2 一加段曲線模擬

一加段曲線模擬見(jiàn)圖10(b)。

(a)P=0.000R －Sq=99.8%，曲線模擬優(yōu)秀。

圖10 軸承鋼加熱階段曲線模擬Figure 10 Various heating phase curve simulation of bearing steel

(b)根據(jù)模擬曲線一加段(900～1 120℃)溫度達(dá)到900℃時(shí)間至少為84 min;達(dá)到1 100℃時(shí)間至少為102 min。

(c)查證測(cè)試過(guò)程記錄，平均溫度達(dá)到900℃的在爐時(shí)間為83 min，平均溫度達(dá)到1 120℃的在爐時(shí)間為112 min，與理論計(jì)算差異不大，建議工藝設(shè)定一加段時(shí)間為(80～110)min。

3.2.3 二加段曲線模擬

二加段曲線模擬見(jiàn)圖10(C)。

(a)P=0.000R －Sq=99.6%，曲線模擬優(yōu)秀。

(b)根據(jù)模擬曲線二加段(1 230～1 250℃)溫度達(dá)到1 230℃的時(shí)間至少為144 min。

(c)查證測(cè)試過(guò)程記錄，平均溫度達(dá)到1 230℃的在爐時(shí)間為142 min，與理論計(jì)算差異不大。建議工藝設(shè)定二加段時(shí)間為(110～200)min。

(d)建議設(shè)定均熱段時(shí)間(200～250)min。對(duì)高檔軸承鋼應(yīng)根據(jù)工藝適度延長(zhǎng)二加段及均熱段保溫時(shí)間。

4 工藝改進(jìn)

根據(jù)爐溫均勻性測(cè)試結(jié)果，優(yōu)化工藝，設(shè)定各段最短在爐時(shí)間。工藝設(shè)定如下:預(yù)熱段最短在爐時(shí)間≥80 min，加熱1段最短在爐時(shí)間≥110 min，加熱2段最短在爐時(shí)間≥200 min，均熱段最短在爐時(shí)間≥250 min。

5 改進(jìn)效果

采用新加熱工藝后，GCr15軸承鋼探傷內(nèi)部不合格率降低至1.14%;按SEP1520評(píng)定，5系列評(píng)級(jí)均值降低1級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)差降低0.02級(jí);6系列全部穩(wěn)定為0級(jí);7系列評(píng)級(jí)均值降低0.7級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)差降低0.02級(jí)。采用新加熱工藝得到的軸承鋼性能指標(biāo)合格，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

編輯 杜 敏

Heating Process Optimization of Bearing Steel by Furnace Temperature Evenness Determination

W ang Liuyan，M a Zhongcun，Li Bin

Temperature evenness determination of walking beam heating furnace has been carried out to analyze differentia between various temperatures of casting blank spots and furnace atmosphere temperature in order to optimize heating process parameters and improve inner quality of the blank.

walking-beam type heat furnace;furnace atmosphere temperature;bearing steel;heating process

TF762+.4

B

2013—01—29

王劉艷(1985—)，女，助理工程師，從事軸承鋼技術(shù)工作。