貫通式可控氣氛多用爐淬火油的防水管理

羅光利

（湖北三環(huán)離合器有限公司，湖北黃石 435100）

0 引言

德系貫通式可控氣氛多用爐生產(chǎn)效率高、爐溫均勻性、熱處理性能穩(wěn)定。湖北三環(huán)離合器有限公司公司熱處理零件多數(shù)為厚2～7 mm、直徑200 mm 以內(nèi)，形狀復(fù)雜的低碳鋼盤類淬火、滲碳或碳氮共滲件，為減少工件變形和開裂傾向，淬火介質(zhì)選用好富頓（Houghton）Mar-Temp355 等溫淬火油。由于工作環(huán)境清掃清潔及設(shè)備淬火油外置熱交換器密封老化等原因，淬火油中偶爾含水，對產(chǎn)品質(zhì)量（淬火硬度、外觀顏色）和安全生產(chǎn)形成重大隱患。

1 淬火油中含水的危害

1.1 劣化冷卻性能、影響產(chǎn)品質(zhì)量

等溫淬火工藝是先將淬火介質(zhì)（好富頓Houghton Mar-Temp355 等溫淬火油）加熱到工藝要求的等溫溫度120 ℃，然后將加熱至860～880 ℃（視材料調(diào)整）的工件置于淬火介質(zhì)中，使下貝氏體組織的轉(zhuǎn)變?nèi)吭诘葴剡^程中完成。工件在淬火過程中的散熱方式分為3 個階段：蒸汽膜階段（整個工件被蒸汽膜包圍著）、沸騰階段（整個工件表面發(fā)生沸騰）和對流階段（整個工件周圍被攪動的淬火油對流冷卻）。淬火油中含水較高（≥5×10-4）時，速冷劑溶于水，延長了蒸汽膜階段，使冷卻速度有所下降，淬火組織出現(xiàn)珠光體，造成產(chǎn)品硬度偏低，工件表面顏色泛黃。

1.2 增加油品外溢和火災(zāi)危險

通常情況下，淬火油一直處于攪拌狀態(tài)，通過水循環(huán)冷卻器將油溫控制在120 ℃，水和油很難形成分層狀態(tài)（圖1）。工件淬火時，淬火油雖受熱汽化造成體積急劇增加而出現(xiàn)突沸，但淬火室（槽）不會發(fā)生物理爆炸。一是如果淬火油水分含量≥5×10-4，在缺乏循環(huán)攪動的靜置狀態(tài)下，水和淬火油已經(jīng)形成分層狀態(tài)，工件淬火時，淬火油中的水受熱汽化造成體積急劇增加，可能會造成淬火室的物理性爆炸。二是當(dāng)淬火油中水分含量≥10-3時，淬火油受攪拌易形成大量油沫。工件淬火時，淬火油受熱汽化造成體積急劇增加而出現(xiàn)突沸，使油位上升，如果油液有限，可從淬火槽液位溢流管排放（圖2、圖3）；如果油液本身油位高，工件淬火時淬火油受熱汽化造成體積急劇增加而出現(xiàn)突沸，淬火油油位超出淬火槽液位溢流管排放能力，淬火油很可能通過中間門下部碳化硅爐底板鏈條軌道凹槽流進(jìn)高溫加熱室，淬火油急速汽化，加熱室爐壓急劇升高，可能引起爐體爆炸、損壞爐子，甚至造成火災(zāi)。

圖1 淬火油槽循環(huán)冷卻裝置

圖2 淬火油槽內(nèi)腔

圖3 淬火油槽油液溢流管

1.3 加速油品老化

（1）淬火油添加劑的主要成分有：減緩老化的抗氧化劑、增加冷速的速冷劑和增加表面光亮度的光亮劑。淬火油水分含量≥5×10-4時，水會使油中添加劑乳化、沉降或水解失去效用。

（2）在油乳化態(tài)的水和溫度的作用下，碳黑會發(fā)生水解進(jìn)而與金屬粒屑反應(yīng)生成碳化物粉粒。粉粒會因氧化生成酸，促使油泥形成，使油老化加速。

（3）油品老化過程中沉積在工件表面上的凝合物會造成工件表面嚴(yán)重斑跡，油品老化會導(dǎo)致工件表面清潔度降低和畸變；油品老化過程中，油的黏度增大，淬火油分解物會發(fā)生聚合，形成油垢、油泥，污染工件，甚至?xí)斐啥氯艿赖葒?yán)重后果。

2 檢測方法

2.1 定性檢測（實驗室方法）

取淬火油樣品注入玻璃試管中（量為1/3～2/3），用鐵夾夾持（與地面呈45°角，管口不能對著人），試管底部用酒精燈加熱，如伴有爆鳴聲或水汽生成，說明油中含水。

定性檢測經(jīng)驗方法1：用手檢測設(shè)備回水（通過熱交換器用循環(huán)水冷卻）集水槽（設(shè)備各種氣體匯排管下方，即加熱室底下，見圖4）有無油珠或油膜；原理為正常情況下若熱交換器完好，冷卻過程中油泵工作淬火油不停地從油槽抽至熱交換器內(nèi)腔，冷卻卻從熱交換器內(nèi)毛細(xì)管一端流向另一端，毛細(xì)管外壁吸收淬火油的熱量，通過毛細(xì)管傳遞管內(nèi)循環(huán)水帶走，管內(nèi)管外自成一體互不干涉。一旦毛細(xì)管破損或密封老化，存在水、油相竄。油泵工作時，因油壓大于水壓，淬火油會滲入冷卻水中（循環(huán)回水有油跡）；淬火油槽測溫均勻時，油泵停止工作，循環(huán)水會滲入熱交換器中，油泵再次工作時，水分帶入淬火油槽。

圖4 冷卻水匯流槽

經(jīng)驗方法2：淬火工件表面發(fā)黃、不光亮、硬度低。

2.2 定量檢測（實驗室方法）

取淬火油樣品按ASTM D95—2005《石油產(chǎn)品水分測定蒸餾法》標(biāo)準(zhǔn)方法試驗，可檢測（計算）油中含水量，此方法較專業(yè)，企業(yè)一般不用。我司每半年用塑料瓶送樣品至淬火油供應(yīng)商成份檢測時，一并要求檢測油品含水量。

注：油中含水量達(dá)0.03%時對產(chǎn)品淬火光亮度有影響；含水量達(dá)0.05%時對產(chǎn)品淬火變形量有增加；含水量達(dá)0.10%時可能會使工件淬火時出現(xiàn)裂紋，并有起泡、突沸的危險。

3 淬火油含水的原因分析

（1）熱交換器破損。通常情況下，熱交換器破損后水是進(jìn)不到油中的，因為循環(huán)油泵油壓（設(shè)定為0.16～0.17 MPa，油壓大小通過管道閥門調(diào)節(jié)：油壓大、油量?。环粗?，油壓小、油量大）大于循環(huán)冷卻水水壓（設(shè)定為0.12 MPa 左右）。工件淬火時，油溫達(dá)到設(shè)置溫度時，循環(huán)油泵自動啟動，隨即熱交換器冷卻水管控制電磁閥收到信號才能開啟，循環(huán)冷卻水形成一開環(huán)，水管壓力相當(dāng)于“零”壓力。再者，如回水管道出現(xiàn)故障堵塞，水壓大于0.12 MPa 時，進(jìn)水管有一個溢流閥（相當(dāng)于壓力開關(guān)，設(shè)定值為0.12 MPa）開啟，直接注入集水槽中。當(dāng)油溫低于設(shè)置溫度時，油泵電機(jī)自動關(guān)閉，隨即冷卻水管電磁閥關(guān)閉（注：冷卻水管控制電磁閥與循環(huán)油泵電機(jī)同時啟動或同時關(guān)閉）。除非循環(huán)水管控制電磁閥故障，電磁閥一直處于常開狀態(tài)（否則，油泵啟動時無冷卻水，油溫?zé)o法降下來），油溫正常油泵未工作，水才可能從熱交換器破損處（含熱交換毛細(xì)管銹蝕破損或密封件老化）滲入熱交換器油內(nèi)，流入淬火油槽（或淬火循環(huán)油泵啟動，進(jìn)入油槽）。只要熱交換器破損，淬火冷卻時一定有淬火油滲入循環(huán)冷卻水中（注：如果冷卻水、循環(huán)油泵電磁閥正常，即使熱交換器破損，水也不可能進(jìn)入油中，只能油進(jìn)入水中，是因為水油系統(tǒng)的設(shè)計保證油壓總是大于水壓。在集水槽中可目測水面是否有油膜）。

（2）周邊部件中的水分滲入。淬火提升氣缸漏氣，爐頂密封破損，再加上生產(chǎn)用壓縮空氣中含有水分。冷凝水沿著氣缸活塞桿流入淬火槽中（此情況下，可聽到氣缸明顯的漏氣聲）。淬火油槽攪拌電機(jī)軸密封如破損，因淬火油槽為負(fù)壓，淬火油槽壁上水漬及空氣均可吸入油槽內(nèi)。

（3）工件帶有水分。正常情況下是不存在的，工件加熱后無水分。理論上僅存在于設(shè)備大修后或開爐前冷調(diào)試車，料車或工件帶水。

（4）淬火油因儲存不當(dāng)或本身質(zhì)量不合格含有水分（國標(biāo)規(guī)定淬火油水分含量不能超過2×10-4）。停爐敞開爐門時，潮濕空氣中的水分或現(xiàn)場清潔、設(shè)備保養(yǎng)時不慎將水從注油口灑入油槽。

（5）其他意外事故造成淬火油含水。

4 淬火油脫水方法

（1）加熱脫水：敞開爐門，加熱油品至100～120 ℃，攪拌電機(jī)工作1 h，直至淬火油氣泡消失。

（2）沉淀脫水：將油品靜置48 h，打開排污口閥門排水（用容器接住，存在油水混合）。

（3）離心脫水：因油、水比重有差異，用離心機(jī)可將水甩出。因淬火油黏度高，一般離心機(jī)無法滿足要求，脫水時，油溫最好加熱至160 ℃左右。如果企業(yè)備有離心過濾機(jī)，可以在線離心脫水或停爐休整時利用淬火油余溫進(jìn)行離心脫水，這兩種脫水效果雖略差些，但不必為淬火油脫水升溫而增加能耗。

（4）過濾脫水：利用過濾介質(zhì)吸附作用吸收油中水分，但同時也會吸收添加劑，故選擇過濾介質(zhì)要慎重。

總之，淬火油脫水主要靠前兩種方法——加熱脫水和沉淀脫水，簡單實用；后兩種方法操作困難、成本高。無論使用哪種方法，淬火油脫水后要進(jìn)行油品冷卻性能測試。

5 開爐點檢

點檢內(nèi)容包括：①循環(huán)水管控制電磁閥、溢流閥，循環(huán)油泵控制電磁閥；②檢查循環(huán)水及循環(huán)油管道壓力表是否正常；③淬火提升氣缸是否漏氣；④集水槽水面有無油膜；⑤淬火油攪拌電機(jī)及聯(lián)軸器是否正常；⑥敞開爐門，加熱淬火油至120 ℃并保溫1 h。