提高中厚板淬火爐出爐溫度命中率的實(shí)踐研究

王立堅(jiān) 王坤 閆智平

摘 要：某公司淬火爐因燃?xì)夥N類(lèi)變化對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造后出爐溫度命中率波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)出爐溫度命中率主要影響因素的分析，從點(diǎn)火電極的陽(yáng)極與陰極之間距離變化、UV探頭失效分析及內(nèi)外溫差導(dǎo)致燒嘴損壞三個(gè)方面提出了解決方案，實(shí)現(xiàn)了出爐溫度命中率的大幅提升。

關(guān)鍵詞：出爐溫度命中率；燒嘴；UV探頭

PRACTICE STUDY ON THE IMPROVEMENT OF THE MEDIUM THICK PLATE QUENCHING FURNACE HEATING TEMPERATURE HIT RATE

Wang Lijian? ? Wang Kun? ? Yan Zhiping

（Shougang Jingtang Iron & Steel Joint Co.， Ltd.? ? Tangshan? ? 063200，China）

Abstract：The combustion system of a company quenching furnace is transformed according to the change in the gas type， the large fluctuation of heating temperature hit rate was found after transforming， seriously affect the stability of product performance. In this paper， through analysis of the main factors that influence heating temperature hit rate，the solutions are put forward from three aspects： distance change between the anode and cathode of ignition electrode，failure analysis for UV detector and burner damage caused by temperature difference between inside and outside， realized that the hit rate of heating temperature increase greatly.

Key words： heating temperature hit rate; burner; UV detector

0? ? 前? ? 言

某公司為了大力推進(jìn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)現(xiàn)有中厚板淬火爐進(jìn)行改造，充分利用自產(chǎn)高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣以替代商采天然氣，混合煤氣噸鋼燃料成本比天然氣要低70元左右，但是燃?xì)鉄嶂涤? 000 kcal/Nm3降低至2 200 kcal/Nm3。改造時(shí)為了盡可能控制投資，按照物盡其用的原則，淬火爐所有設(shè)備均進(jìn)行了計(jì)算校核以便盡可能的利舊，尤其是燃燒系統(tǒng)在詳細(xì)計(jì)算設(shè)備能力后，最大限度地進(jìn)行了修配改以適應(yīng)燃料的變化?；旌厦簹鉄嶂祪H有天然氣的1/4，為了保證供熱量不變，混合煤氣燃?xì)饬髁恳獮樘烊粴?倍，相應(yīng)的煤氣管道及閥門(mén)直徑要增加為原來(lái)的2倍，因此與煤氣相關(guān)的管道、閥門(mén)全部換新、燒嘴的煤氣部件換新、燒嘴空氣部分利舊、燃?xì)忾y門(mén)由電磁閥改為氣動(dòng)閥，其他如鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、燒嘴本體及控制系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)全部利舊，最終燃燒系統(tǒng)由新舊兩種設(shè)備重新結(jié)合后一起運(yùn)行。

淬火爐改造完成投產(chǎn)后隨著產(chǎn)量的增加，逐漸暴露出燒嘴故障率較多，導(dǎo)致鋼板的出爐溫度偏低，影響熱處理鋼板性能穩(wěn)定性。如880 ℃正火工藝，鋼板出爐溫度要求在±10 ℃以?xún)?nèi)，即最低870 ℃，最高890 ℃。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，出爐溫度均壓下線，在870～875℃之間，部分出爐溫度低于870 ℃。加熱溫度不足時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變不充分，熱處理后組織不均勻，得到混晶組織，存在性能隱患。而正火的主要目的是統(tǒng)一組織、細(xì)化組織，改善鋼的性能，使鋼板整體性能均勻[1]。為了對(duì)整體熱處理工藝執(zhí)行情況進(jìn)行把控，引入了鋼板出爐溫度命中率概念，出爐溫度命中率定義：加熱溫度命中塊數(shù)（按±10℃）占總生產(chǎn)塊數(shù)的比例。

對(duì)淬火爐2022年3-7月份出爐溫度命中率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如圖1），可以看出3-7月出爐溫度命中率處于94.3% ～ 96.5%之間，平均95.46%，該期間鋼板性能不合格率為0.5%。以某合同的DH36為例，厚度60 ～ 80 mm，該鋼板的拉伸下屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為不低于355 MPa，熱處理工藝設(shè)定出爐溫度880 ℃，當(dāng)實(shí)際出爐溫度在870 ℃以下時(shí)，部分鋼板的下屈服強(qiáng)度在346 MPa左右，或者剛過(guò)線在365 MPa左右，富余量不多，870 ℃以下的性能不合格率為5%。性能不合的鋼板需要重新生產(chǎn)，增加了成本，延長(zhǎng)了交貨時(shí)間。因此提高鋼板的出爐溫度命中率，穩(wěn)定鋼板的性能，是熱處理生產(chǎn)中亟需解決的問(wèn)題。

1? ? 淬火爐出爐溫度命中率的主要影響因素

利用“魚(yú)骨圖”（如圖2）篩選出影響淬火爐出爐溫度命中率的三個(gè)主要因素[2]。

1）點(diǎn)火電極陽(yáng)極與陰極被燒損后，兩者間距離容易變化，導(dǎo)致燒嘴點(diǎn)火失敗。

2）UV探頭容易被灰塵污染報(bào)假信號(hào)，同時(shí)燒嘴線路板易被燒損導(dǎo)致燒嘴故障。

3）燒嘴內(nèi)外溫差導(dǎo)致在點(diǎn)火電極根部產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致燒嘴故障，影響電極壽命。

2? ? 主要因素的影響分析及改善對(duì)策

1）點(diǎn)火電極的陽(yáng)極與陰極之間距離。

燒嘴點(diǎn)火電極類(lèi)似于火花塞（如圖3a、3b），通高壓電后點(diǎn)火電極與燒嘴頭部的陰極產(chǎn)生電弧引燃燃?xì)?，點(diǎn)火電極與陰極距離須在1.5～

3 mm之間，距離過(guò)近則電弧短，與燃?xì)饨佑|面積小或者未接觸，無(wú)法引燃燃?xì)?，?dǎo)致燒嘴報(bào)警。距離過(guò)大則無(wú)法產(chǎn)生電弧，無(wú)法引燃燃?xì)?，?dǎo)致燒嘴報(bào)警。由于燒嘴頭部溫度較高，點(diǎn)火電極和陰極經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用之后容易燒損，導(dǎo)致引弧距離發(fā)生變化。該原因?qū)е碌膱?bào)警占總報(bào)警數(shù)量的61%。因此陽(yáng)極與陰極之間距離要固定可控，陰極應(yīng)當(dāng)采用耐高溫材質(zhì)，同時(shí)引弧面積要大。

首先試驗(yàn)將報(bào)廢的點(diǎn)火電極切短后焊接在風(fēng)盤(pán)上作為陰極（如圖4a），因?yàn)辄c(diǎn)火電極一般都采用進(jìn)口的專(zhuān)用線材，材質(zhì)較好。只要長(zhǎng)度合適，焊接的位置距離點(diǎn)火電極3 mm，這樣可以保證兩者之間的引弧距離不變，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火電極往風(fēng)盤(pán)上焊接時(shí)難度較大，焊接以后在使用過(guò)程中也容易脫落，壽命不長(zhǎng)，試驗(yàn)失敗。

經(jīng)過(guò)與燒嘴制造廠反復(fù)的咨詢(xún)交流，首先將風(fēng)盤(pán)的材質(zhì)進(jìn)行提升，從原來(lái)的Cr25Ni35提升為Cr28Ni48。同時(shí)在針式引弧棒增加梅花狀引弧盤(pán)（如圖4b），這樣可以增加引弧面積，將引弧接觸面由線線接觸改為線面接觸，材質(zhì)為Cr28Ni48，更加耐高溫，使用壽命延長(zhǎng)。梅花狀引弧盤(pán)可以保證點(diǎn)火電極與陰極距離在1.5～ 3 mm之間，即使點(diǎn)火電極有彎曲變形，影響也較小。經(jīng)試驗(yàn)之后效果較好，已經(jīng)開(kāi)始批量更換。

2）UV探頭失靈。

燒嘴UV探頭（如圖5a）用于監(jiān)視燒嘴的工作狀態(tài)，其設(shè)備形式是一種紫外線光電管，燒嘴燃燒時(shí)火焰發(fā)出紫外線，紫外線照射到UV探頭上產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)越強(qiáng)說(shuō)明火焰越強(qiáng)，燒嘴工作狀態(tài)越好。實(shí)際工作中UV探頭總是報(bào)假信號(hào)，燒嘴正常燃燒時(shí)，報(bào)警反饋火焰熄滅。檢查發(fā)現(xiàn)是UV探頭的防護(hù)玻璃污損導(dǎo)致紫外線無(wú)法穿過(guò)，造成UV探頭報(bào)警。防護(hù)玻璃安裝在銅管中，銅管和防護(hù)玻璃之間無(wú)法形成緊配合有縫隙，燒嘴內(nèi)部壓力較高，氣體回流導(dǎo)致UV探頭被灰塵污染，影響其工作靈敏度。并且回流氣體溫度較高，易將UV探頭線路板（如圖5b）燒損。

為了避免熱氣外泄，我們?cè)赨V探頭保護(hù)套前部增加了一根冷卻風(fēng)管[3]（如圖6a）對(duì)熱風(fēng)進(jìn)行封堵。由于銅管和防護(hù)玻璃之間漏風(fēng)，導(dǎo)致部分冷卻風(fēng)泄露，而冷卻風(fēng)也攜帶少量的灰塵，長(zhǎng)時(shí)間后也會(huì)將防護(hù)玻璃和UV探頭遮住，報(bào)假信號(hào)，試驗(yàn)效果不理想。針對(duì)漏風(fēng)的問(wèn)題，我們采用密封膠沿防護(hù)玻璃涂抹一圈（如圖6b），因?yàn)闊靸?nèi)部溫度較高，密封膠在短時(shí)間內(nèi)老化脫落。如果操作不當(dāng)密封膠也會(huì)將防護(hù)玻璃遮住，產(chǎn)生反作用。

第一次試驗(yàn)失敗之后，認(rèn)真分析原因，UV探頭冷卻風(fēng)是有必要加的，從根本上還是需要解決防護(hù)玻璃漏風(fēng)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多方考察咨詢(xún)，我們找到了一種一體式的UV探頭保護(hù)套（圖7a、7b），防護(hù)玻璃直接固定在連接頭上且有密封裝置，保證其不漏風(fēng)。同時(shí)連接頭較短，玻璃粘附有灰塵后容易擦拭。安裝方便。一體式的UV探頭保護(hù)套不漏風(fēng)在防護(hù)玻璃處的壓力較高，而燒嘴內(nèi)部的壓力相對(duì)較低，因此UV探頭冷卻風(fēng)只能向燒嘴內(nèi)部壓力較低的方向運(yùn)動(dòng)，灰塵也隨著風(fēng)向運(yùn)動(dòng)，從而避免了冷卻風(fēng)灰塵污染鏡片。經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的試驗(yàn)后，效果不錯(cuò)，開(kāi)始批量推廣。

3）燒嘴內(nèi)外溫度差。

由于燒嘴內(nèi)外溫差較大，尤其是在秋冬季節(jié)晝夜溫差較大時(shí)，點(diǎn)火電極和UV探頭處容易形成冷凝水，冷凝水一是將點(diǎn)火電極腐蝕，影響其使用壽命。二是會(huì)造成點(diǎn)火高壓電短路將點(diǎn)火電極的絕緣頭打壞，影響絕緣效果，有安全隱患，三是影響點(diǎn)火，點(diǎn)火不成功，部分煤氣未經(jīng)過(guò)燃燒就從燒嘴排出造成能源的浪費(fèi)。

將燒嘴冷卻風(fēng)引至點(diǎn)火電極根部（如圖8a）對(duì)其進(jìn)行吹風(fēng)，由于燒嘴冷卻風(fēng)是環(huán)境溫度，同時(shí)將燒嘴內(nèi)的熱空氣吹走，使其無(wú)法向點(diǎn)火電極根部返熱，這樣點(diǎn)火電極處的內(nèi)外溫度差消失，冷凝水也隨之消失。冷卻風(fēng)對(duì)點(diǎn)火電極起到冷卻作用延長(zhǎng)其使用壽命。同時(shí)將UV探頭的冷卻風(fēng)與點(diǎn)火電極的冷卻風(fēng)同時(shí)考慮，重新設(shè)計(jì)了路由及連接形式（如圖9b），整體上更加簡(jiǎn)潔大方。

3? ? 改善效果

1）出爐溫度命中率顯著提高。

通過(guò)采取以上措施，淬火爐的燒嘴工作狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，故障數(shù)量由30個(gè)左右降低至10個(gè)左右，燒嘴投入率由原來(lái)的88%提升到了95%左右，出爐溫度命中率顯著提高（如圖9），逐漸穩(wěn)定在98.5%以上，2023年1-5月份的平均值為99.22%，3月份最高時(shí)達(dá)到了99.48%。鋼板的性能穩(wěn)定，整體不合格情況大大降低，在月均生產(chǎn)

1 538塊鋼板的情況下，每月最多有2塊左右性能不合，不合格率為0.13%，連續(xù)數(shù)月性能不合量為零，極大地降低了鋼板性能隱患。

2）金相組織更加均勻。

熱處理后金相組織檢測(cè)，正火后鋼板組織完全實(shí)現(xiàn)了奧氏體化、晶粒度更加均勻（如圖10），確保了鋼板的熱處理效果。

3）熱處理整板性能均勻性提高。

熱處理正火后屈服強(qiáng)度同板差≤15 MPa，抗拉強(qiáng)度同板差≤10 MPa。

參考文獻(xiàn)

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