鋼材生產流程之:軋鋼加熱爐及軋制的原理知識 

加熱的目的是把坯料加熱到均勻的、適合軋制的溫度(奧氏體組織)。溫度提高以后,首先是提高鋼的塑性,降低變形抗力,使鋼容易變形。如T12鋼室溫下變形抗力約為600Mpa,加熱到1200℃時變形抗力下降到30Mpa左右,只相當室溫下變形抗力的二十分之一。加熱溫度合適的鋼,軋制時可以用較大的壓下量,減少因磨損和沖擊造成的設備事故,提高軋機的生產率和作業率,而且軋制耗能也較少。其次,加熱能改善鋼坯的內部組織和性能。不均勻組織和非金屬夾雜物通過高溫加熱的擴散作用而均勻化。加熱溫度和均勻程度是加熱質量的標志,加熱質量好的鋼,容易獲得斷面形狀正確、幾何尺寸精確的成品。

2、加熱過程

鋼坯的加熱溫度包括表面溫度、沿斷面上的溫度差及沿坯子長度方向上的溫度差。鋼坯在爐內的最終加熱溫度是考慮了軋制工藝、軋機的結構特點以及爐子的結構特點等實際情況后規定的。加熱到規定溫度所需時間,取決于鋼坯的尺寸、鋼種、采用的溫度制度及一些其他條件。

鋼坯在爐內以對流方式和輻射方式得到熱量,前者是爐氣沖刷鋼坯表面;后者是爐氣和熾熱的爐襯輻射熱。我們加熱爐沿長度方向上分三段控制:即預加熱段、加熱段和均熱段。鋼坯進入加熱爐預熱段,熱流逐漸增大,鋼坯到二加熱段,熱流基本保持不變,鋼坯到均熱段,熱流逐漸減小。鋼坯在均熱段內,鋼坯表面溫度基本保持不變,而斷面溫差逐步縮小,鋼坯表面得到的熱量以熱傳導的方式向內部擴散。傳給鋼坯表面的熱流越小、受熱面積越大、鋼坯的斷面尺寸越小、鋼的導熱率越大,斷面溫差就越小。一般斷面大的鋼坯要比斷面小的鋼坯加熱時間要長,合金鋼要比碳鋼的加熱時間要長。

3、加熱缺陷

合金鋼開裂:加熱開始階段(700℃以下),對高碳工具鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這類導熱率小的鋼,如果升溫速度過快、表面溫度驟然升高而斷面溫差過大,將產生熱應力,導致出現裂紋。

過熱和過燒:加熱溫度過高或高溫下停留時間過長,會使鋼的晶粒過分長大,晶粒間的聯系削弱,鋼變脆,這稱為過熱。過熱的坯料軋制時會產生裂紋;即使軋制沒有開裂,成品的力學性能也不能滿足要求。過熱鋼坯進行正火可以挽救。過熱進一步發展,晶粒繼續長大,而且晶界出現氧化或熔化,軋制時往往碎裂或崩裂,這稱為過燒。過燒的坯料是不可挽救的廢品。在軋制作業突然出現故障停軋時,容易出現過熱或過燒現象;高碳鋼如溫度控制不當,也很容易造成過熱或過燒現象。

鋼坯的氧化和脫碳:鋼坯在爐內加熱的過程中,鋼中金屬元素和爐內的氧化性氣氛發生反應并生產氧化鐵皮(氧化鐵皮的內層是氧化鐵、中間層是四氧化三鐵、最外層是三氧化二鐵)。脫碳是鋼中的碳元素向表面擴散并和爐內氣氛反應而引起的。軸承鋼、工具鋼、彈簧鋼和其他一些鋼種,鋼的脫碳是有害的,脫碳后的鋼件表面在淬火時達不到所要求的硬度,此外還使抗壓性能、耐磨性能、彈性降低。

氧化和脫碳過程是同時進行的,它們都和加熱條件(溫度、爐內時間、爐內氣氛以及坯料的化學成分)有關。一般來說,溫度小于750℃時氧化和脫碳都不明顯。但溫度大于800℃時增加的特別快。

特別注意的是:對于碳鋼加熱溫度一般不能大于1300℃,大于此溫度,其一,鋼坯表面的氧化鐵皮會熔化(純氧化鐵皮的熔點為1377~1565℃,含有雜質時降到1300~1350℃),從鋼表面上掉下來,露出新的表面,燒損迅速增加。其二,當加熱溫度大于1300℃時,鋼坯很有可能會出現過熱或過燒。生產其它鋼種時更應該注意最高加熱溫度。

鋼坯氧化燒損后,必然影響成材率;氧化鐵皮的熱導率非常差,對鋼坯的加熱時間有影響;氧化鐵皮脫落并堆積在爐低,人工清理非常困難,工作非常辛苦。

4、熱工制度

熱工制度涉及燃料于空氣進入爐內的情況、燃燒情況、燃燒產物的排除情況以及余熱回收利用等情況。熱工制度包括溫度制度、爐壓制度和爐子燃燒制度。

溫度制度:加熱溫度和注意事項見下表

加熱溫度和注意事項

測量爐溫和鋼溫的感受元件是熱電偶,測的是爐膛溫度,一般比鋼坯表面溫度高20℃以上。

5、爐壓制度:

加熱爐內爐壓大小及其分布是調整溫度場、控制火焰及爐內氣氛的一個重要手段,它影響加熱速度和加熱質量,也影響燃料利用的好壞。特別是爐子出料段處爐膛壓力尤為重要。

爐壓設定應比大氣壓力高出0~30Pa左右。爐壓過大則裝料口、出料口、觀察孔等開口部位都會往外冒火,其結果是:⑴爐氣損失增大,使熱損失增大;⑵SO₂等有害氣體進入車間使作業環境污染;⑶冒火部位的爐墻、附近的鋼結構或機械設備受損或者變形。反之,爐壓過低,則吸收車間冷空氣將使⑴爐溫降低燃料消耗量增加;⑵低溫空氣對坯料冷卻導致溫度不均;⑶爐氣的含氧量增加導致燒損增加。

6、燃燒制度:

其基本要求是保證燃料在爐膛范圍內燃燒完全,同時空氣系數α要小?？諝膺^剩則煙氣量大,帶走的熱量增多;空氣量不足,爐內形成不完全燃燒,同樣使熱損失增加。

7、爐子的操作

承德建龍棒材加熱爐是步進梁蓄熱式加熱爐,它是一座復雜的機械化與自動化的熱工設備。它由爐子本體(步進系統)、坯料的運輸設施、輸送各項介質(高爐煤氣、轉爐煤氣、空氣、氮氣、壓縮空氣、水、液壓油、潤滑劑)的管道系統、燃料的燃燒設施、燃燒產物的排放和余熱回收設施、熱工制度的控制系統、各部件的冷卻系統、加熱中生成氧化鐵皮的清除設施等。只有生產人員很好的了解和掌握了這套工藝設備,才能正確的維護和操作,加熱爐才能有好的指標。生產人員的工作涉及:鋼坯的裝爐、鋼坯在爐內運輸、鋼坯出爐、鋼坯的加熱制度和爐子的熱工制度;氧化鐵皮的清理;事故停爐;按計劃停爐檢修和檢修后的開爐等。

加熱爐的操作主要注意以下幾個方面的內容:

在所有的調節器都投入運行的前期下熱工制度的控制通常是自動的,調節器的設定來自工藝規程。在自動調節器失靈或檢修后用手動操作,出現事故或自動元件損壞時可用手動操作。

為了保持爐子能長期有效的使用,應定期維護并注意其使用狀況;定期清理氧化鐵皮;經常檢查爐內水冷構件的水量、水溫和水壓情況。

風機出現故障或突然斷電時供風會逐漸中斷,此時要迅速關掉燒嘴上的空、煤氣閥門及煤氣的主閥門。

烘爐:加熱爐在生產前、大修或小修后要進行除去砌體中的水分即烘爐。烘爐時間應考慮多方面的因素。這里提供一些參考數據:某150t的步進梁加熱爐生產前,用36h自室溫升到150℃,保溫60h;以15℃/ h的升溫速度升溫到350℃,保溫60h;再以15℃/ h的升溫速度升溫到600℃,保溫48h;然后以20℃/ h的升溫速度升溫到8000℃,保溫36h;再以20℃/ h的升溫速度升溫到1200℃,保溫36h?？偟暮鏍t時間為14天。大修的烘爐是升溫到200℃并保溫4h;以20℃/ h的升溫速度升溫到700℃再保溫4 h;再以50℃/ h的升溫速度升溫到1200℃后保溫4h?？偟暮鏍t時間為2天,時間富?？梢匝娱L到3天。小修后的烘爐是以25℃/ h的升溫速度升溫到600℃再保溫6h;再以50℃/ h的升溫速度升溫到1200℃后保溫4h?？偟暮鏍t時間約2天。

點火:新建、大小修后或長期停用后的爐前煤氣管道在通煤氣前必須將管道內的空氣全部清楚。操作中并注意管道及其附件有無泄漏。

將管道及其附件內的空氣驅趕到車間外大氣中的操作稱為放散,即現以氮氣(或蒸氣)驅趕空氣,再以煤氣驅趕氮氣(或蒸氣)。放散是分段進行的,并且是由總管到各主管再到各支管最后到燒嘴前煤氣管。通氮氣到規定的時間并確認置換良好后停止通入氮氣,再通入煤氣并驅趕氮氣從放散管排出,此步驟完成后,從煤氣管路末端的取樣管取樣并作爆發試驗,合格后即可關閉放散閥并認為此段以放散完畢。如不合格則需再驅趕一段時間并作爆發試驗直到合格為止。

爆發試驗在直徑70~100mm、長300mm左右的圓桶內進行。離煤氣現場稍遠的安全地點處點著一小火團置于地上,將充有試樣的圓筒筒口移向火團,打開筒蓋點著筒內試樣,當著火和緩慢而無聲地一直燒到筒底時,則認為是合格;如點著后燃燒較快,說明還有若干空氣;點著后迅速燃燒或產生爆鳴,說明試樣正在爆炸范圍內,后兩種情況都應繼續進行放散,并再次作爆發試驗。

燒嘴前點火時,先稍稍向燒嘴送風(空氣碟閥打開20%~30%),然后打開燒嘴前的煤氣閥(打開1/3~1/2),用燃旺的油棉紗引燃,再逐步調節煤氣和空氣量。煤氣噴出后未點著,應立即關閉燒嘴前的煤氣閥門,等爐內可燃混合物排除后再重新點火。

1、軋輥安裝及軋制調整

軋輥的安裝和軋制調整是完成、建立穩定軋制工藝的一個核心工作。軋機調整的目的在于保證軋機運轉的良好狀態,保證軋制過程按照可行的工藝制度來進行,從而保證生產過程的合理性,保證產品質量,減少堆鋼事故,提高軋機作業率。

為達到上述目的,軋機調整工應首先做好對軋輥檢修段提供的軋輥、導衛及機架再確認,實施對上述部件的在線更換安裝,完成軋機在線預調整。在軋制過程中,調整工根據質量情況,對生產中出現的生產事故及時作出事故原因判斷,制定合理的調整方案并加以調整實施。調整應保證軋件幾何形狀和幾何尺寸精度,確保軋機的微張力控制和活套的無張力控制,保證正常的連軋工藝。

軋制工藝過程的完成分為三個步驟:首先要完成軋機在線的更換安裝或軋輥的更換安裝;然后對軋機進行再線預調整;最后軋機啟動正常軋制,并進行在線的軋機調整。

2、軋機在線更換和安裝

換輥前要復查上線輥是否為所換架次、軋制品種、規格的軋輥;對各滑道、軋輥扁頭、套內孔要進行擦洗,待擦洗干凈后要涂上干凈的油脂。準備工作完成后可按照換輥計劃進行更換機架工作,其工作步驟是:

關閉軋機冷卻水,拆除進出口導衛。卸開上下輥的水管接頭。啟動打開機架的液壓鎖緊裝置.水平機架選擇“機架橫移” 使機架前進,把軋機移到操作側的極限位置。(立軋機選擇“機架提升/下降” 按鈕,使機架下降,把軋機降到下極限位置。)拔出扁頭套托架扳手固定銷,扳動托架扳手,使機架扁頭與扁頭套托架分開。扳動水平軋機“機架橫移”按鈕,使扁頭套托架后退,扁頭套與軋輥扁頭脫開,把扁頭套托架移到傳動側的極限位置(扳動立軋機按鈕,使扁頭套托架上升,扁頭套與軋輥扁頭脫開,把扁頭套托架升到傳動側的極限位置,再扳動“機架橫移”按鈕,把立軋機橫移到外側極限位置)。用天車把機架從軋線整體吊走。把新輥機架整體放到滑輥上,用橇桿轉動軋輥,使軋輥扁頭與轉動軸扁頭套位置相一致。確認軋機機架與軋線對中后,扳動水平軋機“機架橫移”按鈕,使扁頭套托架向操作側橫移(扳動立軋機“機架橫移”按鈕,使機架后退,把立軋機移到內側極限位置。再扳動立軋機“機架提升/下降”按鈕,使扁頭套托架下降)。使軋輥扁頭進入傳動軸扁頭套,直至到極限位置。啟動鎖緊裝置鎖緊機架,把水管接頭接好。安裝好導衛。,并對軋機進行輥縫,導衛進行精調.

3、更換軋槽的方法

每對軋輥上刻有多個軋槽,待軋槽生產工藝規程中規定噸位后(或軋槽損傷),要更換新軋槽。其操作方法如下:

松開出口和入口導衛,橫移到新的軋槽,對中后安裝緊固;

參考原孔型高度和工藝規程中規定值,設定新孔型的輥縫值;

調整冷卻水管的位置,使冷卻水能準確的澆在新軋槽上;

橫移軋機使新的軋槽出在軋線位置;

新軋槽應用手提砂輪機除銹,并使表面粗糙,防止軋件打滑。

4、換槽后的試軋

通常情況下,由于粗軋軋件斷面較大,軋速較低,很少出現堆鋼事故,一般不試軋小鋼,而是直接軋制。進行中軋或精軋時,為了防止打滑或調整不規范致使速度不匹配而造成堆鋼,故應試軋小鋼。

新槽常見的問題是咬鋼困難和軋件咬入后打滑,為了順利咬入第一支鋼可采取如下措施:

用砂輪打磨軋槽,除去油物并使表面粗糙,以增加摩擦力;

適當抬高新槽的孔型高度,一般可抬高0.5~1mm;

將新槽軋機的前面(上游)軋機串級降速3~5%;

關閉軋槽冷卻水,以減少軋件頭部溫降;

精軋或中軋機換槽后一般要進行試軋小鋼。其目的一是確認輥縫給定是否合理,軋件尺寸是否合乎要求;二是導衛安裝調整是否存在問題;三是增加軋槽的粗糙度及確認軋槽對軋件的咬入是否有問題。

小樣規格可由機組前飛剪取樣或事故堆鋼后留一定的小樣。其規格要求與機組前軋件尺寸要求一樣。小樣在換槽前放在加熱爐內并加熱到開軋溫度,軋機按“爬行”速度,人工逐架喂入,并用游標卡尺測量小樣的高度尺寸。

5、軋機在線調整

軋機的在線調整主要內容有:軋輥的軸向調整、軋輥的徑向調整、輥縫調整、導衛的安裝與調整、軋件的測量與調整、成品的檢查與調整。

1)軋輥的軸向調整

由于孔型車削誤差較大,軋輥安裝不良都可以導致孔型的軸向錯位(俗稱錯輥),錯輥可使軋件產生彎曲、扭轉、軋件不規范或出現耳子,引起軋槽磨損不均、軋制不穩定,嚴重時會造成機架間堆鋼和成品出現廢品等事故,所以調整工必須在機架安裝前或軋輥調整時進行檢查確認,如發現錯輥現象必須加以調整。

2)輥縫的調整

輥縫的調整是軋制工藝的重要參數之一,它的設定、調整是軋機操作的一項重要內容。特別是新換輥或換槽后的調整尤為重要。

粗軋機和中軋機輥縫的調整:粗、中軋軋機輥縫比較大,并且孔型車削時誤差較大,一般調整工應根據孔型槽底深度來調整輥縫值,孔型槽底深度可用內卡鉗來測定。調整時考慮輥縫的彈跳值,粗軋一般為1mm左右,中軋為0.5mm左右,測定的槽底深度加上輥縫彈跳則是實際軋件的紅坯尺寸。

在生產中粗中軋軋件尺寸的測量可用外卡鉗在軋件運動中測定,此時的測量值有一定的誤差,調整工應測量多次。

粗、中軋末機架的軋件尺寸也是一個關鍵值,此軋件的尺寸測量可以取1#、2#飛剪的切頭或切尾進行測量。

3)精軋輥縫的調整:

精軋輥縫的調整有兩種方法,即用塞尺塞輥縫和小圓鋼壓痕法。

塞尺調整法比較簡單,但此時測量的輥縫值還要考慮軋機的彈跳。

小圓鋼壓痕法是選用比設定輥縫值大3mm左右的較軟圓鋼,將軋機以“點動”速度空轉,手持圓鋼條,將圓鋼從輥縫處軋過,然后測量壓痕厚度,并與輥縫設定值相對照,反復調整,直到壓痕厚度與設定輥縫值相等為止。

在生產中精軋的軋件尺寸測量比較困難,一般用木印法。

燒木印是對軋件作動態檢查的簡單有效手段。其方法是用一根木條正對并直接貼在運動著的軋件上,然后取出觀察燒木的印跡形狀,從而判斷軋件的充滿程度、導衛及孔型情況。

4)軋制線的對中

生產中要求各機架軋制線處于同一直線上,機架軋制線的偏移,輕者造成孔型磨損不均,損壞導衛,重者可直接造成堆鋼事故。

軋制線的對中的含義既包括同一機架的進出口導衛與在軋孔型的對中,又包括整個機組在軋制線上的一致性。

在機架安裝過程中,每個機架軋制線的定位通常是選擇整個軋制線兩端的兩個坐標點,通過掛鋼絲的方法確定每一個軋機的坐標。使鋼絲的中心線與機架軋制線中心重合,并安裝固定機架,換輥換槽后軋制線對中可通常采用如下三種方法:

軋制線作標記法。一般在軋機底座或牌坊位置做軋制線中心坐標標記。在機架橫移或安裝過程中,是導衛中心線與標記重合。

利用光源觀察對中。一般在前一機架軋機入口導衛處設置一光源,在下一機架出口導衛出觀察,以此來確定中間機架的軋制中心線。

數據調整法:通過軋機的相關尺寸,計算出軋機與軋機底座端部之間的尺寸,再結合軋制線的尺寸計算出一對軋輥上每一個孔型中心線與軋制線間的尺寸關系,來測量調整軋制線。

5)軋制過程中的調整

軋制過程中主要的調整過程是通過檢查軋件運行及尺寸情況來判斷導衛、軋槽使用、速度調整等工藝制度是否合理,從而保證不產生堆鋼事故,同時軋出合格的產品。調整的依據是通過“觀察”、“取樣”、“木印”、“打擊”等方法獲取的。

觀察軋件在機架間咬入過程中出口是否有“抬頭”,如有則進口滾動導衛安裝過低;反之軋件頭部若有“下扎”現象,則可判斷進口滾動導衛安裝過高。觀察通條圓軋件,若存在扭轉現象,則說明進口滾動導衛導輪間隙或軋件高度尺寸過小。

通過對飛剪切頭(尾)或是碎斷軋件進行取樣可以判斷軋槽的磨損情況、導衛的使用對中及輥縫是否符合軋件尺寸要求,判斷可分下列幾種情況:

軋件兩側輥縫印的寬度尺寸不一樣,說明進口導衛安裝不正;

軋件高度尺寸合適,而寬度尺寸波動較小,說明來料斷面尺寸不足或是張力過大;

耳子,其原因是多方面的。其一是來料過大,在進入下一架軋機時引起孔型過充滿,這種情況,其軋件斷面比較充滿,軋件兩邊都有耳子;其二是本機架壓下量過大,其軋件也是雙邊耳子,并高度尺寸過小;其三是入口導衛較偏,表現為軋件一邊有耳子,一邊尺寸比較欠缺;其四是入口導衛過大或損壞,這種情況,軋后的軋件斷面不規則,兩邊帶耳子,應及時更換導衛。

折疊,一般為前某一機架出現耳子或劃傷后再經過軋制而所致,應及時查找原因。

上下不對稱(橢圓度不合適),由錯輥或是進口導衛過大造成的。

軋件上有周期性的麻面、凹坑、壓痕,是因軋槽有“掉肉”、裂紋所致。

燒木印是對軋件作動態檢查的簡單有效手段。其方法是用一根木條直接貼在運動著的紅鋼的輥縫位置,然后取出觀察燒木的印跡形象,從而判斷軋件的充滿程度、導衛及軋輥的使用情況等。

成品尺寸的調整應在上述判斷方法的基礎上按一定的方法來進行。下面介紹幾個簡單的判斷調整方法:

通過成品尺寸取樣測量或用燒木樣的方法觀察軋件寬度在整個軋件的頭、中、尾尺寸變化為大、中、小,應判斷機架間存在過大的拉鋼軋制,應及時通知主控臺盡快調整;

軋件通條尺寸變化不大,高度尺寸合適,寬度少量超差,應調整成品前孔及成品前前孔鋼料。如寬度超差量大,應進行調整整個機組的軋件尺寸;

在各道次軋件尺寸控制過程中,應在保證基本接近標準軋件尺寸的基礎上同時放大或縮小,使各道次變形均勻分配,不能存在個別道次變形大,而有的道次變形小的現象。中間道次軋件的尺寸確定可在交接班通過試軋小鋼來標定。隨著軋槽的磨損,班中輥縫調整可采用輥縫補償的辦法來進行,這樣避免了各道次間變形量的不均,從而也使主控臺操作工對軋速容易掌握及調整,使上下能結合一致。

由主控臺的實際軋制負荷及延伸系數與理論值比較來判斷各道次的變形量是否合理。

成品尺寸的橢圓度不合適,應檢查成品軋輥孔槽或進口導衛的開口是否過大。

6)機架間張力的判斷及調整

機架間張力對軋件尺寸的影響是一個很復雜的塑性力學過程。如在1號、2號孔型中產生拉鋼,即2號和1號軋機之間產生張力,此張力使沿軋制方向產生阻力減小,從而使金屬沿軋制方向的流動增加,而向寬度方向的流動減小,使軋件寬度尺寸變小。相反則得,堆鋼過程可使軋件寬度方向尺寸變大。

通過以上分析可見,當軋件尾部離開前一機架時寬度又變大了,則說明前一機架與該機架之間存在張力,因為張力一旦消失后,該機架軋件寬度就變大了。寬度變化越大,則表明張力越大,這樣調整工可通過測量或判斷軋件頭尾寬度尺寸與中間軋件寬度尺寸的變化來確定機架間是否存在張力。中間軋件寬度尺寸的變化可采用軋件兩旁(輥縫處)未軋部分的寬度來判斷?，F場具體采用兩種方式:一是用肉眼觀察,二是用燒木印來判斷,后者適用于較小尺寸的軋件。

機架間張力的大小可直接由主控臺通過電機負荷電流的變化來判斷。當軋件咬入第一根鋼后,電流值為a,若軋件咬入第二架后電流值保持不變,則無張力,當電流值發生變化時,如小于(或大于)a值,則表明一、二架存在拉鋼(或堆鋼)。

軋機在各架軋件高度得到確認后,就可以利用軋機的調速來逐架消除張力了。調整張力應首先從第一架開始,逐架向后調整。如果從末架開始調整,就有可能調好后面,再調前幾架時,又使后面的張力關系重新得以破壞,而引起事故。

可以使前一架升速,但升速應當是少量的、累進的,邊升速邊觀察該機架軋件在寬度方向上是否有所增大。升速時要注意觀察此兩機架間軋件是否有微量立活套產生。速度一直升到該機架軋件寬度符合要求為止。如果一根軋件在寬度方向上尺寸變化無規律性,則可能由于局部鋼溫不均所致;如果有周期性,則可能前面若干道次中,其中有一機架軋輥偏心轉動,或孔型上脫落一塊,俗稱“掉肉”,而引起周期性的來料大小不一致。以上情況的發生則要根據具體原因加以處理。

一般來說,調張力的主要方法是調整軋機的轉速,但是在實現這一過程之前,必須保證各機架軋件高度尺寸符合工藝要求,切不可又調轉速,同時又調輥縫,兩項調整同時進行勢必造成調整混亂。

7)常見事故分析及處理方法

表3-1列出軋機區至冷床入口常見事故的原因及處理方法。

表3-1  軋機區至冷床入口常見事故的原因及處理方法

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