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          軋鋼基礎知識學習(四)
            發布時間:2020年02月25日 點擊數:

          加熱爐的原理

            1、目的

          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。空氣過剩則煙氣量大,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。總的烘爐時間為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。總的烘爐時間為2天,時間富裕可以延長到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。總的烘爐時間約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。 

          來源:軋鋼之家

           

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