轴承钢的加热工艺优化.

轴承钢的加热工艺优化

引言

兴澄特钢的126t/h步进梁式加热炉具有对钢坯进行四面加热的优点,在对大多数钢种进行加热时可以体现出高的加热效率,标准加热时间只有160min。但对轴承钢而言,则嫌炉长太短,给在连续生产中兼顾合适的加热速度和足够的扩散时间带来一定的难度。

轴承钢加热中的主要问题:

1.与其它钢种相比,轴承钢加热有其特殊性。

(1由于轴承钢的碳含量很高,因此对加热速度非常敏感,冷坯加热极易产生“鸟巢裂口”。在加热过程中,热量的传导总是由表及里的,从钢坯的表面到中心存在着温度梯度,相应地,在钢坯内部也会产生热应力。热应力作用的结果,体现为钢坯的表层受到压应力,而钢坯中心及周围一定范围的区域内会受到拉应力。当应力超过钢坯的极限强度时,就会发生开裂。热应力的大小取决于升温速度、钢坯的导热系数、比热、密度以及成分等因素,一般来说,钢坯的含碳量越高,升温速度越快,加热时产生的热应力越大。通常情况下,材料耐压强度要大于抗拉强度,因此一旦发生破坏,总是先在钢坯中心产生裂纹,再逐渐向外扩展,严重时伸展到表面造成断裂。这种情况对连铸坯更加明显,因为连铸坯中心部位是低熔点组分和杂质富集的地方,强度最低,甚至还存在拉浇时形成的间断性缩孔,所有这些都使连铸坯对加热速度比钢锭更加敏感。大断面的钢坯(锭更容易产生这种缺陷。因为这种裂缝有其特殊的形貌,人们形象地称之为“鸟巢裂口”。

(2高碳铬轴承钢对成分均匀性有很高的要求,对碳化物液析、带状、中心碳偏等成分偏析级别有严格的规定。这些缺陷在连铸坯上总是或多或少地存在着,在冶金环节除了通过对成分、过热度、拉速和配水量等方面采取措施进行控制以外,在加热炉(或均热炉中通过扩散退火也可以降低液析和带状级别。对步进梁式加热炉来说,要在连续生产中确保足够的扩散时间,有相当的难度。

2防止产生“鸟巢裂口\"的措施

2.1发挥工艺流程优势。实行热送热装

有研究认为,在550℃~--600℃以下,可以近似地将钢坯看成刚性体,用材料的弹性极限来校核温度应力和升温速度;超过这个温度后,由于材料塑性得到改善,可以通过自身的塑性变形来消除温度应力,开裂的危险将不复存在。兴澄特钢的优势之一就是工艺流程和平面布置在设计时就考虑了连铸坯直接热送。正常情况下,热送坯人炉时表面温度可达65 0℃~7o0℃,中心温度还远高于这个数值。也就是说,轴承钢如果热送,就可以基本不受加热速度的限制。几年来,轴承钢的热装比稳定在9O左右,既防止了热应力裂纹的产生,又大幅度地降低了燃料消耗。

2.2制定合理的冷坯加热工艺。

分批消化轴承钢冷坯生产轴承钢时,由于加热能力小于连铸能力,并且有些情况下连铸坯必须下线缓冷,所以有大约1O的轴承钢坯要冷态装入加热炉。在热送贯通以前的一段时间,轴承钢以冷装居多,兴澄特钢摸索出一套冷装轴承钢的加热工艺,虽然加热效率较低,但作为正常生产的一种补充,在确保产品质量和维持生产平衡方面发挥了重要作用。

2.3发挥保温炉的冷坯预热功能。提高加热炉的加热效率

兴澄特钢的多功能保温炉的功能之一,就是可以将冷坯按规定速度预热至800℃左右。做法是:先在保温炉中以合适的速度将口300inIn2轴承钢连铸坯预热到800℃,使之脱离热裂敏感区,再以热送的方式进入加热炉中进行进一步加热和扩散退火,这样加热炉的产量可以达到90t/h,较之直接在加热炉中加热冷坯,加热效率有明显的提高。并且在保温炉中进行预热是完全离线的过程,期间加热炉和整条生产线都可以按自己的节奏组织正常生产。

3积极进行设备改造和工艺优化

3.1把握连铸坯与模铸钢锭的不同

确定合理的扩散时间铸坯(锭组织中枝晶偏析可以在加热过程中通过高温扩散来缓解或消除,碳化物液析和带状是铸造时的枝晶偏析在轧材中的表现形式。传统的模铸一开坯的生产方式,通常要在均热炉或加热炉中进行3~4h以上的扩散退火。

可见,枝晶间距对扩散时间有显著影响。连铸坯在组织上与钢锭有很大的区别。模铸是自然冷却的浇铸过程,形成的枝晶比较发达;而连铸坯的结晶过程不但采用通水强制冷却的结晶器和汽雾喷淋等措施来增大过冷度,还有结晶器振动、结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌等细化晶粒的手段,因此,最终组织的枝晶间距远小于模铸组织。基于以上的分析,在确定轴承钢加热工艺时遵循一个原则:在达到普通钢种加热条件后,再在高温(1190℃环境中停留约2h。几年来的实践证明,现行工艺可以保证液析基本稳定在0级,带状也控制在1.5~2.0级范围内。

3.2针对轴承钢热送的加热特点

进行加热炉设备改造兴澄特钢得天独厚的热送条件,在确保轴承钢质量上发挥了重要作用。由于不必受加热速度的限制,在20m的有效炉长内,设法提高加热段乃至预热段的温度,让钢坯的补热升温过程在加热炉的一半多一点的行程内完成,尽量提高扩散退火时间在总加热时间里的份额。为此,进行了多项设备改造:

(1在预热段增设6支预热段烧嘴,强化供热,提高预热段温度。鉴于炉子宽而短,烧嘴又只能布置在侧墙上,故开发了专门的燃烧装置,此装置有较大的供热能力(250kg/h,火焰细长,适应了炉型特点和工艺要求,同时还可对这组烧嘴进行独立的自动控制。投用后,预热段重油流量控制在1100kg/h,温度比原来提高120℃~2OO℃。

(2原来的炉尾部端墙和高温烟道采用的是轻质浇注料,使用温度不能适应新的温度要求。2 000年9月,利用年修的机会,用浙江省德清耐火纤维喷涂有限公司提供的高铝一含锆纤维复合喷涂结构进行了更换,不但满足了工艺要求,还使炉子外壁温度由8O℃下降到5O℃。

(3预热段温度提高后,炉子排烟温度也相应提高(超过900℃,为保护换热器,又对换热器进行改造,将保护管组面积增加了5O。在上述工艺实施后,用数学模型对轴承钢坯在炉内的加热过程进行了实时测算,结果表明,每支钢坯在1100℃以上的扩散时间在90~100min。连铸的过热度、拉速、振幅和振频、电磁搅拌强度和位置,甚至炼钢的成分控制也都对加热有显著的影响。另外,热送人温度是对加热质量举足轻重却常常被忽略的问题,人炉温度越高,在同样加热时间和温度制度下,扩散时间就越长,对降低碳化物液析和带状的级别就越有利。