厚板热处理炉辊结瘤缺陷的分析及改进

厚板热处理炉辊结瘤缺陷的分析及改进（宝钢分公司厚板厂沈大良）摘要：本文介绍氮气保护、辐射管加热辊底式热处理炉辊面结瘤对热处理产能和钢板下表面质量的影响，分析炉辊表面结瘤的原因，并结合实际生产提出控制与减少炉辊结瘤的有效措施。

关键词：辊底式热处理炉结瘤氧化铁皮抛丸1. 前言宝钢厚板厂1#热处理炉是从德国LOI引进的，采用氮气保护、辐射管加热的辊底式热处理炉，可用于正火、淬火和回火等热处理工艺，是目前国内最先进的热处理炉。

2005年3月投产至今，厚板厂热处理线已生产奥运工程用钢、央视大楼用钢、石油储备用钢、核电用钢等重大工程用钢。

但是经过长时间生产后，2005年10月热处理炉辊出现辊面结瘤现象，使得钢板下表面出现凹坑等质量缺陷，造成钢板大面积修磨，影响了热处理线的正常生产，极大的影响了热处理线的产能发挥。

基于上述情况，对炉辊结瘤原因进行相应的分析，并制定相应的处理措施，以控制炉辊结瘤情况的发生，保证热处理线的稳定生产。

1.1. 1#热处理炉主要技术参数(1) 炉体结构：总长：63220mm、有效长度：59740mm、内宽：5100mm、内高：2600mm(2) 炉辊：数量：109根、外径：380mm、有效长度：5100mm、间距：580mm(3) 辐射管：直套管式，共268根(4) 工艺技术参数：产品规格：5－150mm×900－4800mm×3000－26000mm加热温度范围：450－950℃1.2. 炉辊的概述及工艺要求1#热处理炉辊道设计加热钢板的最大温度是975℃，为了适合运输，热处理炉安装有144根辊道，辊道间距580mm。

辊道外径380mm，壁厚30mm。

辊道材质DIN1.4852是25%Cr、35%Ni和1.5%Nb合金钢，适合工作温度，采用离心铸造，辊道内外经过机械加工，然后再进行氧化处理。

辊道用齿轮电机和万向轴单独传动，每个齿轮电机用一个变频器控制以达到要求速度，热处理工艺和钢板传输通过热处理炉要求进行辊道加速。

热处理炉主炉区辊道速度能够在0.25—20m/min变化，钢板厚度超过75mm 在回火处理时需要降低温度，在热处理炉内摆动生产。

炉区辊道传动功率为144×4.0kw，缺陷辊道更换用特殊换辊道架移动更换，辊道更换只能在热处理炉冷却情况下进行。

2 炉辊表面结瘤原因探析2.1.钢板下表面质量缺陷2005年10月份，经1#热处理炉的正火钢板下表面发现凹坑缺陷，见图1和图2。

钢板5A14089100和5A14091100采用并排模式进行热处理，钢板5A14089100由于1#热处理炉采用氮气保护、辐射管进行加热，整个炉体是密封的且密封性能良好，因此，主要从以下2个方面对下表面缺陷原因进行分析：1)异物粘结在辊面上形成结瘤；2)氧化铁皮堆积形成结瘤。

2.2.炉辊结瘤机制炉辊结瘤主要有两种机制[1]：一种是高温时，钢板和炉辊在相互滑动下，发生机械摩擦作用，钢板表面的氧化物、铁屑等在炉辊表面粘结聚集形成的；另一种机制是由于辊子本身磨损氧化，炉辊表面的氧化物附着聚集形成的。

两种结瘤机制，都经历了形成瘤核和聚集长大两个过程。

聚集长大是一个层层累积的过程，因此表现在瘤状物的形貌上就出现了可以层层剥离的现象。

当形成的瘤状物与辊面发生轻微的熔融、扩散和合金化现象后，部分瘤状物牢固粘附于辊面成为划伤的危害物；另一部分瘤状物熔融后脱落附着于带钢表面，成为所说的“异物压入”缺陷。

2.3.炉辊结瘤原因分析通过对炉辊表面的大量结瘤物观察发现，炉辊表面结瘤主要分为两种形式：一是炉辊表面有呈堆积状的氧化铁皮，剥落后可发现为层状堆积，结瘤物由约几十层氧化铁皮堆积而成如图3所示。

二是结瘤四周无明显氧化现象，结瘤物为长条状且连续，表面光亮，如图4所示，层状堆积不明显。

通过上述可以推断，炉辊结瘤是由局部氧化铁皮或异物粘附，随着装炉量的增加不断积累，长时间后在炉辊表面形成又硬又致密的结瘤。

在高温状态下，由于钢板表面软化，较厚钢板2.3.1.氧化铁皮的来源氧化铁皮带入炉内的主要渠道是抛丸过程，通过对抛丸后钢板的下表面检查，发现部分钢板的下表面存在漏抛或除锈率不合的现象（见图5）。

此外，由于4#翻板机未投入使用，无法对钢板进行抛丸后表面检查作业，使得未抛净的氧化铁皮随钢板进入炉内。

由于未抛净现象主要出现在钢板宽度方向自基准侧约2.4m起，当钢板进入热处理炉后，使得炉辊传动侧的辊面结瘤尤为严重。

2.3.2.异物的来源厚度50mm以上的钢板在热处理前需要进行火切作业，以切除钢板的头尾、边部或取样等。

火切后热处理钢板表面存在熔渣或氧化铁皮等缺陷（见图6），当钢板在炉内加热时，熔渣或氧化铁皮脱落（见图7），部分附着在炉辊的表面，长时间后，在钢板重量3 .改进和预防措施3.1 .优化抛丸参数设定3.1.1.抛丸标准①.适用范围No.1抛丸机组处理钢板的规格标准。

②.作用No.1抛丸机位于中转跨，用于轧后钢板的抛丸处理。

No.1抛丸机对需要热处理的钢板进行抛丸处理，也可对要求抛丸交货的钢板进行抛丸处理。

其主要目的是通过对钢板表面的抛丸处理，去除钢板表面的氧化铁皮，使钢板在进入热处理炉时尽可能少地影响热处理后钢板的表面质量。

③.处理钢板的规格标准④.设备参数3.1.2.①.适用范围No.1抛丸机组钢板表面的除锈率规定。

②.投射量③.除锈率管理项目ⅰ.普通钢板采用”PLATE MODE”模式，LP形板采用“PIPE MODE”模式。

ⅱ.投射量/电流的设定每次作业开始时检查，下表列出的常用电流值。

若不符合上述电流值，通知设备人员进行调整。

ⅲ.抛头打开数量ⅳ.投射密度）处理宽度（）辊道速度（使用抛头数）投射量（）＝投射密度（m m/min kg/min kg/m 2⨯⨯ 投射密度越大，除锈效果越好。

下表为抛丸密度的设计值及常用值，在每次作业开始时检查辊道速度。

④ 除锈率标准：95%以上，检查方法：目测法。

⑤ 异常处理当除锈率异常时，向上级报告，并按照下述情况进行处理。

ⅰ.特殊钢板除锈率不良的情况由于特殊规格尺寸限制，导致除锈率不良时，需要再次抛丸。

ⅱ.非特殊钢板除锈率不良的情况对非特殊钢板除锈率不良的情况，一般需要对目视检查不合的钢板进行再抛丸处理。

异常原因未查明前，调整抛丸电流、辊道速度，在确保除锈率的情况下进行抛丸作业。

⑥ 异常原因追查顺序3.1.3.规范抛丸后钢板除锈率检查为加强对抛丸后钢板表面除锈率情况的管控，对采用硫酸铜法检查抛丸后钢板除锈率作业作如下规定：1.采用硫酸铜法检查抛丸后钢板除锈率的作业频率暂定为每两周一次，检查时间为每周二早班，如遇定修顺延至定修结束后的第一个早班（节假日除外），如有特殊要求需增加检查的，由质检站技术组另行通知。

2.每次对1#、2#抛丸机抛丸后的钢板各做一块上、下表面的除锈率检查，检查结果填写《除锈率测量报告》，做过除锈率检查的钢板需再追加一次抛丸作业。

3.当班将《除锈率测量报告》交至质量管理组，由质量管理组负责记录的收集整理。

4.如第一次除锈率检查结果不合，及时通知精整当班作业长，对钢板追加再抛丸及再次除锈率检查，并将检查结果反馈精整。

针对抛丸后钢板表面存在漏抛或除锈率不合格等现象，其主要原因在于部分抛头喷射角度偏差及抛丸速度不匹配。

对此，调整相应抛头的喷射角度，使得在抛丸过程中抛头可以覆盖整个钢板表面，杜绝漏抛现象的发生。

同时，对钢板抛丸速度进行相应的调试，根据抛丸后表面质量优化抛丸速度的设定，确定最佳抛丸速度为3.4m/min，用于抛丸生产过程，从而得到合格的抛丸表面质量。

3.2. 增加抛丸后翻板检查和修磨工序当抛丸工序完成后，对钢板进行翻板作业，检查钢板的上、下表面质量情况，包括表面除锈率或粗糙度等。

对于表面质量不合的钢板重新追加抛丸工序，以保护热处理炉辊。

对于抛丸后钢板表面的熔渣或氧化铁皮等缺陷，追加修磨工序，清除钢板表面的熔渣或氧化铁皮等，防止熔渣等进入炉内，从而有效杜绝了炉辊结瘤情况的发生。

3.2.1.热处理后结瘤缺陷钢板的抛丸试验为解决热处理后结瘤缺陷钢板修磨面积大导致劳动强度上升，影响物流的状况。

同时充分利用抛丸机设备能力，摸索新的质量修缮方法，特开展热处理后结瘤缺陷钢板的抛丸试验。

适用钢板：淬火（Q）后表面存在大面积结瘤缺陷需修磨处理，并且钢板后面还有热处理工序（一般为回火（T））的钢板。

1.确认钢板表面的结瘤凹坑深度（可以通过局部修磨或采用百分表测量的方式确认）；2.通知精整当班对钢板再抛丸（不追加新的C1工序）；3.抛丸后再次由当班人员检查确认表面结瘤凹坑深度，并对预定C1工序进行判定。

如果缺陷已去除，则钢板正常流向下工序，如果缺陷未去除，则需进行修磨处理，修磨后按正常流程判定；4.填写《结瘤缺陷抛丸处理实绩记录表》，并交质量管理组汇总；5.为便于跟踪，结瘤缺陷抛丸试验原则上不交班处理。

3.2.2. 规范结瘤缺陷的判定及处理热处理后的钢板应重点关注结瘤缺陷，缺陷周期为1210mm，形貌如下图所示：结瘤缺陷结瘤缺陷的判定及处理注意事项：1.结瘤面积较小、深度较浅时应通过修磨去除；当缺陷修磨后面积超过判定基准或修磨后钢板厚度低下限时，应按照相应标准进行判定；2.当热处理钢板下表面存在圆形或椭圆形，深度不一的凹坑时，应确认缺陷是否存在周期性，无法测量周期的，及时对钢板进行翻板检查确定。

如确认为结瘤缺陷，应及时告知班长、作业长，由当班作业长联络精整现场确认并制定控制措施。

3. 对存在结瘤缺陷的钢板，必须填写《热处理钢板结瘤缺陷记录表》（编号：AHE0-07108-01）见附表1.此外，在日常生产中为防止辐射管破裂等原因造成炉内氧化，采用进、出料区域的2个氧分析仪对炉内气氛进行在线监测。

一旦发现炉内氧含量突破临界值时，立即组织检查并更换破损辐射管。

定期组织对辐射管进行翻转，检查辐射管的燃烧质量，及时调整空煤比，保证辐射管均匀燃烧，避免烧裂、烧穿等现象，延长辐射管使用寿命[2]。

当氧含量较高且无辐射管异常时，增大炉内氮气的供给，降低氧含量，减少炉内氧化发生的可能性。

4 .结束语综上所述，通过对辊底式热处理炉辊面结瘤进行了分析，揭示了其结瘤机制，即高温下，钢板和炉辊在相互滑动的机械摩擦作用下，钢板表面的氧化物等在炉辊表面粘结、聚集，层层叠加长大。

在其后的过程中，瘤状物和辊面会发生轻微熔融，从而牢固粘附于辊面，造成了钢板划伤缺陷。

针对结瘤原因，通过优化抛丸参数设定抛丸后钢板存在漏抛或除锈率不合格等现象，增加抛丸后翻板检查和修磨工序，以及严格控制炉内氧含量等办法，有效解决辊面结瘤问题，保证了热处理线的正常运行，减少了后续修磨工序的工作量，提高了工作效率和热处理炉的产能。

附表1:编号：AHE0-07108-011#□ /2#□热处理炉钢板结瘤缺陷记录表注：1. 热处理炉号在标题中用“√”选择，1张记录表上应记录同一热处理炉的钢板。