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大型支撑辊的差温热处理

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刘时雨

热处理行业是消耗能源的大户,其用电量约占机械工业用电量的25%~30%。在热处理生产中开展节能及环境保护工作具有十分重要的意义。

产品质量虽不是节能的直接指标,但对节能有重大影响;在保证质量的前提下,力求最少的能源消耗。现结合支撑辊差温热处理生产,简单谈谈想法。

我公司年产支撑辊近700支,总吨位两万余吨。支撑辊差温热处理决定支撑辊工作层组织、硬度、应力分布和使用性能的关键工序,是支撑辊制造技术的核心所在。近两年来,通过优化支撑辊差温热处理工艺参数、规范操作规程,支撑辊热处理质量明显提升。

1、支撑辊差温热处理参数优化

国内支撑辊差温热处理参数大同小异,都是根据支撑辊材料、辊身截面尺寸按固定工艺规范制订,见图1。

图1 支撑辊差温热处理工艺曲线

经过预热的支撑辊转入热态的差温炉后以最大的功率使炉温迅速达到960~1050℃保持,以强烈的辐射对流传热方式,使支撑辊表面快速升温,保持时间以辊面温度达到预定的淬火温度为止。然后将炉温调低,控制在高于淬火温度20~40℃的温度保温,获得所需奥氏体化层深度,而心部仍保持在相变点以下;淬火方式采用喷雾冷却。

以φ1500mm辊身45Cr4NiMoV材料辊身淬硬层深≥80mm(规范规定)为例,奥氏体化层深必须达到200mm。按图1工艺曲线,t1温度为1030℃,保持2.5h,t2温度为970℃保温2h。

现在我们根据辊身直径大小、淬硬层深度要求及实际达到的升温速度来综合考虑确定工艺参数。如果图纸辊身淬硬层深要求60mm,按此制订参数,t1温度为1030℃,保持2.5h,t2温度为970℃保温1~1.5h;每支支撑辊节省了1~0.5h高温能源消耗。

t3温度通常在480~550℃。单件支撑辊回火热处理保温时间τ4为90h,如同一热处理炉回火两件以上支撑辊,保温时间至少延长1.2倍以上。我公司支撑辊回火在台车式电炉进行,电炉虽然实现了自动化控制,但在中低温回火时因没有风机强制炉气循环,热效率低下,大大延长了工件均温时间。

为保证支撑辊回火温度下尽快均温,对于单件回火的支撑辊,采用回火2/3总时间后,出炉翻转180°;多件装炉回火的支撑辊,按最大截面制订回火时间,回火2/3总时间后,出炉翻转180°再入炉继续回火。支撑辊回火采用上述措施后,支撑辊每炉回火均保温时间缩短了10h以上。

2、支撑辊差温热处理操作规范化

支撑辊差温热处理普遍存在下述质量问题:

①辊身软带长;

②辊身端部崩边;

③辊身表面圆周方向或长度方向硬度不均;

④辊身表面存在硬点或软点;

⑤辊颈靠辊身处硬度偏低。

在操作上进行针对性规范措施:

①支撑辊高温保温阶段(t2温度)保证炉气正压,适当加大水套与辊身间距,保证辊身端部加热温度;辊身端部及辊颈喷雾时第一、二段按正常喷水冷却,减少此处蓄热量。

②支撑辊喷雾托辊由单向转动变双向转动,适当串动辊身;辊身端部第3、4段喷雾时根据端部“挂水”情况及时关水,避免过冷。

③多件回火时,件与件间至少留200mm以上间距,利于炉气循环;保温一段时间后出炉翻转180°。

④支承辊放置在喷雾托辊停置期间内严禁对应辊身处喷嘴喷水;同时控制在30秒内转动,严禁停置时间过长,造成辊身表面局部温度降低。

⑤辊颈靠辊身处包400mm宽耐火纤维毡保护,防止炉膛火焰烧到辊颈根部,产生退火现象。

1-差温炉壳;2-冷却水套;3-冷却水;4-耐火纤维毡;5-支撑辊;6-托辊;7、辊颈绝热用耐火纤维毡

图2支撑辊装炉示意图

采取上述措施后,缩短了支撑辊差温热处理周期,降低了能源消耗,而且支撑辊差温热处理质量显著提高,一次交检合格率由原来不足80%提高到95%以上,仅此一项,减少热处理返工成本400余万元(未含重新差温热处理辊身加工成本),可谓效益巨大。

热处理节能与环保工作贯穿在热处理生产的各个环节,热处理工作者还有许多事要做,包括新的工艺、材料、设备、工装辅具、系统控制、操作和管理技术等,不仅要保证产品质量、减少能源消耗、力争效益最?化,还更要注重保护环境、减少废弃物及有害物排放,保证人类可持续发展。

作者简介:刘时雨,中国第一重型机械(集团)有限责任公司。本文摘自《金属加工(热加工)》杂志