CN101144116A - 控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨制造技术领域中控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,用于铸坯加热过程中控制铸坯表面生成氧化铁皮结构,其步骤为:根据扎制工艺,将坯料分组依次顺序送入加热炉预热段进行预热;然后通过第一加热段加热,第二加热段加热,均热段均热保温,达到轧制温度后出炉轧制。通过对坯料加热时间、温度和气氛的控制,使加热铸坯靠近钢基体表面的氧化铁皮结构中氧化亚铁松散层厚度小于50%,其余致密层大于50%,使轧制出来的钢轨表面脱碳层深度控制在0.3mm内,钢轨表面凹凸不平度小于或等于0.2mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨制造技术领域,特别是涉及一种钢轨制造中控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法。
背景技术
随着铁路运输向高速、重载发展,对钢轨表面提出了不仅要光滑、平整,而且又要耐磨的越来越高要求,生产制造工艺尤为苛刻,经过反复工业试验,通过控制钢轨制造过程在炉内加热的坯料温度、时间、气氛,能降低钢轨表面脱碳层深度,减小钢轨制造加热过程表面氧化铁皮底层FeO的厚度,使坯料出加热炉后能有效地通过高压水除鳞除去表面粘着的氧化铁皮,提高钢轨表面质量。该领域以中村峻之为代表的日本专家,对炉生氧化铁皮的结构、形成及去除进行了大量研究,主要文献有:①板坯加热时氧化铁皮的高温剥离性,铁と钢1993(3)。②Si、Mn元素对厚板上的高温氧化铁皮的特性影响,铁と钢1992(5)。③关于热轧前板坯除鳞研究,铁と钢1980(10)。④微量Ni对加Si热轧钢板高压喷水除鳞影响,铁と钢1996(1)。在现有技术中,对铸坯表面除鳞,国内外都采用高压水除鳞、机械法除鳞、化学法除磷、轧制除鳞和气体除磷等,主要集中在增加喷水压力、提高除鳞道次、完善、强化除鳞设备上。
然而生产实践表明,铸坯加热除鳞效果与钢种、工艺及铸坯表面生成的氧化铁皮结构密切相关,即相同的钢种在不同的生产工艺条件下,除鳞效果是不同的。当轧制高速轨时,由于精度尺寸要求严格,轧制一批料后,需要停下来磨辊,并进行尺寸精度核对,然后再进行轧制。这种周期性的变化,轧制的重轨表面有时出现麻坑,脱碳层深度达0.5mm左右。工业试验研究发现,当轧制节奏波动,轧钢停轧,加热炉就待轧,一旦待轧,加热炉加热好的坯料就要及时作降温处理。当待轧时间超过20min或更长时,步进梁加热炉两块坯料之间留有一定的间隙,下加热供入炉内的煤气燃烧,在浮力作用下,高温气体向上加热炉膛漂移,操作工将上加热燃料阀门关到最小值,即报警安全线,上加热的炉温仍不能降下来,此时,只好增加上加热空气量,进行坯料降温,从而导致炉内呈强氧化性气氛,加热坯料脱碳层深度增加,烧损严重。同时氧化铁皮厚度增加,使靠近钢基体的底层FeO厚度大于50%,当坯料出炉经高压水除去表面氧化铁皮时,基体上仍粘有一层FeO,虽然高温状态下肉眼看不到,等到了轧线,随着坯料轧制过程温度的降低,很明显可以看到钢轨表面那层一次炉生氧化铁皮即FeO大量下落。FeO的存在,随着轧钢过程的进行,与二次氧化铁皮一起粘结在轧辊表面,当粘结量达到一定程度后,造成轧辊表面凹凸不平,使粘结物压入钢轨表面,从而引起钢轨表面麻点缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有效控制钢轨表面生成氧化铁皮结构、提高钢轨表面质量的控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,加热过程包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段,其特征在于:
A、根据轧制工艺,将坯料分组,每组坯料的个数为n=(S1+S2)/(l1+l2),其中n为四舍五入后的整数,每两组坯料之间空位的距离为L′=(5~7)×(l1+l2),分组后的坯料依次顺序送入加热炉预热段进行预热;
其中,S1表示第二加热段的长度,S2表示均热段的长度,l1表示坯料的宽度,l2表示两坯料之间的距离;
B、预热后的坯料进入第一加热段加热,炉温为1000~1150℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8~1∶2.0,坯料出炉的温度为630~750℃;
C、通过第一加热段加热后的坯料进入第二加热段加热,炉温为1240~1280℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9~1∶2.0,坯料出炉的温度为1100~1180℃;
D、经过第二加热段加热的坯料进入均热段均热保温,炉温为1220~1260℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.6~1∶1.8,坯料出炉的温度为1180~1220℃。
在步骤B中的第一加热段加热时,如果待轧时间大于等于20分时,空气进气口关闭,燃气进气口关闭95%。
在步骤C中的第二加热段加热时,如果待轧时间大于等于20分时,控制炉温在1100℃~1220℃之间。
在步骤D中的均热加热段加热时,如果待轧时间大于等于20分时,控制炉温在1000℃~1220℃之间。
本发明的有益效果是:坯料加热过程生成的氧化铁皮结构,松散层氧化亚铁厚度较薄,致密层较厚,当坯料出炉后表面冷却产生的热应力在氧化铁皮内部形成裂纹,一直延伸到钢的基体表面,能有效降低氧化铁皮在钢基体表面的附着力。坯料进入除鳞箱除鳞,炉生的底层一次氧化亚铁松散层在高压水压力和热应力的作用下,就能完全从钢的基体表面被除去。这种铸坯加热方法能够将钢轨表面脱碳层深度控制在0.3mm以内,钢轨表面凹凸不平度小于或等于0.2mm,为钢轨使用要求更为苛刻的高速铁路提供优质钢轨,同时减少磨辊时间,提高轧钢作业率。
附图说明
图1是本发明中加热设备剖面示意图。
图中的部件及其标记为:预热段1、第一加热段2、第二加热段3、均热加热段4和坯料5。
具体实施方式
如图1所示,控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,加热过程包括预热段1、第一加热段2、第二加热段3和均热段4,其步骤为:
A、根据轧制工艺,将坯料5分组,每组坯料的个数为n=(S1+S2)/(l1+l2),其中n为四舍五入后的整数,每两组坯料之间空位的距离为L′=(5~7)×(l1+l2),分组后的坯料5依次顺序送入加热炉预热段1进行预热,其中,S1表示第二加热段3的长度,S2表示均热段4的长度,l1表示坯料的宽度,l2表示两坯料5之间的距离。每组坯料的长度与第二加热段3和均热段4的长度相等,是为了控制整组坯料的加热温度,在预热段预热的坯料表面温度不会迅速上升,随着加热时间的延长,坯料继续向前走,上个周期的坯料继续出炉轧制,当上个周期的坯料轧完后,该周期最先装入炉内的坯料已走到加热炉均热段入口,其温度尚未达到出炉轧制温度,这时操作工就能根据轧线的轧制节奏,通过两组坯料之间的距离,对炉膛各段温度进行调整控制,以适应轧制节奏的需要,确保坯料的加热温度始终处于上升状态,而不是升高了以后再降温。
B、预热后的坯料5进入第一加热段2加热,炉温为1000~1150℃,加热炉燃烧控制采用自动***,根据煤气热值7527~8782KJ/Nm3,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8~1∶2.0,坯料5出炉时的温度为630~750℃,正常生产情况下,按操作规程规定的炉温,供给加热炉热负荷,当轧制节奏慢,按操作规程规定的中下限炉温1000~1100℃控制。待轧时间大于或等于20min,空气开关全关,煤气开关关闭95%,留5%的开度;
C、通过第一加热段加热后的坯料5进入第二加热段3加热,炉温为1240~1280℃,根据煤气热值7527~8782KJ/Nm3,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9~1∶2.0,坯料5出炉时的温度为1100~1180℃,当轧制节奏正常时,按操作规程规定的炉温,供给加热炉热负荷,若轧制节奏慢,按操作规程规定的下限炉温1240℃,供给加热炉热负荷。待轧时间大于或等于20min,减少煤气流量,控制炉温小于或等于1220℃;
D、经过第二加热段加热的坯料5进入均热段4均热保温,炉温为1220~1260℃,根据煤气热值7527~8782KJ/Nm3,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.6~1∶1.8,坯料5出炉时的温度为1180~1220℃,当轧制节奏正常时,按操作规程规定的炉温,供给加热炉热负荷,若轧制节奏慢,按操作规程规定下限炉温1220℃,供给加热炉热负荷,待轧时间大于或等于20min,减少煤气流量,控制炉温小于或等于1220℃;
坯料经过加热炉预热段和一加热段,受炉气加热,炉温及表面温度低,表面氧化较轻,当经过一加热段、二加热段进入均热段时,随着炉温及表面温度的迅速升高,坯料迅速被加热到1180~1220℃,然后由出钢机将坯料取到炉前辊道,辊道送坯料经过除鳞机用高压水将表面氧化铁皮去除,进入后续轧钢工序作业。当一组坯料轧完后,加热炉步进梁继续步进,把后一组坯料一直送到加热炉均热段出口,各段热负荷按正常生产条件下供给加热炉,此时,轧线停轧约30min,进行设备检查,磨辊,随后又进入下一个周期生产。
这种生产工艺加热的坯料,表面氧化铁皮底层FeO厚度小于整个氧化铁皮层的50%。由于钢基体表面生成的FeO内部存在大量气孔,结构松散,出炉后表面冷却产生的热应力在氧化铁皮内部形成裂纹,被松散层厚度所缓解,使裂纹不能延伸到钢的基体表面,来降低氧化铁皮的附着力。当FeO厚度较薄时,整个氧化铁皮厚度上的致密层相对较厚,坯料进入除鳞箱除鳞,炉生的一次氧化铁皮在高压水压力和热应力的作用下,就能完全从钢的基体表面被除去,从而大大降低了轧辊表面粘结的氧化铁皮。同时坯料在炉内的加热过程,控制了加热时间、温度和气氛,尤其是高温状态的加热时间,表面氧化铁皮厚度显著减薄,氧化烧损降低,钢轨表面脱碳层深度得到明显控制,从原有工艺的0.4~0.5mm降到0.3mm以下。
实施例1
制造钢轨坯料的断面尺寸为280×380mm,由加热炉装钢机分组依次装入炉内,两坯料之间留有170mm的间隙,每组有26支坯料,每组坯料之间留有2750mm的距离,通过加热炉的进步梁一次步进550mm的距离为周期,根据轧制节奏,把坯料从加热炉入口送入预热段预热,在预热段的炉温为600℃;预热后的坯料通过进步梁进入第一加热段进行加热,第一加热段的炉温为1150℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶2.0;通过第一加热段加热后的坯料进入第二加热段加热,第二加热段的炉温为1280℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶2.0;经过第二加热段加热的坯料进入均热段均热保温,这时均热段的炉温为1260℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8。出炉时坯料的温度为1210℃,由出钢机将坯料取到炉前辊道,辊道送坯料经过除鳞机用高压水将表面氧化铁皮去除,进入后续轧钢工序作业。当26支铸坯轧完后,轧线停轧约30min,进行设备检查,磨辊,随后又进入下一个周期生产。此时,加热炉步进梁继续步进,把后续铸坯一直送到加热炉均热段出口。各段热负荷按正常生产条件下供给加热炉。该加热工艺轧制出来的钢轨表面脱碳层的深度最深为0.25mm,钢轨的表面凹凸不平度最大为0.15mm。
实施例2
制造钢轨坯料的断面尺寸为280×380mm,由加热炉装钢机分组依次装入炉内,两坯料之间留有120mm的间隙,每组有29个坯料,每组坯料之间留有3500mm的距离,通过加热炉的进步梁一次步进500mm的距离为周期,根据轧制节奏,把坯料从加热炉入口送入预热段预热,在预热段的炉温为570℃,当坯料通过进步梁送到预热段末尾时,加热炉待轧30min。此时,应控制第一加热段的炉温为1000℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9;第二加热段的炉温为1240℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8;均热段的炉温为1200℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.7。待轧结束后,铸坯继续由一加热段进入第二加热段加热,第二加热段的炉温升高到1250℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9;经过第二加热段加热的坯料进入均热段均热保温,这时均热段的炉温为1230℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.7。出炉时坯料的温度为1220℃,由出钢机将坯料取到炉前辊道,辊道送坯料经过除鳞机用高压水将表面氧化铁皮去除,进入后续轧钢工序作业。当29支铸坯剩余支数轧完后,轧线停轧约30min,进行设备检查,磨辊,随后又进入下一个周期生产。而加热炉步进梁继续步进,把后续铸坯一直送到加热炉均热段出口。此时,加热炉各段热负荷按正常生产条件下供给。该加热工艺加热的铸坯,轧制出来的钢轨表面脱碳层的深度最深为0.28mm,钢轨的表面凹凸不平度最大为0.18mm。
实施例3
制造钢轨坯料的断面尺寸为450×360mm,由加热炉装钢机分组依次装入炉内,两坯料之间留有170mm的间隙,每组有23个坯料,每组坯料之间留有4340mm的距离,通过加热炉的进步梁一次步进620mm的距离为周期,根据轧制节奏,把坯料从加热炉入口送入预热段预热,在预热段的炉温为580℃;预热后的坯料通过进步梁进入第一加热段进行加热,这时加热炉待轧60min,应控制第一加热段的炉温为1000℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9;第二加热段的炉温为1220℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8;均热段的炉温为1200℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.7。待轧结束后,铸坯继续由一加热段进入第二加热段加热,第二加热段的炉温为1230℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9;经过第二加热段加热的坯料进入均热段均热保温,这时均热段的炉温为1230℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.7。出炉时坯料的温度为1220℃,由出钢机将坯料取到炉前辊道,辊道送坯料经过除鳞机用高压水将表面氧化铁皮去除,进入后续轧钢工序作业。当23支铸坯剩余支数轧完后,轧线停轧约30min,进行设备检查,磨辊,随后又进入下一个周期生产。而加热炉步进梁继续步进,把后续铸坯一直送到加热炉均热段出口。此时加热炉各段热负荷按正常生产条件下供给。该加热工艺加热的铸坯,轧制出来的钢轨表面脱碳层的深度最深为0.3mm,钢轨的表面凹凸不平度最大为0.2mm。
Claims (4)
1.控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,加热过程包括预热段(1)、第一加热段(2)、第二加热段(3)和均热段(4),其特征在于:
A、根据轧制工艺,将坯料(5)分组,每组坯料的个数n=(S1+S2)/(l1+l2),其中n为四舍五入后的整数,每两组坯料之间空位的距离L′=(5~7)×(l1+l2),分组后的坯料(5)依次顺序送入加热炉预热段(1)进行预热;
其中,S1表示第二加热段(3)的长度,S2表示均热段(4)的长度,l1表示坯料的宽度,l2表示两坯料(5)之间的距离;
B、预热后的坯料(5)进入第一加热段(2)加热,炉温为1000~1150℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.8~1∶2.0,坯料(5)出第一加热段(2)的温度为630~750℃;
C、通过第一加热段加热后的坯料(5)进入第二加热段(3)加热,炉温为1240~1280℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.9~1∶2.0,坯料(5)出第二加热段(3)的温度为1100~1180℃;
D、经过第二加热段加热的坯料(5)进入均热段(4)均热保温,炉温为1220~1260℃,加热气体中空气、燃气的配比为1∶1.6~1∶1.8,坯料(5)出炉的温度为1180~1220℃
2.如权利要求1所述的控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,其特征在于:在步骤B中的第一加热段(2)加热时,如果待轧时间大于等于20分时,空气进气口关闭,燃气进气口关闭95%。
3.如权利要求1所述的控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,其特征在于:在步骤C中的第二加热段(3)加热时,如果待轧时间大于等于20分时,控制炉温在1100~1220℃之间。
4.如权利要求1所述的控制表面生成氧化铁皮结构的铸坯加热方法,其特征在于:在步骤D中的均热加热段(4)加热时,如果待轧时间大于等于20分时,控制炉温在1000~1220℃之间。
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