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3步進式加熱爐加熱對鑄坯脫碳影響的研究及熱工制度優化
3.1步進式加熱爐加熱對鑄坯脫碳影響的研究
2011年4月, 對U75V原始狀態鑄坯和步進式加熱爐加熱后鑄坯表面脫碳深度對比分析,爐號為5D271424。其中1#鑄坯為進加熱爐前取樣,2#鑄坯為加熱后取樣。脫碳層檢驗位置見圖5,檢驗結果見表4和圖7。

1#鑄坯脫碳表面脫碳層不連續,脫碳較輕。鑄坯上表面中間部位脫碳較嚴重,脫碳最深處總脫碳層為0.6mm,鑄坯四個圓角部位脫碳明顯輕于四邊,東上圓角向西脫碳最嚴重處完全脫碳層0.08mm,其它三個圓角不存在完全脫碳層,只存在個別脫碳點。鑄坯表面其它處脫碳深度相差不大。
加熱后的2#鑄坯表面檢測部位均存在部分脫碳區和全脫碳區,且脫碳層深度較大,總脫碳層(即存在連續封閉鐵素體網區)深度均在2mm左右,完全脫碳層深度在0.5mm左右,明顯比1#鑄坯表面脫碳嚴重。由表3可見,加熱后鑄坯西側面脫碳相對嚴重,西側中部完全脫碳最嚴重,深度達0.8mm,總脫碳層約2.2mm;鑄坯上表面完全脫碳也較嚴重,都在0.6mm以上,但部分脫碳(網狀鐵素體區)相對最輕,總脫碳層在2.0mm以下;鑄坯東下圓角處部分脫碳也較輕,總脫碳層在2.0mm以下。
可見,加熱前鑄坯表面存在輕微斷續脫碳,總脫碳層最深0.6mm,而步進式加熱爐加熱后鑄坯表面脫碳明顯增加,存在連續脫碳層,各部位總脫碳層深度均在2mm左右。
3.2加熱爐氣氛研究
為了解目前鋼坯加熱爐燃燒狀況,鞍山鴻達科技對加熱爐內煤氣和煙氣進行了兩次取樣分析。化驗項目如下:H2、O2、N2、CH4、CO、CO2。利用燃燒反應前后氣體中氮含量相等的“氮平衡原理”,計算得出加熱爐各段空氣過剩系數,分析加熱爐燃燒狀況及爐內氣氛對鋼軌脫碳的影響。取樣位置及檢測結果見下表:

空氣過剩系數小于1時,證明燃燒過程中空氣供應不足(燃料過剩)。一加熱段和均熱段雖然空氣過剩系數大于1,但還存在H2、CO等可燃氣體成分,表明各段均存在不同程度的不完全燃燒現象,可能燃料與空氣在爐膛內混合不充分。
兩次檢測結果表明,只有第一次檢測二加熱段下加熱部分和第二次檢測二加熱上加熱部分煤氣在爐膛內是完全燃燒的,段內為氧化性氣氛,其余各段兩次檢測煤氣在爐膛內都是不完全燃燒的,段內為還原性氣氛。爐膛內為弱氧化性氣氛,可以降低脫碳層厚度。因此,需要提高目前加熱爐一加熱段和均熱段的助燃空氣量,以保證燃料在爐膛內充分混合燃燒。。
3.4 小結
鑄坯加熱后脫碳深度明顯增加,說明爐內氣氛、鑄坯在爐內溫度狀況等加熱工藝對鑄坯脫碳影響較大。研究表明,爐內一加熱和均熱段主要為還原性氣氛,不利于控制脫碳深度。因此,建議提高目前加熱爐一加熱段和均熱段的助燃空氣量,以保證燃料在爐膛內充分混合燃燒,得到弱氧化性氣氛,以利于降低脫碳傾向。
4鑄坯噴涂涂料降低脫碳深度的研究
4.1噴涂涂料降低鑄坯脫碳深度的研究
根據有限元分析的鋼軌軌頭踏面對應的鑄坯位置,在U75V和U71Mn兩種鑄坯進加熱爐前的東側面及上部圓角和下部圓角附近噴涂涂料,并在出加熱爐后的相應鑄坯上取樣,檢測涂涂料鑄坯和未涂涂料鑄坯的脫碳深度,檢測位置見下圖5. 結果表明,兩種鑄坯噴涂涂料后脫碳深度均比未涂涂料鑄坯降低,可見,噴涂涂料降脫碳效果較好。試驗所用涂料為鞍山鴻達科技獨家生產提供。
4.1.1噴涂涂料降低U71Mn鑄坯脫碳深度的研究
2011年9月,在鞍山鴻達科技進行了U71Mn熱送熱裝鑄坯噴涂涂料效果實驗。 1#為出加熱爐后鑄坯南端取樣,未涂涂料;2#為出加熱爐后鑄坯北端取樣,噴涂涂料。檢檢結果見表5,對比分析見圖7,各試樣脫碳形貌見圖8。

可見,2#U71Mn鑄坯噴涂涂料部位總脫碳層和脫碳嚴重層均明顯小于1#未涂涂料U71Mn鑄坯。U71Mn鑄坯噴涂涂料防鑄坯表面脫碳效果顯著。
4.1.2噴涂涂料降低U75V鑄坯脫碳深度的研究
進加熱爐前在U75V鑄坯東側面及相鄰上下圓角處噴涂涂料,并在出加熱爐后鑄坯上分別取涂涂料鑄坯(加熱爐南端取樣)和未涂涂料鑄坯(加熱爐北端取樣)試樣,進行鑄坯表面脫碳層檢驗,檢檢結果見表6,對比分析見圖9,各試樣脫碳形貌見圖10。其中,3#試樣為出加熱爐后鑄坯南端取樣,噴涂涂料;4#試樣為出加熱爐后鑄坯北端取樣,未涂涂料。

3#鑄坯重點噴涂的東上圓角和東下圓角處表面脫碳明顯輕于其它處,兩塊鑄坯其它部位脫碳層數值在一定范圍內波動,未見明顯區別。可見,噴涂涂料防U75V鑄坯表面脫碳有一定效果,但效果不如U71Mn好。
4.2鑄坯噴涂涂料降低鋼軌脫碳深度的研究
4.2.1涂料篩選試驗
2011年6月鞍山鴻達科技進行了首次鑄坯噴涂涂料降低鋼軌脫碳深度試驗,此次試驗所用涂料是由鞍山鴻達科技有限公司獨家生產的,根據重軌生產工藝特點,本公司提供了兩種涂料,一種是用于熱送熱裝鑄坯的涂料,另一種是用于冷鑄坯的涂料。選擇在鑄坯進加熱爐前的輥道東側對鑄坯進行噴涂涂料,試驗過程中主要涂鑄坯東側面和東上圓角。試驗共噴涂5根熱坯和4根冷坯,其中熱坯3根涂冷涂料,2根涂熱涂料;冷坯3根涂冷涂料,2根涂熱涂料。鋼軌脫碳層檢測結果見下表9.按脫碳層0.3mm的內控標準,未噴涂涂料鑄坯合格率為0. 將質檢中心檢驗結果匯總,按內控脫碳層0.3mm標準計算合格率見表9.

上述試驗結果表明:噴涂涂料后,鋼軌對應位置的脫碳層數值均有所降低,特別是2面圓弧和踏面脫碳層內控合格率達到較高水平。9支鑄坯、23個檢驗樣的檢驗數值按內控脫碳層0.3mm合格標準判定,全斷面內控合格率為8.7%,但2面側面合格率達到43.48%、2面圓弧合格率達到69.57 %、踏面的合格率達到 86.96%。可見,噴涂涂料對降低重軌脫碳層作用較顯著。
綜合分析認為,本公司試驗的冷涂料涂在熱送熱裝鑄坯上效果更好。
4.2.2 驗證試驗
在U75V和U71Mn鑄坯東側面及其上下圓角附近噴涂涂料,隨后在其軋制的鋼軌上取樣,同時在相鄰未涂涂料鑄坯軋制的鋼軌上取樣,檢測脫碳層深度,對比分析鑄坯噴涂涂料降脫碳層效果。兩個鋼種分別進行了三次驗證試驗,試驗結果如下:
4.2.2.1 U75V鑄坯涂涂料降低鋼軌脫碳深度的研究
共進行了三次U75V鑄坯噴涂涂料試驗:具體試樣數據見下表10可見。選用新涂料后,U75V鑄坯表面涂涂料對降低鋼軌脫碳深度效果明顯。
2011年7月,用篩選試驗剩余冷涂料對18支U75V熱鑄坯進行噴涂涂試驗,踏面≤0.3mm合格率僅為22%。
2011年9月15日,用篩選試驗剩余涂料對14支U75V熱鑄坯進行再次噴涂涂試驗,踏面≤0.3mm合格率僅為7%。
2012年3月20日,用廠家提供的改進的新涂料對24支U75V熱鑄坯進行噴涂涂料試驗,踏面≤0.3mm合格率達到91%。

 

 4.2.2.2 U71Mn鑄坯涂涂料降低鋼軌脫碳深度研究
共進行了三次U71Mn鑄坯噴涂涂料試驗:具體試樣數據見下表11可見,鑄坯表面噴涂涂料,對降低U71Mn脫碳深度有明顯效果。
2011年9月11日,對9支U71Mn熱鑄坯進行噴涂涂料試驗,踏面脫碳層≤0.3mm合格率達到100%。
2012年5月10日,對按新高速軌標準生產的7支U71MnG熱鑄坯進行噴涂涂料試驗,踏面脫碳層≤0.3mm合格率達到86%。
2012年9月26日,對按新高速軌標準生產的19支U71Mn熱鑄坯進行噴涂涂料試驗,踏面脫碳層≤0.3mm合格率達到94%。同時對一根冷料進行噴涂試驗,鋼軌軌頭各部脫碳層均≤0.3mm。

 

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