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1效益顯著的鋼板淬火-回火生產(chǎn)線的主要特點(diǎn)
所謂效益顯著就是以低成本、低能耗的各種熱處理工藝就能達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)要求，同時(shí)為使用者提供能達(dá)到熱處理鋼板特定性能要求的最大的操作靈活性。
在設(shè)計(jì)制造高強(qiáng)度特殊鋼板淬火-回火設(shè)備中,一個(gè)關(guān)鍵的因素就是把爐子和淬火設(shè)備完美、和諧地結(jié)合為一個(gè)整體，在自動(dòng)化控制和工藝模型使用上兩者具有同等重要的地位。只有用這樣的方法，操作人員在鋼板裝入爐以及完成熱處理之前就能確定能否達(dá)到鋼板處理之后所要達(dá)到的規(guī)定性能。實(shí)際上對(duì)每塊鋼板的性能要求有可能是不同的。
工藝模型主要包括：
1) 加熱模型，確定爐子不同區(qū)域的最佳溫度;
2) 速度設(shè)定，確保至設(shè)備出口處熱處理工藝能正確地完成;
3) 一個(gè)以能量需求為基礎(chǔ)的初步的開環(huán)溫度控制功能，其意圖是使得閉環(huán)溫度控制更加有效;采用這種方法可以更快更準(zhǔn)確地達(dá)到理想的爐子溫度，使?fàn)t子的能源效率更高;
4) 采用先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行物料全自動(dòng)跟蹤控制;
5) 快速精確地控制淬火機(jī)的水流量;
6) 動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝過程的參數(shù)，優(yōu)化淬火過程，提高鋼板的平整度，使力學(xué)性能更均勻;
7) 預(yù)測(cè)鋼板加熱和淬火的溫度曲線。
生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要求靈活可靠，這對(duì)于鋼板厚度差別較大的情況非常重要。例如，在爐子入口處一塊100mm厚鋼板后面跟隨的是一塊5mm厚的鋼板，那么在過程模型中所要求的爐子參數(shù)：例如時(shí)間和溫度狀況達(dá)到滿足之前，控制系統(tǒng)將不會(huì)允許這塊鋼板開始進(jìn)行淬火和回火處理，從而保證了鋼板在爐子內(nèi)的停留時(shí)間，不會(huì)過短或過長(zhǎng)。
作為整個(gè)控制系統(tǒng)不可分割的一部分，模型還考慮了淬火-回火生產(chǎn)線下游故障引起的延遲。在這種情況下，根據(jù)預(yù)期的延遲時(shí)間，將溫度降到能保證鋼板合格質(zhì)量的所需溫度。
除了在線模型以外，LOI最近引進(jìn)了一套程序，可根據(jù)不同的鋼材牌號(hào)提前預(yù)測(cè)其處理后產(chǎn)品的性能。也就是說(shuō)，以組織的體積分?jǐn)?shù)(馬氏體、貝氏體和/或鐵素體/珠光體)比例為計(jì)算的基礎(chǔ)，熱處理設(shè)備操作工可以向用戶提供有關(guān)產(chǎn)品在淬火-回火后可以達(dá)到的性能預(yù)測(cè)信息(例如硬度分布、耐磨性能等)。
離線模型僅僅基于與數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行比較的計(jì)算，而不是基于逐步接近所需結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)值。以這種方法開發(fā)的工藝做保證，可以使調(diào)試新淬火-回火生產(chǎn)線所需的時(shí)間縮短幾個(gè)月。
2 鋼板淬火-回火熱處理工藝
軋件及鑄件的淬火-回火熱處理工藝一般包含以下3個(gè)階段：
1) 把材料加熱至奧氏體化溫度;
2) “淬火”—即快速冷卻;
3) “回火”—即把材料再加熱到回火溫度，然后緩冷。
對(duì)于不同的材料和應(yīng)用條件，每個(gè)處理階段都有相應(yīng)的規(guī)定，在TTT(時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變)曲線圖中都有表示。在單件處理時(shí)，通常可以只考慮這些處理過程的時(shí)間段而不會(huì)有任何問題。與之相反的要求是鋼板連續(xù)熱處理生產(chǎn)線設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造有許多問題需要考慮，這是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)首先是從鋼板的尺寸開始，這是鋼板生產(chǎn)的一般性問題。鋼板的重量在20～40t之間，其寬度3～5m，而通常厚度范圍在10～15mm(盡管在一些特殊情況下，鋼板最薄可達(dá)3mm，最厚達(dá)250mm)，長(zhǎng)度范圍8～30m。現(xiàn)代化的鋼板淬火-回火生產(chǎn)線的產(chǎn)量在40～60t/h。LOI為ThyssenKrupp鋼廠建造的迄今最大的鋼板淬火-回火生產(chǎn)線的產(chǎn)量為105t/h。
3 淬火機(jī)是淬火-回火生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備
淬火處理可使鋼板具有高強(qiáng)、耐磨等特殊性能，也使鋼板表面和內(nèi)部的熱量分布變得更均勻。
LOI公司提供的淬火-回火生產(chǎn)線中的淬火機(jī)有固定式和連續(xù)式兩種不同類型。
固定式淬火機(jī)
固定式淬火機(jī)可以和周期式輥底式爐配套使用。這種配置的最大產(chǎn)量可達(dá)10t/h。淬火段長(zhǎng)度很短，很容易和現(xiàn)有的生產(chǎn)線結(jié)合在一起。
固定式淬火機(jī)每次只能淬一塊鋼板，淬火機(jī)的長(zhǎng)度比需要淬火的最長(zhǎng)鋼板稍長(zhǎng)一點(diǎn)。鋼板快速出爐，被輸送到淬火機(jī)內(nèi)，然后被緊緊地夾持住，水從鋼板的上面和下面通過噴嘴噴向鋼板。通過控制噴嘴在鋼板的邊緣和中部形成不同的噴水區(qū)，可確保鋼板具有很好的平直度，特別是薄鋼板，這是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。為了達(dá)到這個(gè)目的，噴水方式必須是均勻覆蓋整個(gè)鋼板表面，這需要噴嘴的最佳配置及高壓水的穩(wěn)定供給。
連續(xù)式淬火機(jī)
當(dāng)產(chǎn)量要求比較高時(shí)，一般采用輥底式爐和連續(xù)淬火機(jī)。從2000年開始，LOI已成功投產(chǎn)了20多套這樣的設(shè)備。每套設(shè)備都有其自身的優(yōu)點(diǎn)，總能滿足他們各自的要求。
淬火機(jī)安裝在爐子出口處，這是一種高技術(shù)產(chǎn)品，通過控制快速冷卻保證得到馬氏體組織。高級(jí)的工藝模型控制噴出的冷卻水量。
沿著鋼板運(yùn)行的方向，連續(xù)淬火機(jī)分成高壓段和低壓段。鋼板在淬火機(jī)中的運(yùn)行速度主要取決于鋼板的厚度。但是總的原則是鋼板在淬火機(jī)中的運(yùn)行速度比在前面爐子中的速度快。高壓區(qū)水的壓力大約為8～12bar;低壓區(qū)約為4bar。在大約800～500℃之間的關(guān)鍵淬火冷卻階段，冷卻速度是通過高速噴嘴向鋼板的兩面噴水來(lái)達(dá)到的。水沿鋼板寬度方向均勻地噴向鋼板，在僅有20cm的空間內(nèi)、在1～2s的時(shí)間內(nèi)，以極高的冷卻速率對(duì)鋼板進(jìn)行冷卻。第一組冷卻集管后接著的是第二組高壓噴嘴集管，水再一次從上下噴向鋼板表面。然后鋼板在低壓段冷卻到100℃左右。
根據(jù)鋼板的寬度不同，高壓段沿鋼板的寬度方向分成幾個(gè)區(qū)。使用控制和工藝模型設(shè)定各區(qū)的水流量，以保證鋼板寬度方向均勻淬火，從而獲得非常均勻的組織性能。
為了達(dá)到整個(gè)鋼板表面的平整度，在鋼板通過淬火機(jī)前，設(shè)定淬火機(jī)的上框架與鋼板的厚度相，從而保證上下噴嘴到鋼板上下表面的距離總是保持一致。隨著鋼板離開淬火機(jī)，采用氣簾去除鋼板表面殘留的水份。
除了產(chǎn)量較高外，連續(xù)淬火機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是單位水流量更大，因此冷卻速度更高。即使合金添加量很低的鋼種也能得到所要求的力學(xué)性能，工藝性能大幅度提高。
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