1效益显著的钢板淬火-回火生产线的主要特点

所谓效益显著就是以低成本、低能耗的各种热处理工艺就能达到设定的目标要求，同时为使用者提供能达到热处理钢板特定性能要求的最大的操作灵活性。

在设计制造高强度特殊钢板淬火-回火设备中,一个关键的因素就是把炉子和淬火设备完美、和谐地结合为一个整体，在自动化控制和工艺模型使用上两者具有同等重要的地位。只有用这样的方法，操作人员在钢板装入炉以及完成热处理之前就能确定能否达到钢板处理之后所要达到的规定性能。实际上对每块钢板的性能要求有可能是不同的。

工艺模型主要包括：

1)  加热模型，确定炉子不同区域的最佳温度;

2)  速度设定，确保至设备出口处热处理工艺能正确地完成;

3)  一个以能量需求为基础的初步的开环温度控制功能，其意图是使得闭环温度控制更加有效;采用这种方法可以更快更准确地达到理想的炉子温度，使炉子的能源效率更高;

4)  采用先进的人机界面(HMI)进行物料全自动跟踪控制;

5)  快速精确地控制淬火机的水流量;

6)  动态调整工艺过程的参数，优化淬火过程，提高钢板的平整度，使力学性能更均匀;

7)  预测钢板加热和淬火的温度曲线。

生产线的设计要求灵活可靠，这对于钢板厚度差别较大的情况非常重要。例如，在炉子入口处一块100mm厚钢板后面跟随的是一块5mm厚的钢板，那么在过程模型中所要求的炉子参数：例如时间和温度状况达到满足之前，控制系统将不会允许这块钢板开始进行淬火和回火处理，从而保证了钢板在炉子内的停留时间，不会过短或过长。

作为整个控制系统不可分割的一部分，模型还考虑了淬火-回火生产线下游故障引起的延迟。在这种情况下，根据预期的延迟时间，将温度降到能保证钢板合格质量的所需温度。

除了在线模型以外，LOI最近引进了一套程序，可根据不同的钢材牌号提前预测其处理后产品的性能。也就是说，以组织的体积分数(马氏体、贝氏体和/或铁素体/珠光体)比例为计算的基础，热处理设备操作工可以向用户提供有关产品在淬火-回火后可以达到的性能预测信息(例如硬度分布、耐磨性能等)。

离线模型仅仅基于与数据库的信息进行比较的计算，而不是基于逐步接近所需结果的经验值。以这种方法开发的工艺做保证，可以使调试新淬火-回火生产线所需的时间缩短几个月。

2 钢板淬火-回火热处理工艺

轧件及铸件的淬火-回火热处理工艺一般包含以下3个阶段：

1)  把材料加热至奥氏体化温度;

2)  “淬火”—即快速冷却;

3)  “回火”—即把材料再加热到回火温度，然后缓冷。

对于不同的材料和应用条件，每个处理阶段都有相应的规定，在TTT(时间-温度-转变)曲线图中都有表示。在单件处理时，通常可以只考虑这些处理过程的时间段而不会有任何问题。与之相反的要求是钢板连续热处理生产线设备的设计和制造有许多问题需要考虑，这是相当大的挑战。挑战首先是从钢板的尺寸开始，这是钢板生产的一般性问题。钢板的重量在20～40t之间，其宽度3～5m，而通常厚度范围在10～15mm(尽管在一些特殊情况下，钢板最薄可达3mm，最厚达250mm)，长度范围8～30m。现代化的钢板淬火-回火生产线的产量在40～60t/h。LOI为ThyssenKrupp钢厂建造的迄今最大的钢板淬火-回火生产线的产量为105t/h。

3 淬火机是淬火-回火生产线的关键设备

淬火处理可使钢板具有高强、耐磨等特殊性能，也使钢板表面和内部的热量分布变得更均匀。

LOI公司提供的淬火-回火生产线中的淬火机有固定式和连续式两种不同类型。

固定式淬火机

固定式淬火机可以和周期式辊底式炉配套使用。这种配置的最大产量可达10t/h。淬火段长度很短，很容易和现有的生产线结合在一起。

固定式淬火机每次只能淬一块钢板，淬火机的长度比需要淬火的最长钢板稍长一点。钢板快速出炉，被输送到淬火机内，然后被紧紧地夹持住，水从钢板的上面和下面通过喷嘴喷向钢板。通过控制喷嘴在钢板的边缘和中部形成不同的喷水区，可确保钢板具有很好的平直度，特别是薄钢板，这是一个非常重要的指标。为了达到这个目的，喷水方式必须是均匀覆盖整个钢板表面，这需要喷嘴的最佳配置及高压水的稳定供给。

连续式淬火机

当产量要求比较高时，一般采用辊底式炉和连续淬火机。从2000年开始，LOI已成功投产了20多套这样的设备。每套设备都有其自身的优点，总能满足他们各自的要求。

淬火机安装在炉子出口处，这是一种高技术产品，通过控制快速冷却保证得到马氏体组织。高级的工艺模型控制喷出的冷却水量。

沿着钢板运行的方向，连续淬火机分成高压段和低压段。钢板在淬火机中的运行速度主要取决于钢板的厚度。但是总的原则是钢板在淬火机中的运行速度比在前面炉子中的速度快。高压区水的压力大约为8～12bar;低压区约为4bar。在大约800～500℃之间的关键淬火冷却阶段，冷却速度是通过高速喷嘴向钢板的两面喷水来达到的。水沿钢板宽度方向均匀地喷向钢板，在仅有20cm的空间内、在1～2s的时间内，以极高的冷却速率对钢板进行冷却。第一组冷却集管后接着的是第二组高压喷嘴集管，水再一次从上下喷向钢板表面。然后钢板在低压段冷却到100℃左右。

根据钢板的宽度不同，高压段沿钢板的宽度方向分成几个区。使用控制和工艺模型设定各区的水流量，以保证钢板宽度方向均匀淬火，从而获得非常均匀的组织性能。

为了达到整个钢板表面的平整度，在钢板通过淬火机前，设定淬火机的上框架与钢板的厚度相，从而保证上下喷嘴到钢板上下表面的距离总是保持一致。随着钢板离开淬火机，采用气帘去除钢板表面残留的水份。

除了产量较高外，连续淬火机的主要优点是单位水流量更大，因此冷却速度更高。即使合金添加量很低的钢种也能得到所要求的力学性能，工艺性能大幅度提高。

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