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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
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到設(shè)定的目標要求，同時為使用者提供能達到熱處理鋼板特定性能要求的最大的操作靈活性。
在設(shè)計制造高強度特殊鋼板淬火-回火設(shè)備中,一個關(guān)鍵的因素就是把爐子和淬火設(shè)備完美、和諧地結(jié)合為一個整體，在自動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到鋼板處理之后所要達到的規(guī)定性能。實際上對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確地達到理想的爐子溫度，使爐子的能源效率更高;
4) 采用先進的人機界面(HMI)進行物料全自動跟蹤控制;
5) 快速精確地控制淬火機的水流量;
6) 動態(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，使力學性能更均勻;
7) 預(yù)測鋼板加熱和淬火的溫度曲線。
生產(chǎn)線的設(shè)計要求靈活可靠，這對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)：例如時間和溫度狀況達到滿足之前，控制系統(tǒng)將不會允許這塊鋼板開始進行淬火和回火處理，從而保證了鋼板在爐子內(nèi)的停留時間，不會過短或過長。
作為整個控制系統(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最近引進了一套程序，可根據(jù)不同的鋼材牌號提前預(yù)測其處理后產(chǎn)品的性能。也就是說，以組織的體積分數(shù)(馬氏體、貝氏體和/或鐵素體/珠光體)比例為計算的基礎(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-回火后可以達到的性能預(yù)測信息(例如硬度分布、耐磨性能等)。
離線模型僅僅基于與數(shù)據(jù)庫的信息進行比較的計算，而不是基于逐步接近所需結(jié)果的經(jīng)驗值。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)線所需的時間縮短幾個月。
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。
對于不同的材料和應(yīng)用條件，每個處理階段都有相應(yīng)的規(guī)定，在TTT(時間-溫度-轉(zhuǎn)變)曲線圖中都有表示。在單件處理時，通常可以只考慮這些處理過程的時間段而不會有任何問題。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)計和制造有許多問題需要考慮，這是相當大的挑戰(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3mm，最厚達250mm)，長度范圍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、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)線中的淬火機有固定式和連續(xù)式兩種不同類型。
固定式淬火機
固定式淬火機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10t/h。淬火段長度很短，很容易和現(xiàn)有的生產(chǎn)線結(jié)合在一起。
固定式淬火機每次只能淬一塊鋼板，淬火機的長度比需要淬火的最長鋼板稍長一點。鋼板快速出爐，被輸送到淬火機內(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，這是一個非常重要的指標。為了達到這個目的，噴水方式必須是均勻覆蓋整個鋼板表面，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
當產(chǎn)量要求比較高時，一般采用輥底式爐和連續(xù)淬火機。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，總能滿足他們各自的要求。
淬火機安裝在爐子出口處，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。高級的工藝模型控制噴出的冷卻水量。
沿著鋼板運行的方向，連續(xù)淬火機分成高壓段和低壓段。鋼板在淬火機中的運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中的運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達到的。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的時間內(nèi)，以極高的冷卻速率對鋼板進行冷卻。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。
為了達到整個鋼板表面的平整度，在鋼板通過淬火機前，設(shè)定淬火機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，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)淬火機的主要優(yōu)點是單位水流量更大，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性能，工藝性能大幅度提高。
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