一种轴承热处理零脱碳和零增碳的控制方法与流程

1.本发明涉及热处理技术领域，更具体地说，它涉及一种轴承热处理零脱碳和零增碳的控制方法。


背景技术：

2.脱碳是指钢的含碳量减少的现象，脱碳后的钢材强度会下降并软化。增碳是指钢件在高温中表面析出碳元素的现象，出现增碳现象的钢材脆性增加。可见，在钢件的热处理中是需要尽量避免过度脱碳或过度增碳的。常规的钢件允许一定深度的脱碳层或增碳层，但是针对轴承钢而言，对增碳层和脱碳层的深度要求会更严格，目前的热处理方法仍不能做到零脱碳和零增碳。
3.目前轴承钢的热处理步骤一般采用网带炉进行，在加工的全过程始终向网带炉内充入保护气，使轴承钢始终处于保护气的环境中，防止钢件出现过度脱碳的现象，控制保护气的通入量，防止钢件出现过度增碳的现象。但是由于网带炉是敞口结构，为了控制碳势，一般的做法是控制网带炉保护气的通入量远远大于消耗量，通入网带炉内的保护气一部分在炉内燃烧损耗，部分保护气排出网带炉，其目的在于始终维持网带炉内部较高的保护气浓度。具体地，向网带炉内通入保护气的过程实际是，向网带炉内通入保护气，部分保护气在炉内燃烧损耗，部分保护气会从网带炉的进口处排出，也即网带炉内的保护气始终处于动态变化的状态，当保护气的通入量远比消耗量(即燃烧损耗量 排出量)多时，经过一段时间后，网带炉内保护气会不断积累，导致网带炉内碳势增加。理论上，当网带炉内碳势达到要求后，只要降低保护气的通入量，使网带炉内保护气处于动态平衡的状态即可维持一个稳定的碳势，但实际上保护气的通入量可以精确控制而消耗量难以控制，从而导致网带炉内碳势变化频繁。
4.显然现有的方法存在着明显缺陷，由于保护气的通入量远大于消耗量，经过一段时间后，网带炉内部将充满保护气，多余的保护气无法及时从网带炉进口排出，炉内碳势难以控制；其次，由于保护气的通入量与消耗量的关系难以确定，网带炉内的碳势难以稳定，需要常常关注碳势变化及时进行调整，耗费较多人力，而且由于碳势经常变化，极易导致钢件出现脱碳或增碳的现象。因此有必要提出一种新的热处理控制方法以解决上述问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种轴承热处理零脱碳和零增碳的控制方法，本发明在正常进料时停止通入丙烷，避免钢件增碳，持续通入甲醇，避免钢件脱碳，本发明将甲醇的通入量与网带炉的耐火棉关联，避免甲醇通入量不足或过量，防止钢件出现脱碳或增碳的现象，也有利于降低生产成本。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种轴承热处理零脱碳和零增碳的控制方法，具体步骤如下：
8.网带炉内升温，增加氮气的通入量，并通入甲醇和丙烷，使网带炉内碳势上升至工
艺范围，当碳势出现上涨趋势强烈的现象时，表明网带炉内保护气氛已饱和，停止通入丙烷，继续通入甲醇，开始进料；
9.进料过程中根据网带炉进口的耐火棉充足程度调整甲醇的通入量，耐火棉越充足，甲醇通入量越低，并根据碳控仪微调甲醇的通入量，使网带炉内碳势稳定处于工艺范围内；
10.在进料过程中，如果出现碳势过低的情况，则暂停进料并紧闭网带炉进口的炉门，增大甲醇的通入量，待碳势恢复至工艺范围内，然后降低甲醇的通入量，重新正常进料；如果出现碳势过高的情况，则降低甲醇的通入量，待碳势恢复至工艺范围内，然后再提高甲醇的通入量，重新正常进料。
11.在其中一个实施例中，当需要转换工艺或需要中断进料或需要空炉保温的情况下，减小网带炉进口的炉门开度，降低甲醇的通入量，根据碳控仪微调甲醇的通入量，保持碳势稳定在工艺范围内。
12.在其中一个实施例中，在正常进料前，甲醇的通入量是80-90ml/min，丙烷的通入量是550-600ml/min。
13.在其中一个实施例中，在正常进料的过程中，甲醇的通入量控制在15-90ml/min。
14.在其中一个实施例中，在进料过程中，如果出现碳势过低的情况，则暂停进料并紧闭网带炉进口的炉门，还通入丙烷，丙烷通入量小于或等于600ml/min，待碳势恢复至工艺范围内，停止通入丙烷。
15.在其中一个实施例中，在进料过程中，当出现碳势过高的情况，若调整甲醇的通入量后碳势仍处于较高的状态或甲醇原来的通入量就较低，则增大网带炉进口炉门的开度，保持炉门的开度，根据碳控仪微调甲醇的通入量，使碳势稳定处于工艺范围内，然后正常进料。
16.在其中一个实施例中，增加氮气的通入量至500-600ml/min。
17.在其中一个实施例中，在进料过程中，根据网带炉进口的耐火棉充足程度调整氮气的通入量；
18.当耐火棉充足时，氮气的通入量是500-550ml/min；当耐火棉不充足时，氮气的通入量是550-600ml/min。
19.在其中一个实施例中，所述工艺范围是指碳势的范围值是0.45-0.95。
20.在其中一个实施例中，所述工艺范围是指碳势的范围值是0.8-0.95。
21.综上所述，本发明具有以下有益效果：
22.本发明在进料前使用甲醇和丙烷作为保护气，并增大氮气的通入量，当网带炉内碳势达到工艺范围后停止通入丙烷，继续通入甲醇，以甲醇和氮气作为进料过程中的保护气，并将甲醇和氮气的通入量与网带炉的耐火棉充足程度关联起来，减少调整保护气通入量的难度，有利于维持网带炉内碳势始终处于工艺范围内，实现轴承钢热处理步骤中的零增碳和零脱碳，也有利于降低生产成本。
具体实施方式
23.下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
24.目前轴承钢的热处理步骤一般采用网带炉进行，在加工的全过程始终向网带炉内
充入保护气，使轴承钢始终处于保护气的环境中，为了防止钢件脱碳，一般采用甲醇和丙烷等气体作为保护气，且在整个加工过程中均持续通入甲醇和丙烷。但当甲醇和丙烷过量时，钢件反而会增碳，因此一般网带炉内的碳势需要保持在稳定的范围内。
25.向网带炉内通入保护气的过程实际是，向网带炉通入保护气，部分保护气在炉内燃烧消耗，部分保护气从网带炉进口处排出，也即网带炉内的保护气始终处于动态变化的状态，当保护气的通入量远比消耗量(即燃烧损耗量 排出量)多时，不被燃烧消耗的保护气不能全部及时排出网带炉，经过一段时间后，网带炉内保护气会不断积累，导致网带炉内碳势增加。理论上，当网带炉内碳势达到要求后，只要降低保护气的通入量，使网带炉内保护气处于动态平衡的状态即可维持一个稳定的碳势，但实际上保护气的通入量可以精确控制而消耗量难以控制，从而导致网带炉内碳势变化频繁。
26.本发明关注到保护气的消耗量与网带炉进口的耐火棉相关，因此提出一种轴承热处理零脱碳和零增碳的控制方法，具体步骤如下：
27.在一般状态下，网带炉内氮气处于维持常通的状态，氮气的通入量约为100-200ml/min，网带炉内升温，增加氮气的通入量(比如当网带炉内温度升高至750℃左右时，一次性增加氮气的通入量)，并通入甲醇和丙烷，甲醇和丙烷均作为保护气使用，提高网带炉内碳势，使网带炉内碳势上升至工艺范围，当碳势出现上涨趋势强烈的现象时，表明网带炉内保护气氛已饱和，停止通入丙烷，继续通入甲醇，开始进料。
28.现有常规的方法是始终同时通入甲醇和丙烷，由于同时通入两种气体，在网带炉内保护气氛已饱和时，同时调整甲醇和丙烷两种气体以达到炉内保护气的动态平衡是比较困难的。在本发明中，仅在网带炉升温阶段同时通入甲醇和丙烷，提高炉内碳势的上升速率，当网带炉内碳势上升至工艺范围后，停止通入丙烷，防止碳势过高，但继续通入甲醇，使炉内碳势维持在一个稳定的范围，由于只通入甲醇一种气体，对于甲醇的调整相对简单。在本发明中，工艺范围是指碳势的范围值是0.45-0.95，优选地，碳势的范围值是0.8-0.95。
29.具体地，在正常进料前，甲醇的通入量是80-90ml/min，丙烷的通入量是500-600ml/min。
30.进料过程中根据网带炉进口的耐火棉充足程度调整甲醇的通入量，耐火棉越充足，甲醇通入量越低，并根据碳控仪微调甲醇的通入量，使网带炉内碳势稳定处于工艺范围内。具体地，在正常进料的过程中，甲醇的通入量控制在15-90ml/min，氮气的通入量是500-600ml/min。
31.本发明将保护气(即甲醇)的通入量与网带炉进口的耐火棉充足程度直接关联。当耐火棉充足时，对炉门的阻挡作用更好，网带炉内的甲醇气体更难排出，容易导致钢件表面增碳，因此需要降低甲醇的通入量，反之，当耐火棉不充足时，网带炉内的甲醇气体容易排出，为了维持网带炉内碳势，有必要提高甲醇的通入量。
32.需要说明的是，本发明在进料过程中仅通入甲醇气体，也是考虑到调整保护气通入量的难度，如果在进料过程中始终同时通入甲醇和丙烷，在调整保护气的通入量时难以准确控制甲醇和丙烷的比例。
33.另外，在进料过程中，根据网带炉进口的耐火棉充足程度调整氮气的通入量；当耐火棉充足时，氮气的通入量是500-550ml/min，比如500ml/min；当耐火棉不充足时，氮气的通入量是550-600ml/min，比如600ml/min。
34.具体地，当耐火棉充足时，氮气更难排出，为了保证网带炉内甲醇的含量维持在正常的水平，需要减少氮气的通入量，防止甲醇在炉内被燃烧消耗的量减少，从而防止钢件增碳，这是因为氮气的作用是使炉内维持低氧环境，如果在耐火棉充足的情况下，氮气的通入量仍维持在较高的状态，炉内甲醇燃烧损耗的量也相对减少，积累在炉内的甲醇的量也相对增加，从而会导致钢件增碳，因此在耐火棉充足时也需要减少氮气的通入量；
35.当耐火棉不充足时，氮气的通入量也需要增大，这是因为耐火棉不足时，如果此时氮气的通入量仍维持在较低的状态，空气会进入炉内与甲醇反应，甲醇被消耗的量增加，严重时炉内甲醇全部被消耗，起不到保护气的作用，钢件会出现脱碳的现象，因此，增大氮气的通入量，防止甲醇在炉内完全燃烧消耗，从而防止钢件脱碳。
36.需要说明的是，根据耐火棉充足程度来调整甲醇或氮气的通入量时，需要根据碳控仪的实时监测来判断甲醇或氮气通入量的调整程度，使炉内碳势始终处于工艺范围内。
37.在进料过程中，如果出现碳势过低的情况，则暂停进料并紧闭网带炉进口的炉门，增大甲醇的通入量，待碳势恢复至工艺范围内，然后降低甲醇的通入量，重新正常进料；如果出现碳势过高的情况，则降低甲醇的通入量，待碳势恢复至工艺范围内，然后再提高甲醇的通入量，重新正常进料。
38.其中，针对碳势过低的情况，除了增大甲醛的通入量外，还可以重新通入丙烷，丙烷通入量小于或等于600ml/min，待碳势恢复至工艺范围内，停止通入丙烷。
39.另外，针对碳势过高的情况，若调整甲醇的通入量后碳势仍处于较高的状态或甲醇原来的通入量就较低，则增大网带炉进口炉门的开度，保持炉门的开度，根据碳控仪微调甲醇的通入量，使碳势稳定处于工艺范围内，然后正常进料。需要说明的是，炉门开度不能过大，不能影响正常进料。
40.在本发明中，当需要转换工艺或需要中断进料或需要空炉保温的情况下，减小网带炉进口的炉门开度，降低甲醇的通入量，根据碳控仪微调甲醇的通入量，保持碳势稳定在工艺范围内。
41.以下通过具体的实施例说明本发明的具体控制方法。
42.实施例1
43.在网带炉升温后，增加氮气的通入量，并开始通入甲醇和丙烷作为保护气，其中，甲醇通入量为90ml/min，丙烷通入量为600ml/min，碳势升到工艺范围内(以轴承钢0.8-0.95为例)后，当碳势出现上涨趋势强烈时，表明炉内气氛已饱和，停止通入丙烷，继续通入甲醇，且开始进料，在无特殊情况下，在进料过程中一般不再通入丙烷；
44.在正常进料时，甲醇通入量控制在15-90ml/min，参照当前阶段耐火棉是否充足，耐火棉越充足，甲醇通入量越低，且根据碳控仪的显示进行微调，始终保持碳势稳定在工艺范围内；
45.当需要转换工艺或需要中断进料或需要空炉保温的情况下，减小网带炉进口的炉门开度，降低甲醇的通入量，根据碳控仪微调甲醇的通入量，保持碳势稳定在工艺范围内；
46.氮气的通入量为500-600ml/min，在网带炉升温至750℃-800℃时，氮气的通入量一次性调整到位，为配合甲醇通入量的变化，在耐火棉充足时，氮气通入量在500ml/min左右，当耐火棉不充足时，氮气通入量在600ml/min左右，在进料过程中如无特殊要求，不随便调整氮气的通入量；
47.若进料过程中由于异常，出现碳势过低的情况，可暂停进料，紧闭炉门，增加甲醇的通入量，此时也可再次通入丙烷，其中，甲醇的通入量不大于90ml/min，丙烷的通入量不大于600ml/min，待保护气氛恢复后继续进料，反之，出现碳势过高时，先降低甲醇通入量，若效果不明显或甲醇通入量本来就很低，则可将炉门稍微拉高，使碳势下降，然后再正常进料。
48.实施例2
49.在网带炉升温后，增加氮气的通入量，并开始通入甲醇和丙烷作为保护气，其中，甲醇通入量为30ml/min
×
3(意思是三条管路同时通入甲醇)，丙烷通入量为600ml/min，碳势升到工艺范围内(以轴承钢0.8-0.95为例)后，当碳势出现上涨趋势强烈时，表明炉内气氛已饱和，停止通入丙烷，继续通入甲醇，且开始进料，在无特殊情况下，在进料过程中一般不再通入丙烷；
50.在正常进料时，甲醇通入量控制在5-30ml/min
×
3(意思是三条管路同时通入甲醇)，参照当前阶段耐火棉是否充足，耐火棉越充足，甲醇通入量越低，且根据碳控仪的显示进行微调，始终保持碳势稳定在工艺范围内；
51.当需要转换工艺或需要中断进料或需要空炉保温的情况下，减小网带炉进口的炉门开度，降低甲醇的通入量，根据碳控仪微调甲醇的通入量，保持碳势稳定在工艺范围内；
52.氮气的通入量为500-600ml/min，在网带炉升温至750℃-800℃时，氮气的通入量一次性调整到位，为配合甲醇通入量的变化，在耐火棉充足时，氮气通入量在500ml/min左右，当耐火棉不充足时，氮气通入量在600ml/min左右，在进料过程中如无特殊要求，不随便调整氮气的通入量；
53.若进料过程中由于异常，出现碳势过低的情况，可暂停进料，紧闭炉门，增加甲醇的通入量，此时也可再次通入丙烷，其中，甲醇的通入量不大于90ml/min，丙烷的通入量不大于600ml/min，待保护气氛恢复后继续进料，反之，出现碳势过高时，先降低甲醇通入量，若效果不明显或甲醇通入量本来就很低，则可将炉门稍微拉高，使碳势下降，然后再正常进料。
54.实施例3
55.在网带炉升温后，增加氮气的通入量，并开始通入甲醇和丙烷作为保护气，其中，甲醇通入量为85ml/min，丙烷通入量为600ml/min，碳势升到工艺范围内(以轴承钢0.8-0.95为例)后，当碳势出现上涨趋势强烈时，表明炉内气氛已饱和，停止通入丙烷，继续通入甲醇，且开始进料，在无特殊情况下，在进料过程中一般不再通入丙烷；
56.在正常进料时，甲醇通入量控制在20-80ml/min，参照当前阶段耐火棉是否充足，耐火棉越充足，甲醇通入量越低，且根据碳控仪的显示进行微调，始终保持碳势稳定在工艺范围内；
57.当需要转换工艺或需要中断进料或需要空炉保温的情况下，减小网带炉进口的炉门开度，降低甲醇的通入量，根据碳控仪微调甲醇的通入量，保持碳势稳定在工艺范围内；
58.氮气的通入量为500-600ml/min，在网带炉升温至750℃-800℃时，氮气的通入量一次性调整到位，为配合甲醇通入量的变化，在耐火棉充足时，氮气通入量在500ml/min左右，当耐火棉不充足时，氮气通入量在600ml/min左右，在进料过程中如无特殊要求，不随便调整氮气的通入量；
59.若进料过程中由于异常，出现碳势过低的情况，可暂停进料，紧闭炉门，增加甲醇的通入量，此时也可再次通入丙烷，其中，甲醇的通入量不大于85ml/min，丙烷的通入量不大于600ml/min，待保护气氛恢复后继续进料，反之，出现碳势过高时，先降低甲醇通入量，若效果不明显或甲醇通入量本来就很低，则可将炉门稍微拉高，使碳势下降，然后再正常进料。
60.需要说明是，由于网带炉进口处的耐火棉容易损坏，若由于无法及时更换损坏的耐火棉导致网带炉内保护气难以充足时，适当增加保护气的流量，保证网带炉内碳势温度处于工艺范围内。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。