本发明属于特殊钢加热工艺领域，涉及一种采用还原性气氛进行加热控制脱碳层深度的技术，具体地说是一种轴承钢加热脱碳控制方法。
背景技术：
轴承钢钢材的脱碳层是一项重要的技术指标，脱碳层深度直接影响到轴承的耐磨性能和使用寿命。钢材的脱碳层主要取决于钢坯加热工艺的控制，也可以采用特殊的涂层防护技术（需要增加较多成本）。国家标准GB/T18254中明确要求，根据规格不同，脱碳层深度要求不同，一般在1.2%D~2.0%D范围内，该要求采用普通加热工艺较易达到。但由于激烈的市场竞争，现在用户要求越来越高，只要有一定市场品牌影响力的轴承生产用户，都已要求总脱碳层深度达到0.8%D~1.0%D，有的甚至要求不超过0.5%D。
一般控制脱碳层深度的工艺为：加热时采用低温快速加热方法，若遇到轧机非计划停车，钢坯不允许在炉内停留，应捞炉后重新装炉生产，若检测脱碳层不能满足技术要求，则要对钢材进行剥皮处理后，才能合格入库。该工艺的不足之处：
(1)对一火轴承钢需要在炉内高温加热长时间扩散，以消除碳化物液析等缺陷，就不适合采用低温快速加热防止脱碳工艺了；
(2)由于受到轧线故障率的影响，有时想快速加热出钢，钢坯却出不来；
(3)若轧线停车，对钢坯需要捞炉，该工艺操作性不强，不仅劳动强度大，且严重影响生产效率；
(4)采用该工艺生产的钢材，二火轴承钢（可以采用低温快速加热工艺）脱碳层深度一般只能达到1.0%D左右，对更高要求的订单，需要剥皮处理，如此，吨钢成本增加96元以上。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种轴承钢加热脱碳控制方法，采用还原性气氛加热控制脱碳层深度，可以实现以下两个目的，一是解决一火轴承钢需要高温长时间扩散加热，而难以控制脱碳层深度的矛盾；二是取消剥皮工序，低成本地满足脱碳层不超过0.5%D高要求指标。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种轴承钢加热脱碳控制方法，其特征在于该方法要求如下：
1）采用侧进侧出的步进梁式加热炉；燃料为高焦混合煤气；加热炉炉膛分为不供热段和供热段，供热段沿炉长方向分为预热段、加热一二段和均热一二段；加热炉的参数包括：各段加热温度、加热时间、各段空燃比、炉膛压力、煤气流量、残氧值、换热器前温度、掺冷风机风门开度；
2）轴承钢采用一火生产工艺，原料为GCr15连铸坯，采用弱氧化性甚至还原性气氛脱碳，实施步骤如下：
（1）GCr15连铸坯装炉，不供热段：600～950℃、预热段：850～1050℃、加热一段：1160～1210℃、加热二段：1220±20℃、均热一段：1220±20℃、均热二段：1200±20℃；空燃比按2.4~2.6设定；
（2）当GCr15坯料从不供热段步进到预热段时，预热段空燃比按2.2设定，且加热一段至均热二段也按2.2设定；
（3）当GCr15坯料按一定加热时间进入各区段时，各段分别按目标温度进行设定，以便自动燃烧控制；平均步进节奏约130秒；
（4）观察炉膛压力，控制在+15Pa~+30Pa之间，防止吸入冷风；
（5）观察各段温度、煤气流量、残氧值变化情况；空燃比降低后，升温会有一定难度，需要调高煤气流量，主动供热；残氧值会不断降低，直到0.01%；
（6）观察炉膛尾部是否有冒火现象，及换热器前温度，最高不能超过650℃，若不断上升并靠近620℃，就应打开掺冷风机，以保证换热器安全运行；因为空燃比降低后，炉膛内有未完全燃烧的煤气将随烟气流到炉膛尾部和烟道里，在炉尾和烟道里与装炉侧吸入的冷风发生燃烧，从而对换热器管组造成损伤，降低其使用寿命；
（7）当GCr15坯料步进到炉前，后面区段的空燃比即可恢复理论燃烧的正常值。
步骤（3）中，各段目标温度是，预热段880℃、加热一段1180℃、加热二段和均热一段1215℃、均热二段1195℃。步进梁式加热炉中，供热段炉顶为全平炉顶结构，热回收段炉顶为压下结构，在各供热段之间设炉顶隔墙；各区段均有空燃比设定值和实际值显示，理论空燃比约为2.5，残氧取样点位于换热器前总烟道内，在烟道内设置金属管状换热器。
本发明采用侧进侧出的步进梁式加热炉，燃料为高焦混合煤气。加热炉总长42960mm,炉内有效宽度13100mm，加热炉炉膛分为不供热段（即热回收段）和供热段，供热段沿炉长方向又分为预热段、加热一二段和均热一二段。供热段炉顶为全平炉顶结构，热回收段炉顶为压下结构，在各供热段之间设炉顶隔墙。各区段均有空燃比（即空气和煤气流量的比值）设定值和实际值显示，理论空燃比约为2.5（每天会根据混合煤气热值窄幅波动），残氧取样点位于换热器前总烟道内，在烟道内设置3组2行程金属管状换热器（换热器管组的材质1/4高温侧为0Cr18SiAl，3/4高温侧为0Cr17，低温侧为20g钢管渗铝，插件均为1Cr13。），允许进入换热器前温度≤650℃，用于预热助燃空气，回收废气余热。为防止高温侧管组的损坏，当热风温度超温时，将报警并自动打开热风放散阀，另外，在空气换热器前的烟道上设有稀释空气系统，当烟气超温时可以自动向烟道内掺冷风来降低烟气温度，对换热器进行保护。这些硬件设施是执行弱氧化性甚至还原性气氛加热控制脱碳层深度技术的基础条件。
本发明采用还原性气氛加热控制脱碳层深度，解决一火轴承钢需要高温长时间扩散加热，而难以控制脱碳层深度的矛盾；同时取消剥皮工序，低成本地满足脱碳层不超过0.5%D高要求指标。
本发明适用于特钢生产企业中对脱碳要求高的品种，如轴承钢、弹簧钢及其它汽车用钢,应用前景十分广阔。使用该发明后, 可使轴承钢钢材脱碳指标达到0.5%D（D为圆钢直径，下同）以下, 从而避免了剥皮处理工序，降本效益达到96元/t钢以上。
具体实施方式
一种轴承钢加热脱碳控制方法，采用还原性气氛控制工艺，按以下工艺流程进行：钢坯装炉——钢坯进入预热段——设定预热段、加热段和均热段空燃比——观察加热温度、实际空燃比和残氧显示值是否符合要求——观察换热器前温度是否超温——若出现异常人工干预。
脱碳控制工艺采用的设备：侧进侧出步进梁式加热炉。需要调整加热炉的参数包括：各段加热温度、加热时间、各段空燃比、炉膛压力、煤气流量、残氧值、换热器前温度、掺冷风机风门开度。
轴承钢可以采用一火或二火生产工艺，一火轴承钢(GCr15)必须采用高温长时间扩散加热工艺，对脱碳的控制工艺难度更高。而二火轴承钢（初轧坯）可以采用低温快速加热工艺，对本发明工艺操作难度较小。因此，下面具体介绍一火轴承钢（GCr15连铸坯）的弱氧化性甚至还原性气氛脱碳工艺实施步骤：
GCr15连铸坯装炉，此时加热炉炉内各区段温度仍按相应钢种加热工艺执行，但过渡段（指紧接轴承钢钢坯的供热段，如预热段）加热温度开始提温，为轴承钢高温加热创造条件，空燃比按2.4~2.6设定。如，炉内若是45钢，预热段提高50~60℃，达到860～900℃；加热一段提高90~120℃，达到1120～1160℃，以便为后续装炉的GCr15提温降空燃比做准备；（注：工艺文件要求的45钢和GCr15加热温度见下表1）
表1 单位：℃
当GCr15坯料从不供热段步进到预热段时，预热段空燃比按2.2设定，且加热一段至均热二段也按2.2设定；
当GCr15坯料按一定加热时间进入各区段时，各段分别按目标温度进行设定（预热段880℃、加热一段1180℃、加热二段和均热一段1215℃、均热二段1195℃），以便自动燃烧控制；平均步进节奏约130秒；
注意观察炉膛压力，控制在+15Pa~+30Pa之间，防止吸入冷风；
注意观察各段温度、煤气流量、残氧值变化情况。空燃比降低后，升温会有一定难度，就需要调高煤气流量，主动供热；残氧值会不断降低，直到0.01%（能检测到的最小值。当保温时，煤气流量会低于6000Nm3/h,此时残氧值会不降反升到6~9%）；
注意观察炉膛尾部是否有冒火现象，及换热器前温度，最高不能超过650℃，若不断上升并靠近620℃，就应打开掺冷风机，以保证换热器安全运行；因为空燃比降低后，炉膛内有未完全燃烧的煤气将随烟气流到炉膛尾部和烟道里，在炉尾和烟道里与装炉侧吸入的冷风发生燃烧，从而对换热器管组造成损伤，降低其使用寿命；
当GCr15坯料步进到炉前，后面区段的空燃比即可恢复理论燃烧的正常值（2.5左右）。
实施该发明约5个月来，已生产脱碳要求≤0.5%D的合格轴承钢材约1100吨，吨钢降低剥皮成本约96元。并且，减少了剥皮和二次检验的生产工序，缩短了钢材的交货期约15天。