一种加热炉温度场均匀性的控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种加热炉温度场均匀性的控制方法，所述加热炉的加热步骤分为预热段，加热I段，热II段，以及均热段，在预热段和加热I段控制炉墙内壁、外壁的温度，其特征在于，在所述热II段至均热段增加对炉顶温度的控制，形成炉墙内壁、外壁、炉顶3点截面的稳定的温度场，将II段-均热段炉顶温度的控制在工艺下限～工艺上限+5℃范围内。本发明可以使车轮热处理环形加热炉内热处理车轮的周向温度均匀性由30℃温差降到15℃温差以内，在同等条件下使热处理后车轮的断裂韧性、低温冲击关键指标得到有效提高，满足了高速车轮热处理要求。
【专利说明】一种加热炉温度场均匀性的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铁路辗钢车轮的制造控制领域，涉及一种加热炉温度场均匀性的控制 方法，具体涉及一种改善热处理炉温均匀性，满足高要求铁路车轮热处理的过程控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着国、内外高速铁路技术的发展，高速车轮成为国内外生产企业竞相开发的重 要高端产品之一。而在高速车轮开发过程轮辋断裂韧性、低温冲击韧性不仅是关键指标，也 是技术难点。
[0003] 要想满足高速车轮辋断裂韧性、低温冲击韧性要求，除材料设计、炼钢、连铸等外， 在热处理淬火加热过程中温度场均匀性至关重要，如果温度均匀性满足不了，则会出现上 述关键指标的波动和不合格。马钢在高速车轮研制初期就是由于存在车轮热处理周向温度 不均，造成上述关键指标不能满足要求。
【发明内容】
[0004] 本发明是在现有车轮热处理环形加热炉设备的基础上，提供一种加热炉温度场均 匀性的控制方法，改善加热炉温度场均匀性，满足高要求铁路车轮的热处理要求。具体技术 方案如下：
[0005] -种加热炉温度场均匀性的控制方法，所述加热炉的加热步骤分为预热段，加热I 段，热II段，以及均热段，在预热段和加热I段控制炉墙内壁、外壁的温度，在所述热II段 至均热段增加对炉顶温度的控制，形成炉墙内壁、外壁、炉顶3点截面的稳定的温度场，将 II段-均热段炉顶温度的控制在工艺下限?工艺上限+5°C范围内。
[0006] 进一步地，在炉压控制中，炉头压力控制在3_6Pa。
[0007] 进一步地，风煤配比控制在大于3:1。
[0008] 进一步地，所述加热炉为用于铁路车轮热处理的环形加热炉。
[0009] 进一步地，炉墙内壁、外壁布置热电偶进行控制过程测温。
[0010] 与目前现有技术相比，本发明可以使车轮热处理环形加热炉内热处理车轮的周向 温度均匀性由30°c温差降到15°C温差以内，在同等条件下使热处理后车轮的断裂韧性、低 温冲击关键指标得到有效提高，满足了高速车轮热处理要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为常规控制方法下测得的车轮实物周向温度变化情况
[0012] 图2为本发明控制方法下测得的车轮实物周向温度变化情况
[0013] 图3为热电偶布置示意
[0014] 图4为4#炉实施前所测实物周向温度曲线
[0015] 图5为4#炉实施后所测实物周向温度曲线 [0016] 图6为7#炉实施前所测实物周向温度曲线
[0017] 图7为7#炉实施后所测实物周向温度曲线
【具体实施方式】
[0018] 下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实 施例。
[0019] 一种改善车轮加热炉温度场均匀性的控制方法：
[0020] 1)将炉顶温度纳入控制范围；
[0021] 2)采用较大正压烧钢（炉头压力3-6Pa);
[0022] 3)风煤配比大于3:1
[0023] 下面具体说明本发明技术方案的内容：
[0024] 1)通常情况下，环形加热炉仅在每个加热段的内外侧壁布置热电偶进行控制过程 测温，但这往往不能保证热处理车轮的温度均匀性要求，甚至在均热后期会出现实物温度 急剧上升。通过增加对加热II段-均热段炉顶温度的控制，这样会形成炉墙内壁、外壁、炉 顶3点截面的稳定的温度场，改善和保证有效加热区内实物温度的均匀性。因此本发明将 II段-均热段炉顶温度的控制在工艺下限?工艺上限+5°C范围内。
[0025] 2)从某种意义上，环形炉膛就像一个倒扣的密闭容器，密闭容器只有充满炉气才 能保证炉膛气流对流和充分均匀，采用正压烧钢就是增加炉膛内的炉气充满度，从而改善 温度场的均匀性。但从另一方面考虑，如果炉压太大会损坏炉体钢结构造成设备损害，因此 本发明将炉头压力控制在3_6Pa，既保证了炉温均匀性又将对炉体设备的损坏减少到最小。
[0026] 3)从燃烧学可以得知，如果风煤配比过小，烧嘴燃烧后存在过剩的煤气，过剩的煤 气在炉膛内二次燃烧，将给炉顶温度的控制带来难度，因此本发明将风煤配比控制在大于 3:1。
[0027] 采用DataPaq在线测温系统对不同控制方法下加热过程车轮和炉温变化情况进 行测量比较。
[0028] 用于测温的车轮为890mm车轮，沿周向间隔90°在踏面下5mm钻孔预埋4支热电 偶，分别测量车轮沿加热炉径向（内环、外环）和周向（炉头、炉尾）的温度，用于评价车轮 加热均匀性，热电偶布置见图3。
[0029] 此外，用1支热电偶测试车轮附近的炉气温度，用于评价加热炉温控热电偶的准 确性、代表性和炉温-钢温的一致性。
[0030] 为了证实该种控制方法的有效性和可推广性，我们分别选做了两座车轮环形加热 炉做实施前后的对比，如下做详细介绍。
[0031] 实施例1 :在4#环形加热炉做对比测温试验
[0032] 从检测结果看：在该发明技术未用的情况下，虽然炉墙各热电偶温度控制在工艺 范围内，但实际炉气温度波动较大，导致在均热后期实物温度大幅升高，甚至超过工艺控制 上限（图4)。采用该发明专利后，实际炉气温度得到有效控制，虽然存在一定的波动，但实 物的周向温度在II加-均热区域内均稳定的控制在15°C以内，并满足工艺上下限要求（图 5)。
[0033] 实施例2 :在7#环形加热炉做对比测温试验
[0034] 从检测结果看：在该发明技术未用的情况下，虽然炉墙侧壁各热电偶温度控制在 工艺范围内，但实际炉气温度波动较大，分别在预热段、加热I段、加热II段均有高点，导致 实物车轮在加热II段和均热段之间超过工艺规定上限，时间在20min以上，超温约20°C ; 在均热段后半段，车轮温度也有所下降，接近工艺控制下限（图6)。采用该发明专利后，实 际炉气温度得到有效控制，虽然存在一定的波动，但实物的周向温度在II加-均热区域内 均稳定的控制在15°C以内，并满足工艺上下限要求（图7)。
[0035] 与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：通过本发明的控制技术的应用，使 加热炉内热处理车轮均热期间的周向温度极差由大于30°C缩小至15°C以内，满足了高要 求车轮关键技术指标（断裂韧性、低温冲击）对热处理炉温均匀性的要求。
[0036] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用 于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种加热炉温度场均匀性的控制方法，所述加热炉的加热步骤分为预热段，加热I 段，热II段，以及均热段，在预热段和加热I段控制炉墙内壁、外壁的温度，其特征在于，在 所述热II段至均热段增加对炉顶温度的控制，形成炉墙内壁、外壁、炉顶3点截面的稳定的 温度场，将II段-均热段炉顶温度的控制在工艺下限?工艺上限+5°C范围内。
2. 如权利要求1所述的加热炉温度场均匀性的控制方法，其特征在于，在炉压控制中， 炉头压力控制在3-6Pa。
3. 如权利要求1或2所述的加热炉温度场均匀性的控制方法，其特征在于，风煤配比控 制在大于3:1。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的加热炉温度场均匀性的控制方法，其特征在于，所 述加热炉为用于铁路车轮热处理的环形加热炉。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的加热炉温度场均匀性的控制方法，其特征在于，炉 墙内壁、外壁布置热电偶进行控制过程测温。
【文档编号】C21D11/00GK104046770SQ201410277501
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】鲁松, 李翔, 王世付, 荣杰, 蒋培华, 徐红 申请人:马钢(集团)控股有限公司, 马鞍山钢铁股份有限公司