Cuộn thép hợp kim dùng cho lò nung là gì và bạn chọn loại phù hợp như thế nào?

Cuộn thép hợp kim cho lò nung là các bộ phận hình trụ chịu nhiệt được lắp đặt bên trong các lò nung liên tục, dây chuyền ủ, dây chuyền mạ và hệ thống xử lý nhiệt để truyền tải, hỗ trợ và dẫn hướng các dải, tấm hoặc phôi thép đi qua các vùng xử lý nhiệt độ cao ở nhiệt độ từ 700 độ C đến trên 1.200 độ C, nơi thép carbon tiêu chuẩn sẽ nhanh chóng bị oxy hóa, rão và hỏng. Việc lựa chọn chính xác thành phần hợp kim, phương pháp sản xuất và xử lý bề mặt quyết định tuổi thọ của cuộn, chất lượng bề mặt sản phẩm và thời gian hoạt động của lò -- tất cả đều ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế của dây chuyền gia công thép và nhôm. Hướng dẫn này giải thích cách hoạt động của các cuộn thép hợp kim, loại hợp kim nào được sử dụng ở các phạm vi nhiệt độ khác nhau, cách so sánh các phương pháp đúc và chế tạo cũng như các chế độ hư hỏng nào cần dự đoán và ngăn ngừa.

Tại sao thép tiêu chuẩn không thể được sử dụng cho cuộn lò

Thép carbon tiêu chuẩn mất tính toàn vẹn về cấu trúc ở nhiệt độ khoảng 450 độ C và bắt đầu quá trình oxy hóa bề mặt nhanh chóng trên 550 độ C, khiến nó hoàn toàn không phù hợp với dịch vụ cuộn lò nơi nhiệt độ thường vượt quá 900 đến 1.100 độ C trong dây chuyền ủ và mạ liên tục.

Những thách thức mà cuộn lò phải vượt qua về cơ bản khác với những thách thức mà bất kỳ bộ phận cơ khí quay nào khác trong nhà máy thép phải đối mặt:

• Nhiệt độ cao leo: Ở nhiệt độ cao, kim loại biến dạng dẻo dưới tải trọng liên tục ngay cả khi ứng suất thấp hơn giới hạn chảy ở nhiệt độ phòng của chúng. Một cuộn hoạt động ở nhiệt độ 1.100 độ C dưới sức nặng của dải thép sẽ bị võng và mất hình dạng hình trụ trong vòng vài tuần nếu hợp kim không được thiết kế đặc biệt để chống rão. Việc bổ sung hợp kim crom, niken và vonfram làm tăng nhiệt độ mà từ biến trở nên đáng kể.
• Quá trình oxy hóa và co giãn: Trong môi trường không khí có nhiệt độ trên 600 độ C, sắt hình thành các vảy oxit phát triển nhanh chóng, bong ra và làm nhiễm bẩn bề mặt dải. Việc bổ sung crom trên 18% tạo thành lớp oxit crom (Cr2O3) ổn định, bám dính giúp bảo vệ kim loại bên dưới khỏi quá trình oxy hóa thêm - đây là cơ chế cơ bản đằng sau tất cả các loại thép hợp kim chịu nhiệt được sử dụng trong cuộn lò.
• Mệt mỏi do nhiệt: Các cuộn lò trải qua chu trình nhiệt lặp đi lặp lại trong quá trình bắt đầu, dừng sản xuất và ngắt dải. Ứng suất giãn nở và co lại do nhiệt tạo ra do dao động nhiệt độ từ 200 đến 400 độ C có thể gây ra các vết nứt bề mặt trong vòng vài tháng đối với các cuộn được thiết kế kém. Hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn và khả năng chống mỏi nhiệt cao hơn rất cần thiết trong các cuộn có chu kỳ thường xuyên.
• Cacbon hóa và thấm nitơ: Trong một số môi trường lò nhất định (hydro, hỗn hợp nitơ-hydro hoặc khí bảo vệ giàu hydrocarbon), carbon và nitơ từ khí quyển có thể khuếch tán vào bề mặt cuộn, làm giòn lớp gần bề mặt và bắt đầu nứt vỡ. Hợp kim có hàm lượng crom và silicon cao chống lại quá trình cacbon hóa bằng cách duy trì hàng rào oxit bảo vệ.
• Sự mài mòn và tích tụ cơ học: Sự tiếp xúc trực tiếp giữa bề mặt cuộn và dải thép chuyển động tạo ra sự mài mòn và gây ra sự tích tụ oxit hoặc kẽm trên bề mặt cuộn tạo ra các khuyết tật bề mặt trên dải đã được xử lý. Độ cứng bề mặt cuộn, độ nhám và ái lực hóa học đối với vật liệu dải đều ảnh hưởng đến khả năng tích tụ.

Những loại hợp kim nào được sử dụng cho lò cuộn?

Các cuộn thép hợp kim trải rộng trên phạm vi thành phần từ các loại thép không gỉ austenit chứa 18 đến 25% crom cho các ứng dụng nhiệt độ vừa phải lên đến 900 độ C, cho đến các hợp kim chịu nhiệt niken-crom cho dịch vụ 900 đến 1.100 độ C, đến các siêu hợp kim đa nguyên tố phức tạp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất trên 1.100 độ C.

1. Thép không gỉ 310 (25Cr-20Ni)

Thép không gỉ AISI 310, chứa 25% crôm và 20% niken, là hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất cho các cuộn lò trong phạm vi 800 đến 1.050 độ C, mang đến sự kết hợp tuyệt vời giữa khả năng chống oxy hóa, độ bền rão và chi phí so với các loại hợp kim cao hơn. Hàm lượng crom 25% đảm bảo thang oxit crom bảo vệ, ổn định ở nhiệt độ vận hành, trong khi hàm lượng niken 20% ổn định cấu trúc vi mô austenit và cung cấp khả năng chống mỏi nhiệt. Hầu hết các cuộn lò ủ liên tục, cuộn vào và ra, và cuộn dây cương trong vùng 850 đến 1.000 độ C đều được sản xuất từ ​​​​hợp kim 310 đúc hoặc chế tạo.

• Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa: 1.050 độ C trong không khí
• Mật độ: 7,75 g/cm3
• Độ bền kéo ở 900 độ C: Khoảng 120 đến 150 MPa
• Ứng dụng điển hình: Lò ủ liên tục, lò thường hóa, dây chuyền ủ dung dịch

2. Hợp kim HK40 (25Cr-35Ni)

HK40, loại đúc ly tâm chứa 25% crom và 35% niken có bổ sung cacbon được kiểm soát (0,35 đến 0,45%), là hợp kim tiêu chuẩn cho các cuộn lò sưởi hạng nặng trong phạm vi 1.000 đến 1.150 độ C, mang lại độ bền rão vượt trội so với thép không gỉ 310 do hàm lượng niken cao hơn và cơ chế tăng cường kết tủa cacbua. Việc bổ sung carbon có chủ ý trong HK40 tạo ra cacbua crom và niken kết tủa dọc theo ranh giới hạt và trong ma trận austenite trong quá trình xử lý nhiệt, tạo ra sự tăng cường cấu trúc vi mô giúp tăng đáng kể khả năng chống rão ở nhiệt độ mà các hợp kim khác bắt đầu chảy xệ khi chịu tải. HK40 được chỉ định bởi ASTM A608 và là một trong những hợp kim đúc chịu nhiệt được đặc trưng kỹ lưỡng nhất trong sử dụng công nghiệp.

• Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa: 1.150 độ C
• Độ bền đứt gãy 100.000 giờ ở 1.000 độ C: Khoảng 20 đến 25 MPa
• Ứng dụng điển hình: Lò nung dầm, lò đẩy, lò gia nhiệt cho phôi và tấm
• Phương pháp sản xuất: Đúc ly tâm (ống và cuộn), đúc tĩnh (cổng cuối và mặt bích)

3. Hợp kim được sửa đổi HP (25Cr-35Ni với hợp kim vi mô)

Hợp kim được sửa đổi của HP thể hiện sự phát triển của HK40 với việc bổ sung niobi (0,5 đến 1,5%), vonfram (1 đến 3%) hoặc titan (0,1 đến 0,5%) để tinh chỉnh sự phân bố cacbua và tạo ra các kết tủa tăng cường bổ sung, kéo dài tuổi thọ sử dụng từ 30 đến 50% so với HK40 tiêu chuẩn ở nhiệt độ trên 1.050 độ C. Việc bổ sung Niobi đặc biệt hiệu quả vì chúng tạo thành cacbua NbC mịn ổn định hơn ở nhiệt độ cao so với cacbua crom bị thô và mất tác dụng tăng cường ở HK40 tiêu chuẩn khi tiếp xúc lâu dài. Các loại HP-Nb và HP-W đã thay thế phần lớn tiêu chuẩn HK40 trong việc lắp đặt lò mới, nơi nhiệt độ sử dụng tối đa vượt quá 1.050 độ C.

• Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa: 1.150 đến 1.200 độ C
• Ưu điểm về tuổi thọ sử dụng so với HK40: Lâu hơn 30 đến 50% ở nhiệt độ trên 1.050 độ C
• Ứng dụng điển hình: Vùng tiếp xúc ngọn lửa trực tiếp trong lò hâm nóng, hố ngâm nhiệt độ cao

4. Siêu hợp kim gốc niken cho dịch vụ cực cao

Ở nhiệt độ cao nhất trên 1.150 độ C, các siêu hợp kim gốc niken có hàm lượng crom từ 20 đến 30% và các thành phần tăng cường bổ sung bao gồm nhôm, titan, coban và molypden được sử dụng để cuộn ở những vùng lò nung khắc nghiệt nhất, mặc dù với chi phí cao gấp ba đến năm lần so với HK40 tiêu chuẩn. Các hợp kim này duy trì độ bền hữu ích ở nhiệt độ mà hợp kim gốc sắt về cơ bản không có khả năng chống rão. Chúng thường chỉ được chỉ định cho các cuộn trong vùng ngọn lửa trực tiếp, các phần lò ống bức xạ ở công suất tối đa hoặc trong các lò chân không và khí quyển được kiểm soát, nơi vật liệu được xử lý phù hợp với chi phí cao của vật liệu cuộn ở nhiệt độ cực cao.

5. Cấp hợp kim thấp hơn cho các ứng dụng dưới 700 độ C

Đối với các phần ra vào lò, vùng gia nhiệt trước và phần làm mát hoạt động dưới 700 độ C, các hợp kim có chi phí thấp hơn bao gồm thép không gỉ AISI 304, 316 và 321 hoặc thậm chí các loại thép hợp kim có hàm lượng crom từ 9 đến 12%, cung cấp đủ khả năng chống oxy hóa và chống rão với chi phí vật liệu giảm đáng kể. Các loại này thường được sử dụng trong kết cấu cuộn chế tạo (thiết kế vỏ hàn và nắp cuối) thay vì đúc ly tâm, khiến chúng rất phù hợp cho các cuộn có đường kính lớn mà chi phí đúc sẽ rất cao.

So sánh cấp hợp kim cho cuộn lò

Việc chọn loại hợp kim chính xác đòi hỏi phải khớp nhiệt độ vận hành, không khí, tải trọng cơ học và tuổi thọ sử dụng dự kiến của cuộn với dữ liệu hiệu suất được chứng nhận của hợp kim -- sử dụng hợp kim không được chỉ định kỹ càng là nguyên nhân hàng đầu gây ra hỏng cuộn lò sớm.

Bảng 1: Các loại cuộn thép hợp kim được so sánh theo thành phần, nhiệt độ sử dụng tối đa, tính chất cơ học và ứng dụng điển hình.

Cuộn lò thép hợp kim được sản xuất như thế nào?

Cuộn thép hợp kim cho lò nung được sản xuất theo ba phương pháp sản xuất chính - đúc ly tâm, đúc tĩnh với gia công và chế tạo từ các thành phần hợp kim rèn - mỗi phương pháp đưa ra sự đánh đổi khác nhau về độ chính xác kích thước, chất lượng cấu trúc vi mô, chi phí và sự phù hợp cho các kích cỡ và cấu hình cuộn cụ thể.

Đúc ly tâm

Đúc ly tâm là phương pháp sản xuất được ưu tiên cho phần lớn vỏ cuộn lò thép hợp kim, tạo ra cấu trúc vi mô dày đặc, không phân tách với các tính chất cơ học vượt trội so với đúc tĩnh có cùng thành phần hợp kim. Trong quá trình đúc ly tâm, hợp kim nóng chảy được đổ vào khuôn hình trụ quay với tốc độ 300 đến 1.500 vòng/phút. Lực ly tâm (thường gấp 50 đến 100 lần trọng lực) đẩy kim loại đậm đặc hơn ra thành ngoài và đẩy các tạp chất nhẹ hơn, độ xốp của khí và các tạp chất xỉ về phía lỗ khoan, nơi chúng sau đó được loại bỏ bằng cách gia công. Việc đúc kết quả có:

• Lớp da bên ngoài dày đặc: 15 đến 25mm ngoài cùng của vật đúc ly tâm về cơ bản có độ xốp bằng 0, mang lại cho thùng cuộn tính toàn vẹn bề mặt vượt trội và khả năng chống oxy hóa
• Cấu trúc hạt mịn: Quá trình đông đặc nhanh chóng trên khuôn kéo sợi nguội tạo ra cấu trúc hạt mịn hơn so với đúc tĩnh, cải thiện khả năng chống rão và mỏi
• Độ dày tường nhất quán: Có thể kiểm soát kích thước cộng hoặc trừ 2 đến 3 mm trên độ dày thành, giảm thiểu phụ cấp gia công
• Phạm vi kích thước: Đúc ly tâm là kinh tế nhất đối với vỏ cuộn có đường kính ngoài 100 đến 600mm và chiều dài 500 đến 4.000mm

Đúc tĩnh với gia công chính xác

Đúc tĩnh trong khuôn cát hoặc gốm được sử dụng cho các tạp chí đầu cuối, mặt bích và hình dạng đầu cuộn phức tạp không thể được tạo ra bằng phương pháp đúc ly tâm và cũng được sử dụng cho các cụm cuộn hoàn chỉnh có đường kính nhỏ hoặc khi không có dụng cụ đúc ly tâm cho hợp kim cụ thể được yêu cầu. Đúc tĩnh yêu cầu dung sai gia công lớn hơn (thường là 8 đến 15 mm trên mỗi bề mặt) để loại bỏ lớp vỏ ngoài tách biệt và đảm bảo bề mặt gia công tiếp xúc với kim loại âm thanh, không có khuyết tật. Độ xốp bên trong được kiểm soát bằng thiết kế nâng cao và quá trình hóa rắn có kiểm soát, nhưng vật đúc tĩnh thường có độ bền đứt gãy thấp hơn so với vật liệu đúc ly tâm tương đương do cấu trúc hạt thô hơn và sự phân tách lớn hơn.

Cấu trúc cuộn chế tạo

Các cuộn lò chế tạo được lắp ráp từ các phần ống hoặc tấm hợp kim rèn được hàn với các đầu gối đúc hoặc rèn, mang lại lợi thế khi sử dụng hợp kim rèn chất lượng cao cho phần thân trong khi các đầu cuộn đúc cung cấp hình dạng phức tạp cần thiết ở các đầu cuộn. Cuộn chế tạo là lựa chọn kinh tế nhất cho đường kính lớn (trên 600mm) và được sử dụng rộng rãi trong các phần lò dây chuyền mạ kẽm, nơi phổ biến đường kính cuộn từ 600 đến 1.200mm. Các mối hàn giữa nòng và cổ trục cuối là một yếu tố thiết kế quan trọng -- chúng phải được chế tạo bằng hợp kim độn phù hợp, được xử lý nhiệt đúng cách để giảm ứng suất dư và được kiểm tra không phá hủy trước khi lắp đặt để ngăn ngừa nứt mối hàn trong quá trình sử dụng.

So sánh phương pháp sản xuất

Việc lựa chọn phương pháp sản xuất ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, tuổi thọ và chi phí của cuộn lò thép hợp kim -- hiểu được những sự cân bằng này là điều cần thiết đối với các kỹ sư thu mua chỉ định các cuộn lò thay thế hoặc chế tạo mới.

Bảng 2: Các phương pháp sản xuất cuộn thép hợp kim được so sánh theo chất lượng cấu trúc vi mô, cường độ, khả năng kích thước và chi phí.

Cách xử lý bề mặt lò cuộn kéo dài tuổi thọ

Các phương pháp xử lý bề mặt được áp dụng cho cuộn lò thép hợp kim có thể kéo dài tuổi thọ của thùng từ 50 đến 200% so với bề mặt đúc hoặc gia công bằng cách cải thiện khả năng chống mài mòn, giảm độ bám dính tích tụ oxit sắt hoặc kẽm và tăng cường khả năng chống oxy hóa trong các điều kiện môi trường lò cụ thể.

Sơn phun nhiệt

Nhiên liệu oxy tốc độ cao (HVOF) và lớp phủ phun plasma của gốm sứ bao gồm alumina (Al2O3), oxit crom (Cr2O3) và zirconia (ZrO2) được áp dụng cho thùng cuộn lò nung thép hợp kim cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và giảm độ bám dính của oxit sắt và oxit kẽm tích tụ gây ra khuyết tật bề mặt dạng dải trong dây chuyền mạ và ủ. Lớp phủ oxit crom ứng dụng HVOF, thường dày 0,2 đến 0,4mm, đạt giá trị độ cứng bề mặt từ 1.100 đến 1.400 Vickers, so với 150 đến 250 Vickers đối với thùng thép hợp kim bên dưới. Sự chênh lệch độ cứng này làm giảm đáng kể tốc độ mài mòn do tiếp xúc mài mòn với dải thép. Độ xốp của lớp phủ phải được giảm thiểu xuống dưới 1% để ngăn lớp phủ hoạt động như một con đường cho khí oxy hóa tiếp cận nền thép hợp kim.

Lớp phủ mối hàn (Mặt cứng)

Lớp phủ hàn của vật liệu hợp kim cao bao gồm hợp kim cứng hình vệ tinh, niken-crom hoặc cặn cacbua coban-crom trên bề mặt thùng cuộn tạo ra lớp mài mòn liên kết bằng kim loại bám dính hơn nhiều so với lớp phủ phun nhiệt và có thể được áp dụng cho các cuộn đã được sử dụng trong thời gian ngừng bảo trì theo lịch trình. Các lớp hàn có độ dày từ 2 đến 4mm được áp dụng bằng quy trình hàn hồ quang truyền plasma (PTA) hoặc hàn hồ quang chìm, sau đó mài đến kích thước cuối cùng. Ứng dụng chính của lớp phủ mối hàn trên các cuộn lò là ở các cuộn mạ kẽm và các cuộn hiệu chỉnh trong dây chuyền mạ kẽm nhúng nóng, trong đó các hợp chất liên kim loại kẽm-sắt hình thành các điều kiện ăn mòn mạnh ở nhiệt độ 450 đến 460 độ C.

Lớp phủ khuếch tán

Quá trình nhôm hóa và mạ crôm các bề mặt cuộn lò thép hợp kim bằng quy trình xi măng đóng gói hoặc lắng đọng hơi hóa học (CVD) tạo ra lớp bề mặt liên kết khuếch tán được làm giàu bằng nhôm hoặc crom giúp tăng cường khả năng chống oxy hóa so với hợp kim cơ bản, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ tuần hoàn trong đó sự giãn nở nhiệt không khớp làm cho lớp phủ phun nhiệt bị nứt vỡ. Lớp phủ nhôm trên cuộn không gỉ 310 đã chứng minh sự cải thiện khả năng chống oxy hóa tương đương với việc chuyển sang loại hợp kim cao hơn với chi phí thấp hơn, đặc biệt là ở các khu vực lò nung có chu kỳ nhiệt nhanh từ 600 đến 1.000 độ C.

Các dạng hư hỏng thường gặp của cuộn lò thép hợp kim và cách phòng ngừa

Hiểu được cơ chế hư hỏng của cuộn lò thép hợp kim cho phép các kỹ sư bảo trì thực hiện các chương trình kiểm tra có mục tiêu, kiểm soát quy trình vận hành và nâng cấp vật liệu giúp kéo dài tuổi thọ của cuộn và giảm thời gian ngừng hoạt động của lò ngoài dự kiến.

• Độ võng do nhiệt (độ võng từ biến): Có thể nhìn thấy dưới dạng hình cánh cung trong thùng cuộn khi được đo trong quá trình bảo trì. Nguyên nhân là do nhiệt độ vận hành vượt quá giới hạn điện trở rão của hợp kim hoặc do tiếp xúc kéo dài với hiện tượng quá nhiệt cục bộ do va chạm với đầu đốt. Phòng ngừa: xác minh loại hợp kim cuộn so với nhiệt độ vận hành lò thực tế (không phải nhiệt độ thiết kế), tăng đường kính cuộn để giảm tải đơn vị hoặc nâng cấp lên hợp kim có độ bền rão cao hơn.
• Quá trình oxy hóa và đóng cặn bề mặt: Mất dần đường kính thùng cuộn do hình thành cặn và nứt vỡ. Tăng tốc do hàm lượng crom không đủ ở nhiệt độ vận hành hoặc do không khí lò chứa độ ẩm quá mức hoặc hợp chất lưu huỳnh. Phòng ngừa: chỉ định hợp kim có hàm lượng crôm tối thiểu 25% cho dịch vụ trên 900 độ C; theo dõi thành phần khí quyển lò; giảm điểm sương trong lò khí quyển hydro.
• Vết nứt do mỏi nhiệt: Các vết nứt bề mặt theo chu vi hoặc hướng trục bắt đầu tại các điểm không liên tục trên bề mặt và lan truyền vào trong dưới chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại. Phổ biến nhất ở dạng cuộn phải khởi động lò thường xuyên, đứt dải hoặc thay đổi nhiệt độ nhanh. Phòng ngừa: thực hiện kiểm soát tốc độ tăng tốc lò trong quá trình khởi động; sử dụng hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn; áp dụng ứng suất nén dư trên bề mặt bằng cách bắn có kiểm soát các cuộn mới trước khi lắp đặt.
• Tích lũy và thu thập: Sự tích tụ oxit sắt, oxit kẽm hoặc các kim loại liên kim loại kẽm-sắt trên bề mặt cuộn, tạo ra các va chạm bề mặt gây ra các khuyết tật trên dải. Phòng ngừa cho dây chuyền mạ: sử dụng cuộn có mối hàn phủ hoặc phun phủ nhiệt có ái lực thấp với kẽm; duy trì hóa chất tắm kẽm trong phạm vi hàm lượng nhôm được chỉ định; thực hiện các quy trình làm sạch cuộn thường xuyên trong thời gian dừng theo lịch trình.
• Lỗi ổ trục: Sự co giật hoặc mài mòn nhanh ở các ổ trục đầu cuộn, thường do lưu lượng nước làm mát không đủ đến các ổ trục được làm mát bằng nước hoặc do lệch trục trong vỏ ổ trục lò nung. Phòng ngừa: thực hiện giám sát lưu lượng nước làm mát bằng cảnh báo tự động; thực hiện kiểm tra căn chỉnh mỗi lần thay đổi cuộn; chỉ định khe hở ổ trục thích hợp cho sự giãn nở nhiệt của cụm cuộn ở nhiệt độ vận hành.

Thông số kỹ thuật chính cần xác định khi đặt hàng cuộn lò thép hợp kim

Thông số kỹ thuật cuộn lò hoàn chỉnh phải xác định tối thiểu tám thông số kỹ thuật để đảm bảo cuộn được cung cấp đáp ứng các yêu cầu vận hành lò và phù hợp với vỏ ổ trục và hệ thống truyền động hiện có mà không cần sửa đổi.

Bảng 3: Các thông số kỹ thuật chính cần có trong thông số kỹ thuật cuộn thép hợp kim hoàn chỉnh, với các phạm vi điển hình và cơ sở thông số kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp về cuộn thép hợp kim cho lò nung

Sự khác biệt giữa hợp kim sửa đổi HK40 và HP cho cuộn lò là gì?

Hợp kim được sửa đổi HK40 và HP có cùng thành phần cơ bản gồm khoảng 25% crom và 35% niken, nhưng các loại hợp kim được sửa đổi của HP bao gồm bổ sung hợp kim vi mô của niobi, vonfram hoặc titan giúp cải thiện đáng kể độ bền đứt của rão ở nhiệt độ trên 1.050 độ C và kéo dài tuổi thọ sử dụng từ 30 đến 50% ở vùng nhiệt độ cao. Đối với các cuộn hoạt động dưới 1.000 độ C, tiêu chuẩn HK40 là phù hợp và tiết kiệm chi phí hơn. Đối với các cuộn ở vùng nhiệt độ cao nhất của lò hâm nóng và ngâm, việc chỉ định hợp kim biến tính HP-Nb hoặc HP-W thường được chứng minh bằng thời gian sử dụng kéo dài và tần suất thay đổi cuộn giảm, ngay cả khi chi phí vật liệu cao hơn từ 15 đến 25% so với tiêu chuẩn HK40.

Bao lâu thì nên thay thế cuộn lò thép hợp kim?

Tuổi thọ sử dụng của cuộn lò thép hợp kim thay đổi từ 1 đến 5 năm tùy thuộc vào loại hợp kim, nhiệt độ vận hành, không khí lò, tải trọng căng dải và tần số chu trình nhiệt, với các cuộn lò sưởi trong dây chuyền ủ hoạt động liên tục thường kéo dài từ 18 đến 36 tháng trước khi yêu cầu thay thế. Các cuộn phải được kiểm tra trong mỗi lần ngừng bảo trì theo kế hoạch bằng cách sử dụng kiểm tra kích thước (đo đường kính tại nhiều điểm dọc theo thùng để phát hiện độ võng hoặc mòn), kiểm tra trực quan xem có vết nứt bề mặt và hư hỏng do oxy hóa cũng như thử nghiệm không phá hủy (kiểm tra hạt từ tính hoặc chất thẩm thấu thuốc nhuộm) trên các tạp chí và vùng hàn. Việc thay thế phải được lên kế hoạch trước khi tổn thất đường kính vượt quá 1 đến 2% đường kính thùng ban đầu để tránh các vấn đề về theo dõi dải và kiểm soát độ căng.

Cuộn lò thép hợp kim có thể được sửa chữa và tân trang thay vì thay thế?

Có, các cuộn thép hợp kim bị hư hỏng cục bộ, các trục bị mòn hoặc mất oxy hóa bề mặt thường có thể được tân trang lại bằng cách gia công thùng đến đường kính mới trong phạm vi dung sai kích thước, phủ lại bề mặt, thay thế các trục cuối và gia công lại đến kích thước cuối cùng, kéo dài tuổi thọ thân cuộn ở mức 30 đến 50% chi phí của một cuộn mới. Việc tân trang có hiệu quả về mặt kinh tế khi độ dày thành thùng còn lại đủ cho các yêu cầu về ứng suất ở nhiệt độ vận hành và khi hợp kim lõi không có dấu hiệu giòn ở pha sigma hoặc quá trình cacbon hóa nghiêm trọng. Nên thay thế các cuộn có vết nứt xuyên tường, võng quá mức hoặc xuống cấp hợp kim do tiếp xúc với nhiệt độ quá cao, vì việc sửa chữa mối hàn trên các hợp kim chịu nhiệt bị xuống cấp nặng có độ tin cậy kém khi sử dụng ở nhiệt độ cao.

Nguyên nhân gây ra sự tích tụ trên cuộn lò và cách loại bỏ nó?

Sự tích tụ trên các cuộn lò là do các hạt oxit sắt rơi ra từ bề mặt dải dính vào và thiêu kết trên bề mặt cuộn ở nhiệt độ cao, và trong các dây chuyền mạ kẽm bởi các hợp chất liên kim loại kẽm-sắt kết tủa từ bể kẽm lên các cuộn chìm ở nhiệt độ bể kẽm từ 450 đến 460 độ C. Trong các lò ủ và xử lý nhiệt, sự tích tụ oxit sắt được loại bỏ trong quá trình dừng bảo trì bằng cách mài cơ học hoặc phun cát vào thùng cuộn đã nguội, sau đó là kiểm tra các khuyết tật bề mặt mà sự tích tụ đã che khuất. Trong dây chuyền mạ kẽm, sự tích tụ liên kim loại kẽm-sắt được kiểm soát thông qua quản lý hóa học trong bể (duy trì 0,13 đến 0,20% nhôm trong bể kẽm sẽ ức chế sự hình thành liên kim loại) và bằng cách sử dụng các cuộn có lớp phủ bề mặt có ái lực thấp với các liên kim loại kẽm-sắt.

Những thử nghiệm chất lượng nào mà cuộn lò thép hợp kim phải vượt qua trước khi giao hàng?

Một chương trình chấp nhận chất lượng hoàn chỉnh đối với các cuộn thép hợp kim phải bao gồm phân tích thành phần hóa học (phân tích quang phổ của mẫu thử từ cùng nhiệt với quá trình đúc cuộn), kiểm tra kích thước so với dung sai bản vẽ, kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ hoặc siêu âm để phát hiện các khuyết tật bên trong, đo độ cứng bề mặt và kiểm tra áp suất thủy lực của các kênh tạp chí làm mát bằng nước nếu có. Đối với các cuộn quan trọng trong dây chuyền xử lý liên tục, trong đó trục trặc của cuộn gây ra tổn thất sản xuất đáng kể, các yêu cầu về năng lực bổ sung có thể bao gồm dữ liệu kiểm tra độ rão đối với nhiệt thực tế của hợp kim được cung cấp, kiểm tra kim loại của một mẫu thử từ cùng một vật đúc và đo độ thẳng toàn bộ chiều dài để xác minh độ đảo của thùng trong phạm vi dung sai quy định (thường chỉ số tổng chỉ báo từ 0,2 đến 0,5 mm trên toàn bộ chiều dài thùng).

Kết luận: Kết hợp các cuộn thép hợp kim với yêu cầu lò nung của bạn

Việc lựa chọn cuộn thép hợp kim chính xác cho lò nung là quyết định trực tiếp xác định thời gian hoạt động của lò, chất lượng bề mặt dải và tổng chi phí sở hữu kho cuộn trong suốt thời gian vận hành của lò. Logic lựa chọn cơ bản rất đơn giản: khớp nhiệt độ sử dụng liên tục được chứng nhận của loại hợp kim với nhiệt độ vận hành tối đa thực tế trong vùng cuộn với biên độ ít nhất là 50 độ C, chỉ định đúc ly tâm cho phần thùng bất cứ khi nào có thể để có được lợi thế về mật độ và đặc tính, xác định các yêu cầu xử lý bề mặt dựa trên cơ chế tích tụ và mài mòn cụ thể trong môi trường lò nung của bạn, đồng thời triển khai chương trình kiểm tra có hệ thống theo dõi sự xuống cấp của cuộn để cho phép thay thế theo kế hoạch thay vì thay đổi khẩn cấp.

Khi các dây chuyền xử lý đẩy tới tốc độ dải cao hơn, chiều rộng dải rộng hơn và môi trường lò tích cực hơn nhằm theo đuổi các mục tiêu về năng suất và chất lượng sản phẩm, Công nghệ cuộn lò thép hợp kim tiếp tục phát triển thông qua các thành phần vi hợp kim phức tạp hơn, phương pháp đúc cải tiến và kỹ thuật bề mặt tiên tiến để đáp ứng nhu cầu về điều kiện vận hành lò thế hệ tiếp theo một cách an toàn và tiết kiệm.