国内中厚板热处理设备概况

    随着中国工业技术水平的不断发展和提高，在造船业、机械加工业、石油化工、桥梁建筑等汗液对中厚板的总体需求量增加的同时，对高等级高强度钢板的需求也不断增加。由于我国原有的中厚板生产线虽然不断的在进行技术更新改造，但是总体的技术水平和国外相比仍由较大的差距，设置配套热处理设施的中厚板厂更是少之又少。正因为如此，目前国内很大一部分高等级和高强度的中厚板主要依赖于进口。
    虽然我国中厚板生产线的装备水平有了很大的提高，特别是近几年我国又新建了不少现代化的中厚板生产线，采用了控制轧制和控制冷却技术，也能生产一些高附加值的钢板，但是一些高强度的钢板如低温压力容器板、电厂锅炉板、工程机械用钢板，耐磨钢板、不锈钢板等必须要有热处理设施才能生产，所以热处理是生产高附加值重要用途钢板的必要手段。
    随着中国产业技术的升级和市场竞争的加剧，中厚板的竞争必然从量的竞争转向质量和高附加值的竞争。而热处理是生产高性能和高附加值钢板的重要工序之一，其不仅可以改进钢板的加工性能，同时能够显著的改善钢板的力学性能，所以国外特别是日本、德国的中厚板生产厂几乎都建设了热处理设施。这也是我国中厚板生产厂提升产品附加值和竞争力以产顶进的必然选择。

    热处理设备型式
    1 热处理炉
    中厚板热处理工序的核心设备是热处理炉。
    热处理炉是热处理工序的加热设施，与中厚板生产线的加热炉相比，其炉温控制的准确性和加热的均匀性要求更高。它的装备水平和操作水平直接影响钢板的质量和生产成本，所以中厚板热处理炉型式和水平的选择是热处理工艺成功的关键。
    1） 热处理炉炉型
    中厚板热处理炉的型式共有六种分别是：
    辊底式炉；
    步进式炉；
    大盘式炉；
    车底式炉；
    外部机械化炉；
    罩式炉。
    辊底式炉由于产量、机械化和自动化程度高，得到了广泛的采用。步进式炉虽然具有避免产生黑印和划伤的优点，但是由于投资高、维修量大且成本高、无法进行无氧化加热，目前已经很少采用，其它炉型由于生产能力低和使用寿命短等因素，基本上很少采用。
    2） 热处理炉加热方式
    中厚板热处理炉的加热方式分为直焰式（一般称明火）和辐射管式（一般称为无氧化式）两种。
    直焰式就是利用烧嘴火焰直接对钢板加热。这种加热方式，炉温不易控制均匀，钢板表面容易氧化，炉底辊节瘤，钢板表面质量较差，但是投资比较少。
    辐射管式就是采用特殊的烧嘴辐射加热。这种加热方式，炉内温度均匀，炉内采用氨气作为保护气氛，钢板不会氧化，钢板表面质量好，但是投资较高。
    中厚板厂如何选择热处理炉应综合考虑投资和产品质量两个方面。我国中厚板厂早期建设的热处理炉由于投资的限制主要选择直焰式热处理炉，如武钢中板厂的No.1炉、舞阳宽厚板厂的No.1及No.2炉和重钢五厂都是如此。但是，随着用户对钢板表面质量要求的提高，1999年武钢率先新建了一座先进的无氧化辊底式热处理炉。后来，随着用户对中厚板表面质量要求不断提高和热处理控制技术的进步，采用无氧化辊底式炉已经逐步成为中厚板热处理炉的首选炉型。
    2 淬火机
    淬火机是热处理工序的又一个关键设备。淬火是提高中厚板强度的重要手段。目前淬火方式有浸淬式和喷淬式两种方式。
    1) 浸淬式
    这种方式就式把钢板浸入水里或油里进行淬火。由于很难保证钢板同时进入到淬火介质里，钢板冷却有先有后，冷却速度不同，很容易造成钢板的瓢曲和性能不均。
    2）喷淬式
    喷淬式又分为压力式和辊式两种。压力式淬火就是先用压头将淬火钢板压住，再向钢板的上下表面进行淬火。这种方式，钢板和压头接触的地方无法淬火，接触部分的钢板性能和其它部分性能不同，造成整块钢板的性能不均匀并且容易瓢曲。而辊式淬火就是钢板通过辊道输送到淬火区进行淬火，钢板在动中进行淬火。这种方式先采用高压水快速冷却，使钢板表面温度迅速降低到约500℃以下，同时保持钢板上下表面相同的冷却速度，避免钢板的瓢曲。然后用低压大水大量继续冷却钢板，直到钢板温度降到80℃以下或室温。
    由于辊式淬火生产的钢板质量更好、效率更高，所以现代化的热处理线多采用辊式淬火机。

    中厚板热处理设备采用的先进技术
    由于无氧化的辊底式炉和连续辊式淬火机是中厚板热处理设备的发展方向，本文这里只介绍这两种热处理设备采用的先进技术。
    1 热处理炉采用的先进技术
    1）无氧化加热技术
    热处理炉的无氧化加热技术主要包括以下四个方面：
    热处理炉内采用高纯度的氮气保护气氛；
    采用带自身换热式烧嘴的辐射管加热；
    炉子本体及相关部分都采用气密性设计；
    炉子入口和出口都设置隔离室。
    2）高精度的温度控制技术
    根据炉子的长度，一般将炉分为多个温度控制区，每个分区可根据工艺的需要进行不同的温度控制。每个分区内采用ON/OFF脉冲控制烧嘴，对钢板的上下表面进行加热，可以充分保证钢板温度的均匀性。武钢中板厂建设的热处理炉加热的钢板实际同板温度差可达到＜4℃，异板温度差可达到＜3℃。
    3）计算机全自动控制技术
    整个热处理过程采用计算机系统自动控制，从钢板的装炉到加热完成后出炉的整个过程都是计算机自动控制。只要热处理钢板的数据送入到热处理的计算机系统内，热处理炉按照计算机的设定自动将炉温调整到要求的温度，同时辊道自动调整到满足加热时间所需的运行速度。另外计算机系统设置了完备的自动检测和报警系统，以保护设备安全和热处理炉的正常工作。
    上述热处理炉所采用的先进技术是保证热处理钢板质量的重要保证，除此之外原料钢板表面的氧化铁皮的多少也是影响钢板表面质量的一个重要环节，所以采用先进的抛丸技术也是中厚板热处理不可缺少的关键措施。
    2 辊式淬火机采用的先进技术
    目前辊式淬火机和淬火炉一般紧凑布置，钢板从淬火炉加热到要求的温度后，从炉子出来直接进入到淬火机进行淬火，这种布置有利于准确控制淬火钢板的温度。
    目前辊式淬火机能够生产出高质量的钢板主要采用了以下先进技术：
    1） 分区冷却技术
    淬火机一般分为高压和低压冷却区，高压冷却区采用压力0.8MPa的冷却水，迅速将钢板的温度冷却到约500℃以下，低压冷却区继续将钢板冷却到约80℃以下。这种冷却方式可实现良好的淬透性、均匀性和钢板平直度。
    2）特殊的烧嘴设计技术
    为得到高质量的淬火钢板，现代化的淬火机的喷嘴采用了特殊的设计。
    高压区采用了三种型式的喷嘴，分别是狭缝水帘式喷嘴、箱式双喷嘴和单根组件喷嘴。喷嘴上下对称布置，并且狭缝式喷嘴的开口度、喷水角度和喷嘴与钢板的距离可调是保证不同厚度钢板平直度的重要保证。
    低压区采用水管式结构，每根水管上有3～4排喷嘴，这些喷嘴是朝着钢板输送线的不同角度钻孔的。
    3）计算机控制技术
    淬火机的整个淬火过程全部由计算机自动完成。淬火机根据钢板入炉加热输入的数据，自动调整淬火机的开口度、辊道速度及冷却水量等。所以淬火机的计算机系统是淬火机正常工作的关键。
    另外为保证淬火机的正常工作，淬火机在入口设置了检测辊，保证淬火机的安全工作；在出口设置了水刮板和气刀系统，除去钢板表面的残留水；在高压区辊道采用螺旋型，并安装了专门的真空吸水系统；这些都是现代化的淬火机不可缺少的技术装备。

    国内中厚板热处理设施及其水平的现状
    2000年以前，我国整体的热处理装备和热处理水平都很低，原有中厚板生产厂26家、配置热处理设备的仅仅有重钢五厂、舞阳厚板厂、武钢中板厂和鞍钢厚板厂四家。
    重钢五厂的热处理炉是1980年代国内自行设计的辊底式明火炉；舞阳厚板厂热处理装备齐全，也是80年代国内自行设计的；鞍钢厚板厂安装的两座辊底式热处理炉，一座明火炉，一座无氧化淬火炉带淬火机，是1990年代从日本买回的二手设备；这些热处理设备无论装备技术和控制技术都已经落后，和国际先进水平相比有很大的差距。到了1990年代末，武钢轧板厂率先引进建设了一条无氧化的辊底式炉，该热处理炉采用了世界先进的热处理设备和控制技术，是我国当时装备水平最高的热处理炉线。
    进入21世纪以来，随着中国经济的迅猛发展，对高质量中厚钢板需求不断增长，武钢轧板厂和舞阳厚板厂加快了热处理设备改造和建设步伐，进一步增强热处理的能力，又开始建设现代化的辊底式热处理炉。浦钢也购进一座二手热处理炉并新建了一座微氧化辊底式热处理炉、济钢厚板厂在2005年也建成热处理生产线。
    同时近二十多条现代化的中厚和宽厚板生产线在这个时期进行建设，中厚板的生产技术得到了很快发展和提高，其中部分中厚板生产线同步规划了热处理生产线，虽然目前同步建设热处理线的并不多，但是已有不少中厚板厂正在筹备建设。2005年投产的有宝钢5m宽厚板厂的热处理线和济钢3500mm厚板的热处理线。
    国内中厚板厂的热处理设备的情况详见表1。

    表1 国内中厚板热处理设备一览表

    由于中厚板市场的竞争对手不断增加，市场竞争不断加剧，不少中厚板厂已经认识到热处理技术是增强竞争力的重要措施，并开始筹备建设热处理生产线。相信不远的将来，随着这些现代化的热处理生产线的建成投产，将大大提高我国中厚板热处理装备和处理技术，同时增强我国生产高强度厚钢板的实力。