明火炉在金属针布钢丝生产中的应用
朱玉飞、周建平、陆金华
[金轮针布（江苏）有限公]
在钢丝材料的生产中,中间和最后热处理都是十分重要的,它是控制钢丝拉拔以及形成性能的主要因素，目的是:
（1）均匀热轧线材的组织；
（2）消除拉拔过程中因冷加工引起的应变硬化和脆性；
（3）软化钢丝；
（4）改变钢丝的塑性、韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸和其他物理性能；
（5）形成一种确定的显微组织。
随着纺织梳理设备的更新换代、工艺水平的进步以及质量要求的提高，对针布的质量要求也日益提高。钢丝质量的优劣对针布质量好坏有直接影响，针布专用钢丝的质量的提升一直是针布制造行业关注的重点。
金属针布钢丝的基本性能要求：
（1）钢丝性能和尺寸的均匀一致使针布具有稳定的尺寸；
（2）充分的塑性与韧性使钢丝具有良好的加工性能；
（3）合理的金相组织和硬度使针布具有更高的耐磨性。
目前国产钢丝质量与发达国家生产的钢丝质量有较大差距,主要体现在组织的均匀一致性、韧性以及表面质量，其主要原因是生产设备和工艺技术存在差距。
金属针布专用钢丝生产的工艺流程：
盘圆→表面处理→粗拉→中间热处理→细拉→成品丝热处理
明火炉用于钢丝的中间退火热处理，下面主要对明火炉在针布钢丝生产过程中的作用进行探讨。
针布为了保证有足够的耐磨性和齿尖强度，一般均采用高碳钢或合金钢生产，成品钢丝的线径一般在1.0~2.0之间，而高碳钢的极限总压缩率无法使钢丝一次拉拔到成品尺寸，所以需要对钢丝进行中间热处理，以消除钢丝拉拔过程中产生的加工硬化，恢复钢丝塑性，并使由于拉拔而造成的组织变形和晶格位错得到消除，使之能够经受进一步的冷拉变形。
高碳钢、合金钢的中间热处理一般有两种形式：球化退火或正火处理。
球化退火采用周期性退火形式，可以在箱式炉、罩式炉及井式炉中进行，一般以有气氛保护的罩式炉与井式炉为常见，得到球状珠光体组织，其中罩式炉的工艺效果好于井式炉。由于可以采取气氛保护，可以有效控制钢丝表面氧化。我公司采用无氧化罩式炉，氢气介质保护，计算机控制，主要用于金属针布专用钢丝的最后球化热处理与合金钢丝的中间热处理，合金钢材料采用球化退火工艺更有效进行下道的拉丝。而对于高碳钢材与低合金钢材而言，球化钢丝的珠光体组织不是拉丝的最佳组织，不利于钢丝的后续拉拔，无法拉拔高压缩率的细丝；而且按现在的拉丝工艺速度进行在线磷化没有可能，所以球化钢丝也就无法拉拔得到磷化表面的钢丝，无法实现钢丝的大批量生产。
正火处理采用连续炉处理，得到索氏体组织。索氏体组织是珠光体类型的片层极细的组织，它具有良好的综合机械性能和拉拔性能，被认为钢丝拉拔的最佳组织；通过对控制过冷奥氏体的等温转变温度可以使其产物具有强度和塑性的最佳配合，而且由于在线热处理为实现了在线磷化处理奠定了基础,为钢丝的大批量生产创造了条件。
正火处理连续炉主要有马弗式和明火式两种形式。
国内连续炉多采用装有马弗砖的加热炉, 线速度低时采用空冷, 线速度高时采用冷却水管控制冷却，燃料一般采用煤，通过烟道对马弗砖进行加热，钢丝受热通过马弗砖的传热获得，因此其热效率低，加热速度很慢，车间环境差；另外由于煤质量差异大，而这种加热形式无法与高精度的软件控制系统匹配，所以加热时无法得到精确的温度控制，炉温一致性较差；而钢丝在马弗孔内运行时位置的不确定性更扩大了钢丝线温的不一致性，使钢丝的抗拉强度一致性较差；而且炉内无控制气氛，钢丝的表面氧化、脱碳无法得到有效控制，氧化线损率较高。
明火炉采用燃料有油或液化石油气，它采用明火加热，钢丝直接靠炉膛及火焰的辐射和对流加热，其热效率高、加热速度快、产量高。由于钢丝直接处于燃烧气氛中，通过空燃比比例及烟道开度调节，炉内可以合理控制炉气气氛和炉内压力，使其保持为无氧化气氛，有效控制了钢丝的氧化和脱碳现象。
我公司去年引进了国内最先进的燃气明火炉，该炉主要由明火加热炉、处理Patenting处理炉、阀站和控制系统四部分组成。
图１ 明火炉+PEITEN处理炉
明火加热炉和Patenting处理炉是设备主体, 明火加热炉作用是把钢丝加热到工艺温度；Patenting处理炉作用是保证奥氏体的等温转变温度的一致性。明火加热炉采用逆流明火加热式炉型，炉体多段组合分为预热段、加热1段、加热2段、加热3段、均热段，各段相对独立供热、单独控温和调节气氛；Patenting处理炉两段供热、各段独立控温，由烧嘴直接对炉体燃烧室进行加热。燃烧系统主要包括混合器、燃烧调节器、烧嘴、管道、安全阀；加热方式采取了燃烧气体在燃烧前通过混合器将燃气、空气按比例预先混合在一起，然后在烧嘴中燃烧的方式，高速的燃烧产物喷入炉膛在炉膛内产生气流循环，保证了整个供热段温度均匀；温控系统由计算机控制，采用了FIB控制软件系统。明火炉每个加热段及Patenting处理炉的前、后段均配有热电偶测温，温度讯号反馈到系统后，计算机通过对比炉内实际温度和设定温度的差异发出指令控制电动执行机构（空气开度调节阀）的开度，改变空气流量；由于混合器控制燃气和空气的流量比例不变, 空气流量的改变也就改变了烧嘴的燃烧强度,精确控制加热炉和PAITEN处理液的工艺温度.炉体设置了炉内气氛取样口，利用气氛分析仪可以随时监测炉内气氛的成分，根据监测结果通过调节混合气体比例阀来控制炉气呈还原状态；阀站采取二级减压来控制燃气的输入压力精度，压力由计算机进行控制，燃气输入系统由稳压阀、安全切断阀、放散阀等组成，该系统只有在空、燃气压力稳定正常时才能运行，当压力出现波动不满足系统要求或供电系统出现故障时，燃气紧急切断并进行声光报警提示。控制系统是采用下位机、上位机二层结构体系，下位机采用PLC控制，从各仪表采集测量值、设备状态值等实时数据。上位机采用监控软件读取下位机采集的现场数据，对数据进行处理、归档、打印报表，并对下位机发送命令。
为保证铅液前后温度的一致，处理炉内装有两台循环泵对铅液进行循环，另外还有两台风机通过炉内的冷却管道对铅液进行温度控制，控制系统根据处理液的温度反馈信息自动控制铅温循环、内外冷却风机开启，以保证处理液前、后段温度一致。
由于明火炉的燃料稳定，匹配以优秀的控制软件系统实现了精确的温度控制；炉温、铅液温控精度和前后段铅液温度差异可精确到工艺温度的±1℃,保证了炉内线温的一致性；另外收放线控制采用了先进的变频控制技术,收线精度高,钢丝在炉内实现匀速运行,保证了钢丝热处理工艺的一致性,处理后钢丝物理性能的通条性较好。
Patenting处理作为一种成熟的工艺，它有种种优点：它可以确保钢丝不会产生氧化皮；并且能更有把握地精确控制钢丝温度。正火时奥氏体的转变是在一个较大的温度转变区内进行的，所获得的珠光体组织渗碳体片层间距粗细不一致，且有较多的先共析铁素体；而Patenting处理可以获得均匀细致的索氏体组织，因而其综合力学性能要优于正火钢丝。
下面是随机抽取我厂明火炉产品6月1日检测数据: 钢丝牌号: SWRH72B (A) ø2.50 、SWRH82B (B) ø2.20
退火工艺见表1所示，质量检验记录见表2所示。
表2表明,明火炉退火钢丝性能均匀一致,随机抽取的同牌号钢丝抗拉强度极差分别为25Mpa、33Mpa,无脱碳。
通过明火炉对钢丝进行中丝热处理,可以获得一致的钢丝退火质量,有利于后续钢丝拉拔质量和成品钢丝球化的控制,为成品钢丝获得一致的组织和硬度提供了条件,明火炉是大批量生产针布钢丝时中间热处理的最佳选择，为国内针布钢丝产品质量提高,对实现优质针布钢丝的国产化有重要意义。