大型高炉热风炉热处理工法.docx
《大型高炉热风炉热处理工法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型高炉热风炉热处理工法.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大型高炉热风炉热处理工法
宁钢2500M3高炉工程
热
风
炉
退
火
方
案
上海公司
宁钢高炉热风炉现场安装焊接热处理施工方案
大型高炉热风炉主要有蓄热室和燃烧室（如图1）为宁钢2#高炉热风炉蓄热室和燃烧室等部分组成安装时为了降低焊接残余应力，提高设备使用寿命，防止由于残余应力原因导致设备失效。
针对大型高炉蓄热室和燃烧室的特殊结构形式，结合我们公司多年来对大型高炉热风炉炉壳热处理的经验，系统研究了关于施工工艺、施工程序和质量目标控制规律，并总结得出一套大型高炉、热风炉等特殊结构的热处理经验，经科学总结和优化编制了本工艺方案。
图1
一、特点
（一）如图1所示，热风炉炉壳是由不同材质和不同规格壁厚的板材拼接而成，宁钢2#高炉热风炉蓄热室和燃烧室球体部材质为Q345B，下部为Q235B，而板厚又分为20mm、25mm、32mm、50mm、22mm、25mm、40mm、45mm、65mm、80mm等几种，所以这种复杂而特殊的结构决定了两种不同材质结合部焊缝和球体部分焊前必须进行预热处理。
（二）热风炉炉壳是异种材料焊接，由于异材焊接而导致上下段的拘束应力不同，因此应采取不同常规的焊后热处理工艺。
（三）热风炉的工作条件比较恶劣，这将严重降低拱顶寿命，所以焊后需要立即进行用以降低应力腐蚀发生的脱氢处理和应力退火处理。
（四）结构拘束应力和焊接残余应力在某一相位叠加时，其峰值应力将接近该材料的屈服极限，因此为避免应力叠加的屈服破坏可能性，需要采用热处理方法降低结构拘束与焊接残余应力。
二、适用范围
本工艺方案适用于等于或大于300m2炉容的高炉热风炉焊接热处理工程或类似结构焊接工程热处理的施工。
三、工艺原理
（一）焊前预热
为减缓焊缝焊后冷却速度，避免淬硬组织的形成，减小焊接应力及扩散氢，防止产生裂纹并改善热影响区性能，焊接前需要对特殊材质、结构及规格的工件在坡口两侧一定范围内局部或整体加热到一定的温度，即称为焊前预备热处理。
采取局部预备热处理时，应防止局部应力过大。
预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍区域，且不小于100mm。
当使用低氢型焊接材料时，可根据试验适当降低预热温度。
因对环境恶劣和难施焊的部位选择了较低的预热温度，所以在焊后相应采取低温后热处理，以补偿焊前预热温度的不足。
（二）焊后热处理原理
为改善焊缝及热影响区的性能，消除焊接残余应力等有害影响，将焊接区或其一部分加热到略低于AC1温度，并做一定时间的保温，而后空冷至环境温度的热处理，称为焊后热处理。
热处理工艺包括加热、保温、冷却三个过程，这些过程相互衔接，不可间断。
本工程采用的是消氢和消应力退火方式。
通过焊后热处理松弛焊接残余应力，软化淬硬区，改善组织，减少氢含量，提高耐蚀性，尤其是提高了材料的冲击韧性，改善了力学性能及蠕变性能。
1、脱氢处理工艺原理
在焊接冷却过程中，游逸的氢大量积聚产生很大的内应力，由于扩散游弋，有酿成延迟裂纹的危险。
对刚焊接完的焊接接头立即加热到规定的温度，并保温一段时间可使部分氢扩散，所以在焊接后采用200~3500C脱氢处理。
2、应力退火工艺原理
为去除工件塑性加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。
对于焊接件焊后立即将焊接区加热到低于AC1图9温度（一般500~6500C）,经保温后缓慢冷却的退火方式进行去应力退火。
因为该工艺能有效减缓焊接接头的冷却速度，提高材料的性能，降低淬硬倾向，减少焊接残余应力和扩散氢，防止冷裂纹发生。
退火温度越低，所需保温时间越长。
消除应力的退火温度与应力大小间的关系如表1所示
表1消除应力的退火温度与应力大小间的关系
材料名称
400度下初应力（X9.8X106N/m2）
保温后内应力（X9.8X106N/m2）
4000C
4500C
5000C
5500C
6000C
钢（0.29%C）
普通白口铁
珠光体球铁
铁素体球铁
20.0
14.4
29.5
29.5
14.09
9.96
24.49
24.97
10.17
7.17
16.33
13.78
7.13
3.62
7.42
5.43
3.84
1.58
3.40
3.06
1.16
0.12
0.88
0
从表中可以看出，通过退火处理，应力可大幅下降，所以退火处理是一种很有效的去应力处理方法。
四、工艺流程及操作要点
（一）工艺流程（见下一页）
（二）操作要点
1、焊前预热
（1）人员设备和材料准备。
将热处理机和电脑控温仪安装到位并进行调试，电源准备妥当。
准备好足够的加热片、保温棉和热电偶。
一般采用厚度为80mm的保温棉，采用φ3*800的热电偶，热电偶在对接的上下焊板上各安装一个，以便更好的控制温度。
预热的方法是采用在炉内加热炉外保温的方式，将加热片、热电偶安装在炉子内部，外面进行保温。
加热片安装在坡口两侧不小于100mm的范围内。
具体安装位置和方法见图3.
（2）预热工序在施焊前4h开始送电加热，施焊前8h焊接作业班组应采取书面形式通知热处理班组，并写明炉号、施焊时间、加热温度和通知人、通知时间，表格形式可参照表2所示
图２预热装置示意图
下一道工序
图3热处理工艺流程（左边为预热工艺流程，右边为焊后热处理工艺流程）
表2热处理通知
炉号
施焊时间
施焊班组
需加热温度（℃）
通知人姓名
通知日期
（3）准备预热前应先接好电源，电源输入方式采用三相四线。
热处理机不是同一时间加热，而是分六个炉区循环加热。
在热处理时，导线的额定限度一定不能小于输出功率。
（4）控温准备中，补偿导线的安装不少于8点。
（5）确认预热工艺曲线，将电脑控温仪调整好，在进行各种安全确认和有关主管人员确认后方可通电加热。
加热时，热处理人员要随时监控热处理温仪曲线变化，并进行现场记录。
热风炉预热采用的工艺曲线如图4所示。
图4焊前预备热处理工艺曲线
（6）预热结束后，拆除保温和加热装置，立即进行焊接作业。
2、焊后脱氢处理
（1）有些试板在焊接结束后要进行必要的消氢处理，例如宁钢2#高炉热风炉中材质为Q235B与Q345B板对接安装焊缝接结束后就进行了消氢处理。
在进行消氢处理之前做一些质量检查是必要的，所以在焊接结束后首先应对接接头焊缝、热影响区、母材分别进行应力和硬度测试、金相组织抽查及几何尺寸的测量，并记录。
（2）质量检查的同时要进行材料、设备和人员的配备，待检查结束后以便立即进行加热施工。
（具体准备工作同焊前预热）。
因热风炉施工属高空作业，所以热处理时保温棉和加热片等要采用钢筋勾进行固定，如图5
图5
（3）根据施工前制定的工艺进行参数的设定，在进行各种安全确认和有关主管人员确认后方可通电加热。
加热时，热处理人员要随时监控热处理控温仪曲线变化，并进行现场记录。
对每条焊缝采用的工艺如图7所示，升温速度为800C/h,加热到2500C保温3h,然后空冷。
加热范围为焊缝两侧不小于100mm.
图6脱氢处理工艺曲线
（4）热处理结束后，拆除保温和加热装置，对焊缝、热影响区、母材分别进行应力和硬度测试、金相组织抽查及几何尺寸的测量，用以检验热处理质量。
汇兑如表3所示。
表3热处理质量评定
项目
热处理前
热处理后
比较结果
结论
备注
残余应力值
金相检查
硬度测试
焊缝几何尺寸
3、去应力处理
（1）焊接结束后，对接接头焊缝、热影响区、母材分别进行应力和硬度测试、金相组织抽查及几何尺寸的测量，以测试工件的性能并记录，然后立即按照图6将保温装置、热电偶及加热片安装固定，准备送电加热。
（2）去应力处理和消氢处理的准备工作和加热控制过程是相同的，但工艺是不同的。
热风炉上半部采用的是同种材料的焊接（如图1），所以采用去应力退火处理，加热温度为600±250C，2000C以下不控温，升温度为800C/h，恒温4h后冷却速度1500C/h,其工艺曲线如图8所示：
加热范围在焊缝两侧不小于100mm。
图7去应力退火工艺曲线
（3）按照预先制定的工艺进行加热，加热时要自动记录曲线，结束后将自动记录曲线原件交给热处理负责人。
（4）热处理结束后，拆除保温和加热装置，对焊缝、热影响区、母材分别进行应力和硬度测试、金相组织抽查及几何尺寸的测量，用以检验热处理质量。
汇总如表3所示
（5）工程结束后施工单位要出据相关的焊前预热报告、脱氢处理报告及去应力退火处理报告，并交用户确认留底。
五、材料
（一）热电偶
1、热电偶是控温的主要装置，它的质量直接影响热处理质量，参数见表4
表4热电偶参数
规格（mm）
分度号
最高温度
误差
Ф3*80
K型
≤8000C
±100C
2、热电偶属于易损坏品，使用前应逐一对其进行测试，有利于对温度的控制和调整。
3、对投入使用的热电偶要逐一记录，并对其性能进行跟踪，记录位置方向如图8
图8记录坐标图
4、热电偶控温不少于8点，热电偶编号和坐标位置要对应记录。
（二）硅酸铝棉板
1、性能参数见表5
表5硅酸铝棉板性能
最高温度
密度
导热系数
渣球含量（%）
加热收缩率（%）
≥950℃
128±15%
≤0.156
≤15.0
≤4.0
硅酸铝棉板在使用过程中要禁止雨水的冲刷，其使用周期应视其脱落程度而定。
（三）低压聚氯乙稀（PVC）绝缘四芯电缆
１、电缆线是连接电源与热处理设备之间的导线，其安全载流量由表6确定：
表6低压聚氯乙稀（PVC）绝缘四芯电缆安全载流量
主线芯截面（mm2）
中芯截面（mm2）
安全载流量（A）
空气中敷设
直接埋地
铜
铝
铜
铝
4
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
2.5
6（10）
10（16）
10（16）
16（25）
25（35）
35（50）
35（70）
50（70）
50（95）
70（120）
25
60
81
102
128
159
195
224
260
298
358
19
46
63
79
99
121
150
173
199
230
277
35
79
104
134
164
198
238
272
306
346
412
27
61
79
103
126
152
184
208
236
265
315
2、表6上可以得知一台热处理机（180A）95mm2电缆线（3*95+1*35），两台热处理机（360A）应选240mm2电缆线（3*240+1*70）。
六、机具设备
机具设备见表7
表7机具设备
名称
规格型号
数量
用途
电脑控温仪
DW-A-360
2台
控制热处理工艺温度曲线
热电偶
Ф3*800K型
2个
控温
加热片
680*313600*250
100片
升温加热
电缆线
95mm2240mm2
100m
电源导线
铁丝
Ф3
20m
固定保温棉
角钢
∠５０
用作固定支架
胶布
/
3卷
缠结导线
硅酸铝棉
/
300片
保温
钢卷尺
5m
1把
测量几何尺寸
角向磨光机
Ф125
2台
打磨焊缝表面
七、劳动组织及安全
（一）劳动组织
本方案劳动组织见图9
图9
（二）注意事项
1、作业区的管理
（1）所有人员必须随身携带好《入厂证》，从事特殊工作人员必须持《特殊工种操作证》上岗。
（2）要持《操作证》、《动火许可证》方可动火作业且动火作业后清理一切残余火种。
（3）为保护设备不受伤害，必须使用阻燃薄型材料（薄铁皮、石棉布、玻璃纤维类）进行覆盖后方可从事动火作业。
（4）动火作业前应在动火区域内配置足够的干式灭火器。
（5）确保连续供电，开机厚不得停电。
（6）风力大于6级时要采取防风措施。
（7）内外壁温差控制在500C以内。
（8）下雨或者下雪天气，不采取有效保护措施不得进行施工。
（9）由于是高空作业，工作人员必须佩戴好安全带和安全帽等劳保用品。
2、脚手架
（1）脚手架的搭设必须满足热处理人员和设备搬运所能承受的安全承载载荷。
（2）脚手架和设置的操作平台必须保证作业人员的安全，比如脚手架周围要加护栏和护板等，脚手架采用钢制脚手架。
（3）脚手架和操作平台必须牢固可靠，并经三方（点检、生产、施工）确认。
3、临时电源的架设
（1）配电线路的接点位置应预先经过生产方的允许后可安装，严禁随意安装。
（2）配电箱、开关箱应放在干燥、通风及常温场所，同时周围应有足够二人同时操作的空间和通道。
（3）电器设备的金属外壳必须有可靠的接地或接零保护。
（4）施工用电设备必须一机一闸，严禁用同一个开关直接控制二台或二台以上用电设备，并要安装漏电开关。
４、安全、卫生管理措施
热处理中应实施以保证生产过程安全、卫生为目的的现代化管理，其基本要求为
（1）发现、分析和清楚生产过程中的各种危险、有害因素。
（2）制定响应的安全、卫生规章制度。
（3）对各类人员进行安全、卫生知识的培训。
（4）防止发生事故和职业病，避免各种损失。
（5）作业过程中的废气物应按有毒有害、可回收利用、不可利用废弃物分类清理，按业主要求处置。
5、人员的基本要求
（1）心理、生理条件应满足工作性质要求。
（2）应定期进行体检，其健康状况必须符合工作性质的要求。
（3）必须掌握本专业或本岗位的生产技能，并经安全、卫生知识培训和考核，合格后方可上岗。
（4）熟悉处理生产过程中可能存在和产生危险和有害因素，掌握导致事故的条件，并能根据其危害性质和途径采取防范措施。
（5）了解本岗位的工作内容以及与相关作业的关系，掌握完成工作的方法和措施。
（6）掌握消防知识和消防器材的使用和维护方法。
（7）掌握个体防护用品的使用和维护方法。
（8）掌握应急处理和紧急救护的方法。
八、质量要求
（一）技术标准
1、严格遵守甲乙双方的合同书及《热处理方案》
2、GB8121-2002《热处理设备术语》
3、GB/T13324-1991《热处理设备术语》
4、GB/T16923-1997《钢的正火与退火》
5、GB15735-95《金属热处理处理生产过程安全》
6、JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接全规程》
7、JB/T10175-2000《热处理质量控制要求》
8、JB8434-1996《热处理环境保护技术要求》
（二）质量控制
1、送电加热
送电加热前必须检查：
（1）导线正确
（2）保温装置压实性检查，主要看保温棉是否将加热部位完全覆盖，保温棉与热风炉壳体是否紧密等。
（3）热电偶可靠度检查，主要看热电偶是否安装正确，是否与壳体和加热片接触完好，控温是否准确等。
（4）在进行去应力处理时还应检查消防措施的落实。
（5）导线特别是防止加热电缆短路。
（6）长距离高空作业导线固定位置检查。
（7）长距离高空作业应急通道检查落实。
（8）计算机设定的工艺参数曲线核对，记录仪检查。
（9）送电线路温度检查，重点接头检查。
（10）加热片检查，每10mim检查一次，直至恒温结束。
2、预备热处理
（1）热风炉处理工程，预热项目工作时间较长，所以完工时达到工艺的各种要求尤为重要。
要求准确及时地配合焊工班组，配合及时率达98%，工艺准确率100%，合格率100%。
（2）不同钢号相焊接时，预热温度按预热温度要求较高的钢号选取。
常用的钢号推荐预热温度详见JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》表5.如果环境温度较低，可适当提高加热温度。
（3）局部预热时应防止局部应力过大，预热的范围应在热风炉环焊缝两侧各不小于壳体厚度的3倍。
3、焊后热处理（包括脱氢处理和去应力退火处理）
（1）焊后热处理的温度不宜过高，保温时间不宜过长，否则会使焊缝金属结晶粗化，碳化物聚焦或脱碳层度增加，从而造成力学性能、蠕变强度及缺口韧性的下降，因此，在实际操作时一定要按照预定的热处理工艺进行加热，保证热处理质量。
（2）在分段热处理时，加热重叠部分长度至少为1500mm，加热区以外部分应做好保温措施，防止产生有害的温度梯度。
（3）焊后热处理温度要以在环缝上直接测量为准，在整个热处理过程中应当连续记录。
（4）升温间，加热区任意长度为5000mm内的温差不得大于1200C;保温期间，加热区最高与最低温度之差不宜大于650C；加热和保温期间应控制加热区气氛，防止表面过度氧化。
（5）焊缝中氢含量过高，将会导致裂纹的产生，因此在脱氢处理时可采取焊接中间热处理和焊后热处理相结合的方法，尽量使氢全部扩散。
4、应力测试、金相、硬度及几何尺寸检查
（1）本工程中热处理的主要目的就是降低焊接残留应力，所以应力的降低程度是评价热处理质量最重要标准，从以往的经验来看，热处理后应力残余量为热处理前的5~15%，所以通过热处理前后应力大小能很容易评价焊后热处理的质量。
（2）金相检查主要对焊缝的一次结晶组织和二次固态相变组织及热影响区显微组织进行分析，且重点应放在焊缝和热影响区上，从而估计出整个焊接接头的性能。
热处理的目的之一就是改善组织，但在本工程中采用的热处理温度均未达到相变转变温度，因此从检查结果上组织应该变的更均匀，但不应该有明显变化或裂纹缺陷的存在。
（3）以影响区最高硬度来相对的评价材料冷裂倾向。
热处理结束后，硬度若是降低说明淬硬区得到软化，焊缝的冲击韧性得到了提高。
现场条件复杂，所以一般采用便携式硬度计进行硬度测定。
（4）通过热处理前后焊缝几何尺寸宏观的评价焊缝变形程度。
（5）热处理结束后出具相关的热处理报告和金相、硬度及几何尺寸检查报告。
九、通过对热风炉组件热处理施工，不但保证了高炉热风炉现场焊缝焊接质量，而且还保障了今后生产和使用的安全，提高了使用寿命。
升级会员 