滋爨潞爨　囊工业妒羹　

滋潞　斑　

关于辊底式热处理炉炉辊的若干问题　

任　恩　溥　

辊底式炉的设计和操作Ｉ　主要问题之一是确定下列参撒　的合理关系，　炉辊的辊　距、材质、：饥械性能、被加热钢材的几何尺　Ｊ．、钒材　炉辊上　均移动速度等等。现对奠几　

个．　璎之点简述如下。　

１．炉辊的辊距　

采用的炉辊辊距越小，由昂贵的耐热钢　ｊ成的炉辊需要置越多，钢材的加热条件越　坏，燃料消耗量也越大。另外，有时炉辊轴承的布置还会发生困难。但无根据地加大辊　

距，钢材的前端将由于钢材蠕变变形过大而钻到炉辊下而去，引起事故。　辊距的合理参数主要根据现有没备的操作经验来选定，有的文献曾介绍过Ｈ１计算扶确　

定，呵供参考。　

２．炉辊的材质　

炉辊是辊底式炉的关键部件之一，它关系到炉子的造价、维修、能耗的多少以及稀有　金属的合理利用等。据有关资料推荐，炉温７５０＂１２左右时，炉辊选用Ｃｒ２０Ｎｉ］Ｏ材料；炉温　

８５０℃左右时，选用Ｃｒ２０Ｎｉ１４；炉温９５０℃左右时，选用Ｃｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２；炉温ｌ１００℃　右　

时，选用Ｃｒ２８Ｎｉ４８Ｗ５。可见，选用哪种材料主要取决于炉温，因炉辊长期处在爵温Ｆ，　且承受一定的负菏（炉料及自重），故要求材料的抗蠕变强度高，抗氧ｆ｛二性好，』＝Ｌ长时　

使用后不产生或少产生脆化现象。其它性能，如耐磨ｆ！－ｆｆ￣－、机加工切制性能、焊接性能　

也都有所要求。　此外，炉内气氛的不同也影响材料的性能，例如炉内气氛中有硫的化合物，辊子全加　速腐蚀；材料巾随着铬含量的增加抗腐蚀性能也会增加；而在镍基合金中镍含量愈高，则　

耐腐蚀性能愈差。为此，在Ｆｅ—Ｎｉ—Ｃｒ合金中应尽可能提高Ｃｌ。的０最，降低Ｎｉ的含量，　

才能提高对含有Ｈ　Ｓ的还原性气氛的耐腐蚀性；化学成分中加铝及硅，可使抗腐蚀　能仔　到显著的提高。炉辊在碳氢化合物和其它渗碳性气氛炉子内工作时，需要考虑渗碳带来　ｊ　

影响。在镍基合金中，含铁量低，则在碳氢化合物气氛中也不渗碳　但是含铁量高，则产　

生渗碳。渗碳会使材料融点降低、变脆和生成网状碳化物，而氧化祸蚀戒　它腐蚀　

８　维普资讯 http://www.cqvip.com 容　沿计网状碳化物向　部扩巧　。７１　氰气　譬氰　物∞　氛巾加热Ｉｆ，ｒ，渗氲的影　Ｈ　必须考　ｊ　，　ｌ　ｃ＿－Ｎｉ—Ｃ　ｒ合ｊ　ｉ　下，！∞　镍　，０　融，比增ＪＪｌ！铁　铬的　量更能仃效地防　渗氮和氮化。含　、硅多的钢　离温下容易形成氮化物，并引起激烈的腐蚀。　

我国为了节约贵亚会嚆Ｎｉ，　‘而　热炉辊的材料　做了很多工作。据有关资料介绍，几　前陡用较多的丽内研制的耐热锕３Ｃｒ２　４Ｎｉ７Ｎ在９００～１０００℃的温度范围内，其抗氧化性　

Ｃｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２相比未见差异，且该钢种有良好的　合性能，特别是在高温状态下长期使月】　后　其强度及塑仫陀２５—２ｏ钢高；但是在炉温高于】０００℃时，典抗氧化　能比２５—２ｏ钢　差。据鞠研院试验结果，ＮｉＴＮ铡加入铈（Ｃｅ）后，明显地提高了¨ＯＯ～】２００℃温度下的　抗氧ｆｌ＝他能，拱虿超过２５—２ｏ钢，而且原锕科，强蛮高、塑傩好的特征更为突出。实际使用　

证明，加Ｃｅ比不加Ｃｅ的Ｎｉ７Ｎ辊子寿命高。经上钢ｊ厂使用，证明其耐磨性能较之　

Ｃｒ２２Ｎｉ－￣Ｎ有一定提高，但寿命较之Ｃｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２还有一定差距。从鞍钢的使用情况看，　

炉温不超过１００Ｏ℃时，效果就好得多。最近国内投产的几座辊底式炉，炉温均＿在９５０℃　

下，炉辊材料都采用了Ｃｒ２４Ｎｉ７Ｎ，目前嚣亲效果是好的。　我丽生产的耐热钢试验数据较少，致使桨些钢种在某些温度下的抗蠕变强度无资料可　

查，给这些钢的使用与正确评价带来困难。网此只有在长期使用积累经验后，才能正确认　

识它的合理使用范围。笔者总的看法是，在一般辊底式热处理炉上，炉温存９５ｏ℃以下时　

可选用ＮｉＴＮ钢代替２５—２Ｏ锕，９５０－－－，１０５０℃时仍使用２５—２Ｏ锕为宜。　

综上所述，可以看出，选用什么材料必须考虑综合因素，一方ｉ面要考虑炉温、炉内　

氛等使用条件；另　方面也要考虑经济　的合理性。同时，还要考虑至ｌｌ耐热钢本身　的特　

点，决不可认为合金成分越高越好。　’　

上谈到的是金属辊材质。圜内外对非会属辊也进行过研究。长城钢厂由日本引进的　

复合小型辊底式炉采用的是碳化硅炉辊。我国也进行了一些研制工作，制造过这种辊子。　

另外，国外曾采用过在耐热合金表面上喷镀陶瓷材料的辊子以及石棉辊等，但它们的共同　

点是擦伤钢材表面。　外专利中曾推荐过一种炭质或黑铅质毛毡、毛料制造的炉辊，由于　

作成了纤维状，不会产生辊子粘结，从而制品表而不会因被划伤而形成表面缺陷，另外，　

即使在高温下也不用将炉辊水冷，但是这种炉辊的抗氧化性差。据介绍，炭质纤维毡或织　

物的炉辊在炉温３００，＇，－，９００℃范围内和在Ｎ。类中性气氛或ＡＸ、ＤＸ一类还原气氛中具有充　

分的耐久性，并允许在３００℃以下温度的空气中使用；黑铅质纤维毡或织物的炉辊适宜在　

９００＂１２以上的高温的中性或还原性气氛中使用。　

我院在齐钢、上钢五厂等处设计的一类炉子符合上述炭纤维辊的炉温及气氛的使用条　

件。笔者认为，同内如能继续做好非金属辊的工作，坚持下去也会取得成果，使其能适刚　

于某些特定条件，从而大大降低某些辊底式炉的造价，要做好这件事需要主管单位切实抓　

和横向协作单位的密切配合方有成效。　

９　维普资讯 http://www.cqvip.com ３．　炉辊的许用应力和壁厚　

般来说，辊底的造价约为炉子费用的２０～３０％，因此，国外计算炉辊时，有采用较　高许用应力的趋向。据多数资料介绍，如将炉辊作为简支梁计算，采用的许用应力为在使　

用温度下１００００ｔｉｎ时产生１　变形蠕变应力的７５￣ｖ８０　。另据美国在装甲板生产作业线上应　

用Ｃｒ２５Ｎ１２钢的有关报道，一般应采用蠕变应力的７０％作为许用应力；如果使用８０￣ｖ９０％　

的蠕变应力，则辊筒寿命由四年降至一年半，从而大大增加了维修费用。究竟选取偏高的许　用应力还是偏低构许用应力，尚需根据其它条件综合考虑。无理由地降低许用应力而增加　

辊套的壁厚没有好处。因随着辊套壁厚的增加必然带来炉辊自重的增加，重到一定程度就　

难以将炉辊支撑在炉壁上，而需另设轴承座。以往的生产实践证明，另设轴承座造成的相对　位移会给正常运转带来很大麻烦，也不及支撑在炉壁上的结构紧凑（负荷大的炉子另　别　

论）。另外，随着辊套壁厚的增加　辊身纵向热阻随之减少，传到轴承处的热量就增加了，特　别是对轴头不通冷却水的辊子影响较大。同时，随着辊套壁厚的增加，炉辊自重增加，反例　降低了增加壁厚的效果。例如某项工程中，内径减ｚＪｘｌ０ｍｍ，外径不变，辊重增加５０ｋｇ左　

右，弯曲应力只减ｔｂ４０Ｎ／ｃｍ　左右；但是，如果负荷与辊子自重的比值较大时，增加壁　

厚对降低应力是会有一定好处的，例如，在另一工程中，内径减ｄｘｌ０ｍＩｌｌ，外径不变，辊　

重增加２１ｋｇ，应力降低１２％。　国外设计的大产量的辊底式炉　辊子采用普通钢水冷，这种类型的辊子如果辊壁厚度　

太大，热应力会很大；如果断面系数不够，可采用高强度钢管（ａｓ：５０ｋｇ／ｍｉｌｌ　以上）。　因此，设计炉辊时，对壁厚的选用应作全面分析，盲目增加壁厚是不妥的。　

４．炉辊的受力和结构　

被炉子处理过的钢材，由于其有一定的弯曲度，在炉内还会产生变形，因此，每个辊　

子承受的负荷不可能是一样的。必须根据钢材的变形情况确定辊子可能承受的最大负荷，　作为计算辊子强度的依据。某些辊底式炉炉辊负荷甚至较平均负荷大若干倍．为了负荷均　衡　有的炉子在炉辊两端支点装设弹簧，当负荷比平均负荷大到一定程度时，弹簧被压　

缩，以取得与其他辊子负荷的相对均衡。　

根据不同的使用条件，炉辊的结构也各异，但大体可分为金属辊和非金属辊两利ｔ型　

式，金属辊又可分为空腹辊（图ｌＡ、Ｂ、Ｃ）、带水冷通轴金属辊（图２）以及全水冷辊　（图３）。为了节能及简化炉子结构　且近年来国内投产的几座辊底式炉炉温均在１０００℃　

以下－故辊子结构都采用了空腹辊，这里仅就空腹辊的问题谈一些看法。　

１０　维普资讯 http://www.cqvip.com Ａ　

ｌ一辊身　２一接头　３一轴头　

Ｂ　ｌ一辊身　２一锥头　３一轴头　Ｌ１一填料　

Ｃ　

ｌ一辊身　２一接头　３一轴头　４一填料　

图１　空腹辊　

图２　带水冷通轴的炉辊　Ｊ一辊套　２一耐热混凝土　３一空气层　

卜一石棉挡５一寨头６一合金钢层

７一水冷轴　维普资讯 http://www.cqvip.com 九　一Ｉ　一卜…一一：士ｒ　Ｊ一水流方向　…一　＇【ｆ　·｝　ｆ一．　、、、、＼＼＼、·ｌ＼＼·、、’．　—＿÷—，——一　

图３　／芏水冷炉辊　图ｌ是三利ｔ典型的空腹辊，　１人是采用普通轴承结构，辅端通冷却水，迎水目的是降　

低轴承的工作温度。但是，这种结构的辊子带走一部分热量，增加炉子的热消耗，据太钢　七轧经验，每个轴头要消耗大量的冷却水，近百根炉辊的轴头耗水ｌＯＯｍ。／ｈ；另外，通　

冷却水还有如下问题：（１）增加了生产操作、　维护检修工作量，通水时需经常检查、调节　各轴头水量，还要经常维修供排水系统，尽管如此，漏水还是难免，影响操作，轴头与水　

管的摩擦噪音也很大。（２）难免有水流至滑键处，引起该处生锈，导致卡死，影响炉辊胀　

缩，甚至因此造成断辊。（３）逦水后轴温降低，炉气中的水分在辊轴面上凝结，同样引起　

生锈卡死。　图ｌＢ、Ｃ的结构是轴头无水冷结构，这种结构除去可以避免上述缺点外，由于取消了　

冷却水设施，减少了炉体周围的管线，便于其它管线及设施的布置，但这种结构使轴承的　

温度提高；而如果炉内不需通保护气体，轴承不固定在炉皮上，则轴承温度此时就不会太　高，如天津无缝钢管厂和天津金属制晶厂的那种结构就比较好处理，但如果轴承及壳体回　

定在炉皮上，轴承的温度就较高了。我们曾对从国外引进的几座轴头不通水的辊子轴承外　

壳进行测温，大约部在１００℃左右，轴承本体的温度在设计前难以实测，即使通过计算ｌ卫‘　难以推知。根据某厂　润滑油的使用温度以及日本中外炉公司设计的一座辊底式炉辊子轴承　

耐温度（２００℃）推测，估计轴承温度可能高达１５０￣２００℃。轴承温度的提高主要是通过　

辊子的热传导造成的。为了减少辊子向轴承传热，在辊子结构上采取了如下措施：（１）在　

保证辊子强度的条件下，尽可能减小炉辊壁厚。（２）在辊套两端填充隔热材料，齐钢的炉　辊系采用硅酸蹦耐火纤维。下面将图１Ｂ、Ｃ两种无水冷辊的结构形式怍一粗略比较：　带锥头的辊子（图１Ｂ）　工　不带锥头的辊子（图１Ｃ）　

（Ｄ向轴承方向传热量较少，时轴承较　（１）向轴承方向的传热量较多，对轴承较　

有利　‘　不利　，　（２）近似等强度设计　（２）非等强度设讣　

（３）砂型铸造锥头，由于耐热钠水流动　。。　（３’无锥关，全为离心铸造辊套，质量好　

性差，易形成缺陷　（４）制造工艺较复杂，辊套与锥体搭接　（４）制造工艺简单，辊套与轴头焊接处靠　

处因：　焊缝，。··ｊ’能形成薄弱环：　近炉外墙处受温眨影响小，没有薄弱　

环节　维普资讯 http://www.cqvip.com