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CN115615907A - 一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法、记录媒体及系统 - Google Patents

一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法、记录媒体及系统 Download PDF

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CN115615907A
CN115615907A CN202211032312.1A CN202211032312A CN115615907A CN 115615907 A CN115615907 A CN 115615907A CN 202211032312 A CN202211032312 A CN 202211032312A CN 115615907 A CN115615907 A CN 115615907A
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nitrogen
ammonia
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hydrogen
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CN202211032312.1A
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何明生
张敬
王雄奎
杜蓉
袁诚
李恒山
谢文亮
唐爽
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Wuhan Iron and Steel Co Ltd
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Wuhan Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

本发明属于带钢热处理技术领域，特别涉及一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法，通过用更严苛的环境条件对炭套样品进行破坏性加速试验，来推定炭套在正常生产中的耐氨气侵蚀性能，对检验炭套的质量和推定其寿命都给出了量化的参考，适合在带钢退火及炭素行业推广。本发明还提供一种非暂态可读记录媒体，用于存储该方法编制的程序，并提供一套硬件系统去执行上述方法。

Description

一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法、记录媒体及系统
技术领域
本发明属于带钢热处理技术领域，公开了一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法、系统及存储有能执行该方法程序的记录媒体。
背景技术
HiB钢(高磁感取向硅钢)广泛应用于各种大、中型变压器的制造，与一般取向硅钢相比具有铁损低、磁感应强度高、磁致伸缩小等优点。用它制作的变压器产品具有空载损耗低、噪声低、体积小等特点。HiB有两种不同的生产工艺路线，一种是在热轧工序采用板坯高温加热热轧；另一种是采用低温加热热轧+后工序渗氮处理。采用低温工艺可显著降低生产难度和能耗，生产成本低，近年来已成为高磁感取向硅钢研发的热点。在采用低温工艺生产HiB钢过程中，必须进行脱碳退火，在湿气氛条件下，并采用氨气进行渗氮处理。硅钢连续退火炉中用于钢带传输的炉底辊一般是石墨炭套(简称炭套)，但渗氮区炭套使用一段时间后，炭套表面被氨气侵蚀严重，导致炭套表面粗糙度增大，边部磨损，甚至辊面结瘤，炭套呈哑铃状后容易造成带钢产生边浪，会严重影响低温HiB钢产品的质量。低温HiB钢产线的检修周期较长，一般在6个月左右，很难通过在线试验来评价炭套的质量和耐氨气侵蚀性能。如果未经耐氨气侵蚀性能检验或者质量评价的炭套进行在线使用，可能引起较大的质量异议或安全隐患。因此，怎样利用合适的试验装置，采用科学的加速试验方法，在较短时间内评价炭套的耐氨气侵蚀性能是本领域技术人员所面临的难题。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法，参考模拟低温HiB钢连续退火炉内渗氮段的工艺条件，在更加严苛的试验条件，采用加速试验的方法，最后根据试验后炭套的失重率，评价其耐氨气侵蚀的性能和质量。具体方案包括如下步骤：
S1.取体积介于12cm3-30cm3的炭套试样，在105℃～110℃的温度范围内烘干，并称量其质量W0；
S2.将所述炭套试样置于金属炉膛内，关闭炉门，通入流量25L/min的氮气15min；
S3.设置所述金属炉膛的升温模式，在低于800℃阶段升温速率为8～ 12℃/min，800℃～1000℃阶段升温速率为3～8℃/min，高温控制在 900℃～1000℃范围，通入氢气，氢气流量为8～12L/min，把氮气流量调为 3～8L/min，并开始对所述金属炉膛加热升温；
S4.当炉内温度达到所述高温范围，并确认加湿器的露点已达到设定范围后，通入露点在50℃～90℃范围内加湿的氮气和氢气混合湿气体，其中氮气流量为3～8L/min，氢气流量为8～12L/min，同时通入流量为3～8L/min 的氨气；
S5.在所述高温范围保温2～5小时后停止对氮气加湿，停止通入氨气
S6.当所述金属炉膛内的温度降低到40℃以下后，把氮气流量调整到 25L/min，停止通入氢气，待所述金属炉膛内氢气排尽后停止通入任何气体；
S7.取出所述炭套试样后称量，得到所述炭套试样的质量W1，通过公式失重率＝100％×(W0-W1)/W0计算所述炭套试样的失重率，评价所述炭套试样的耐氨气侵蚀性能。
本发明的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，当执行指令时，将致使处理电路执行上述的炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法。
本发明还提供炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的系统，其特征在于包括带加热装置的金属炉膛和与其通过管道、阀门、气泵连通的氮气输入装置、氢气输入装置和氨气输入装置，所述氮气输入装置和氨气输入装置的出气口接入同一管道后再连通所述金属炉膛，所述氮气输入装置提供的氮气分为两路，一路为干氮气，另一路为加湿氮气；还包括控制器及与其电连接的用于测量炉膛温度的传感器、加热元件，以及用于测量各种气体输入流量的流量计和用于测量加湿氮气露点的露点仪，所述阀门、气泵与控制器电连接，所述控制器内置能运行上述的炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法的程序。
本发明的有益效果：
低温HiB钢产线的检修周期较长，一般在6个月左右，很难通过在线试验来评价炭套的质量和耐氨气侵蚀性能。如果未经耐氨气侵蚀性能检验或者质量评价的炭套进行在线使用，可能引起较大的质量异议或安全隐患。而采用本发明的技术方案，可以在较短时间内量化炭套的耐氨气侵蚀性能，评价炭套在低温HiB钢连退炉内渗氮段的使用性能，降低炭套在线进行试用的风险，解决了背景技术中阐明的问题，并可作为硅钢和炭素行业碳材料的质量评价标准。
附图说明
图1是本发明实施例中炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的系统机械部分的布置示意图；
图中，1.炉门；2.氢气点火烧嘴；3.排气球阀；4.水套回水球阀；5. 水套进水球阀；6.连接法兰；7.耐火材料；8.气体导流管；9.热电偶；10. 金属炉膛；11.加热元件；12.冷却水套；13.水套进水球阀；14.水套回水球阀；15.浮子流量计；16.氢气球阀；17.浮子流量计；18.氮气球阀；19. 气体混合室；20.混合气球阀；21.气体加湿器；22.混合干气球阀；23.混合湿气球阀；24.浮子流量计；25.氨气球阀；26.冷却水套；
图2是本发明实施例中6种炭套样品通过耐氨气侵蚀试验后的失重率图表。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
先按图1将用于加速试验的金属炉膛与各类气源连接好，其中各管路元件位置关系如下：内设气体导流管8的金属炉膛10整体呈圆柱形腔体，两端部和中部通过连接法兰6连为一体，一端设有炉门1，且腔壁上连有设置了排气球阀3的氢气排出管，其末梢为氢气点火烧嘴2，让排出的氢气在此充分燃烧，另一端则作为气体进口通过管路、阀门与各种气源连通。金属炉膛10靠近两端的圆柱外壁上分别包覆有冷却水套12、冷却水套26，冷却水套12上装有水套进水球阀13和水套回水球阀14；冷却水套26上装有水套进水球阀5和水套回水球阀4；用于降低炉膛两端的温度。金属炉膛10中部外壁布置有内置加热元件11的加热层，加热层外则包覆有耐火材料7构成的保温层，热电偶9作为测量温度的传感器，穿过保温层，加热层，直接与炉膛外壁接触，可测量炉膛温度并通过信号线将结果反馈至控制器。
氢气输入管上设有氢气球阀16和浮子流量计15；氮气输入管上设有氮气球阀18和浮子流量计17；氨气输入管上设有氨气球阀25和浮子流量计 24；氢气输入管、氮气输入管均接入气体混合室19，气体混合室19出口管路并联两个支路(干气支路和湿气支路)后，与金属炉膛10内的气体导流管8联接，干气支路上设有混合干气球阀22，湿气支路中部为密闭的气体加湿器21，气体加湿器21进出口分别设有混合气球阀20、混合湿气球阀23。
控制器能运行下述方法实施例所描述的程序来控制各泵、阀门及加热层的动作，完成试验，这就构成了一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的系统的实施例。
下面，再介绍一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法的实施例。
实验过程中通入的氨气纯度99.95％以上，氮气和氢气纯度均为99.99％以上，称重用天平感量为0.01g。具体步骤如下：
(1)将炭套加工成
Figure RE-GDA0004001771300000051
的圆柱体试样，在105℃～110℃的温度范围内烘干，并称量其质量W0。
(2)打开炉门1，将炭套试样放入氧化铝匣钵中，然后置入金属炉膛10 内，关闭炉门1，打开排气球阀3，关闭混合气球阀20，打开混合干气球阀 22，打开氮气球阀18，调节浮子流量计17，氮气流量25L/min，通入氮气 15min，打开试验炉尾部冷却水套12的进水球阀13和回水球阀14，打开试验炉头部冷却水套26的水套进水球阀5和水套回水球阀4。
(3)打开气体加湿器21，设置目标露点75℃，开始加湿器21加热升温。
(4)设置试验炉的升温曲线，高温控制在950℃；室温～800℃阶段升温速率为10℃/min，800℃～1000℃阶段升温速率为最佳5℃/min；打开氢气球阀16，通入高纯氢气，调节浮子流量计15使氢气流量维持在10L/min，调节浮子流量计17，把氮气流量调为5L/min，点燃氢气点火嘴2，并开始对金属炉膛10升温。
(5)当炉内温度达到目标温度，并确认加湿器21的温度已达到设定值后，打开氮气和氢气混合气球阀20，打开氮气和氢气混合湿气球阀23，关闭氮气和氢气混合干气球阀22，开始通入湿的高纯氮气和氢气混合气体，然后打开氨气球阀25，通入高纯氨气，调节浮子流量计24，将氨气流量调为 5L/min。
(6)在设定的950℃保温3小时，打开氮气和氢气混合干气球阀22，通入氮气和氢气混合干气，同时关闭氨气球阀25，关闭氮气和氢气混合湿气球阀20，关闭氮气和氢气混合湿气球阀23。
(7)当炉膛内的温度降低到40℃以下后，调节浮子流量计17，把氮气流量调整到25L/min，然后关闭氢气球阀16，待氢气点火嘴2火焰熄灭后，关闭氮气球阀18，停止通入气体，关闭试验炉尾部冷却水套12的进水球阀 13和回水球阀14，关闭试验炉头部冷却水套26的进水球阀5和回水球阀 4。
(8)打开炉门1，将炉膛内冷却后的样品取出，称量炭套试样的质量 W1，计算其失重率。
失重率＝100％×(W0-W1)/W0
其中W0为炭套烘干后的质量，W1为炭套试验冷却后的质量。
根据试验后炭套的失重率，评价其耐氨气的侵蚀性能，还可以结合炭套在线的使用情况，来进一步验证该方法的科学性、合理性。
采用以上技术方案，在最佳试验条件，对不同厂家、不同种类的6种炭套进耐氨气侵蚀试验，试验结果见图2。从图2可以看出，炭套TT6的失重率最低，3小时仅有0.08％，其耐氨气侵蚀性能最好；炭套TT3、TT4、TT5 的失重率较高，分别为1.66％、1.59％、1.13％，耐氨气侵蚀性能较差； TT1、TT2的失重率分别为0.63％、0.81％，耐氨气侵蚀性能相对较好。从低温HiB钢连退产线炭套实际使用情况来看，TT3、TT4、TT5这样的平均炭套使寿命仅2个月，最多3个月，TT1、TT2炭套的使用寿命6个月，而炭套 TT6的使用寿命在8个月以上，而且其氧化磨损都很小。从实验结果以及现场使用情况来看，本发明的技术方案科学、合理、高效。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机、可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
将上述方法步骤汇编成程序再存储于硬盘或其他非暂态存储介质就构成了本发明的“一种非暂态可读记录媒体”的实施例。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.取体积介于12cm3-30cm3的炭套试样，在105℃～110℃的温度范围内烘干，并称量其质量W0；
S2.将所述炭套试样置于金属炉膛内，关闭炉门，通入流量25L/min的氮气15min；
S3.设置所述金属炉膛的升温模式，在低于800℃阶段升温速率为8～12℃/min，800℃～1000℃阶段升温速率为3～8℃/min，高温控制在900℃～1000℃范围，通入氢气，氢气流量为8～12L/min，把氮气流量调为3～8L/min，并开始对所述金属炉膛加热升温；
S4.当炉内温度达到所述高温范围，并确认加湿器的露点已达到设定范围后，通入露点在50℃～90℃范围内加湿的氮气和氢气混合湿气体，其中氮气流量为3～8L/min，氢气流量为8～12L/min，同时通入流量为3～8L/min的氨气；
S5.在所述高温范围保温2～5小时后停止对氮气加湿，停止通入氨气；
S6.当所述金属炉膛内的温度降低到40℃以下后，把氮气流量调整到25L/min，停止通入氢气，待所述金属炉膛内氢气排尽后停止通入任何气体；
S7.取出所述炭套试样后称量，得到所述炭套试样的质量W1，通过公式失重率＝100％×(W0-W1)/W0计算所述炭套试样的失重率，评价所述炭套试样的耐氨气侵蚀性能。
2.一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，其特征在于，当执行指令时，将致使处理电路执行权利要求1中所述的一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法。
3.一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的系统，其特征在于包括带加热装置的金属炉膛和与其通过管道、阀门、气泵连通的氮气输入装置、氢气输入装置和氨气输入装置，所述氮气输入装置和氨气输入装置的出气口接入同一管道后再连通所述金属炉膛，所述氮气输入装置提供的氮气分为两路，一路为干氮气，另一路为加湿氮气；还包括控制器及与其电连接的用于测量炉膛温度的传感器、加热元件，以及用于测量各种气体输入流量的流量计和用于测量加湿氮气露点的露点仪，所述阀门、气泵与控制器电连接，所述控制器内置能运行权利要求1所述的一种炭套耐氨气侵蚀性能加速试验的方法的程序。
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