本發明屬于特殊鋼加熱工藝領域，涉及一種采用還原性氣氛進行加熱控制脫碳層深度的技術，具體地說是一種軸承鋼加熱脫碳控制方法。
背景技術：
軸承鋼鋼材的脫碳層是一項重要的技術指標，脫碳層深度直接影響到軸承的耐磨性能和使用壽命。鋼材的脫碳層主要取決于鋼坯加熱工藝的控制，也可以采用特殊的涂層防護技術（需要增加較多成本）。國家標準GB/T18254中明確要求，根據規格不同，脫碳層深度要求不同，一般在1.2%D~2.0%D范圍內，該要求采用普通加熱工藝較易達到。但由于激烈的市場競爭，現在用戶要求越來越高，只要有一定市場品牌影響力的軸承生產用戶，都已要求總脫碳層深度達到0.8%D~1.0%D，有的甚至要求不超過0.5%D。
一般控制脫碳層深度的工藝為：加熱時采用低溫快速加熱方法，若遇到軋機非計劃停車，鋼坯不允許在爐內停留，應撈爐后重新裝爐生產，若檢測脫碳層不能滿足技術要求，則要對鋼材進行剝皮處理后，才能合格入庫。該工藝的不足之處：
(1)對一火軸承鋼需要在爐內高溫加熱長時間擴散，以消除碳化物液析等缺陷，就不適合采用低溫快速加熱防止脫碳工藝了；
(2)由于受到軋線故障率的影響，有時想快速加熱出鋼，鋼坯卻出不來；
(3)若軋線停車，對鋼坯需要撈爐，該工藝操作性不強，不僅勞動強度大，且嚴重影響生產效率；
(4)采用該工藝生產的鋼材，二火軸承鋼（可以采用低溫快速加熱工藝）脫碳層深度一般只能達到1.0%D左右，對更高要求的訂單，需要剝皮處理，如此，噸鋼成本增加96元以上。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種軸承鋼加熱脫碳控制方法，采用還原性氣氛加熱控制脫碳層深度，可以實現以下兩個目的，一是解決一火軸承鋼需要高溫長時間擴散加熱，而難以控制脫碳層深度的矛盾；二是取消剝皮工序，低成本地滿足脫碳層不超過0.5%D高要求指標。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
一種軸承鋼加熱脫碳控制方法，其特征在于該方法要求如下：
1）采用側進側出的步進梁式加熱爐；燃料為高焦混合煤氣；加熱爐爐膛分為不供熱段和供熱段，供熱段沿爐長方向分為預熱段、加熱一二段和均熱一二段；加熱爐的參數包括：各段加熱溫度、加熱時間、各段空燃比、爐膛壓力、煤氣流量、殘氧值、換熱器前溫度、摻冷風機風門開度；
2）軸承鋼采用一火生產工藝，原料為GCr15連鑄坯，采用弱氧化性甚至還原性氣氛脫碳，實施步驟如下：
（1）GCr15連鑄坯裝爐，不供熱段：600～950℃、預熱段：850～1050℃、加熱一段：1160～1210℃、加熱二段：1220±20℃、均熱一段：1220±20℃、均熱二段：1200±20℃；空燃比按2.4~2.6設定；
（2）當GCr15坯料從不供熱段步進到預熱段時，預熱段空燃比按2.2設定，且加熱一段至均熱二段也按2.2設定；
（3）當GCr15坯料按一定加熱時間進入各區段時，各段分別按目標溫度進行設定，以便自動燃燒控制；平均步進節奏約130秒；
（4）觀察爐膛壓力，控制在+15Pa~+30Pa之間，防止吸入冷風；
（5）觀察各段溫度、煤氣流量、殘氧值變化情況；空燃比降低后，升溫會有一定難度，需要調高煤氣流量，主動供熱；殘氧值會不斷降低，直到0.01%；
（6）觀察爐膛尾部是否有冒火現象，及換熱器前溫度，最高不能超過650℃，若不斷上升并靠近620℃，就應打開摻冷風機，以保證換熱器安全運行；因為空燃比降低后，爐膛內有未完全燃燒的煤氣將隨煙氣流到爐膛尾部和煙道里，在爐尾和煙道里與裝爐側吸入的冷風發生燃燒，從而對換熱器管組造成損傷，降低其使用壽命；
（7）當GCr15坯料步進到爐前，后面區段的空燃比即可恢復理論燃燒的正常值。
步驟（3）中，各段目標溫度是，預熱段880℃、加熱一段1180℃、加熱二段和均熱一段1215℃、均熱二段1195℃。步進梁式加熱爐中，供熱段爐頂為全平爐頂結構，熱回收段爐頂為壓下結構，在各供熱段之間設爐頂隔墻；各區段均有空燃比設定值和實際值顯示，理論空燃比約為2.5，殘氧取樣點位于換熱器前總煙道內，在煙道內設置金屬管狀換熱器。
本發明采用側進側出的步進梁式加熱爐，燃料為高焦混合煤氣。加熱爐總長42960mm,爐內有效寬度13100mm，加熱爐爐膛分為不供熱段（即熱回收段）和供熱段，供熱段沿爐長方向又分為預熱段、加熱一二段和均熱一二段。供熱段爐頂為全平爐頂結構，熱回收段爐頂為壓下結構，在各供熱段之間設爐頂隔墻。各區段均有空燃比（即空氣和煤氣流量的比值）設定值和實際值顯示，理論空燃比約為2.5（每天會根據混合煤氣熱值窄幅波動），殘氧取樣點位于換熱器前總煙道內，在煙道內設置3組2行程金屬管狀換熱器（換熱器管組的材質1/4高溫側為0Cr18SiAl，3/4高溫側為0Cr17，低溫側為20g鋼管滲鋁，插件均為1Cr13。），允許進入換熱器前溫度≤650℃，用于預熱助燃空氣，回收廢氣余熱。為防止高溫側管組的損壞，當熱風溫度超溫時，將報警并自動打開熱風放散閥，另外，在空氣換熱器前的煙道上設有稀釋空氣系統，當煙氣超溫時可以自動向煙道內摻冷風來降低煙氣溫度，對換熱器進行保護。這些硬件設施是執行弱氧化性甚至還原性氣氛加熱控制脫碳層深度技術的基礎條件。
本發明采用還原性氣氛加熱控制脫碳層深度，解決一火軸承鋼需要高溫長時間擴散加熱，而難以控制脫碳層深度的矛盾；同時取消剝皮工序，低成本地滿足脫碳層不超過0.5%D高要求指標。
本發明適用于特鋼生產企業中對脫碳要求高的品種，如軸承鋼、彈簧鋼及其它汽車用鋼,應用前景十分廣闊。使用該發明后, 可使軸承鋼鋼材脫碳指標達到0.5%D（D為圓鋼直徑，下同）以下, 從而避免了剝皮處理工序，降本效益達到96元/t鋼以上。
具體實施方式
一種軸承鋼加熱脫碳控制方法，采用還原性氣氛控制工藝，按以下工藝流程進行：鋼坯裝爐——鋼坯進入預熱段——設定預熱段、加熱段和均熱段空燃比——觀察加熱溫度、實際空燃比和殘氧顯示值是否符合要求——觀察換熱器前溫度是否超溫——若出現異常人工干預。
脫碳控制工藝采用的設備：側進側出步進梁式加熱爐。需要調整加熱爐的參數包括：各段加熱溫度、加熱時間、各段空燃比、爐膛壓力、煤氣流量、殘氧值、換熱器前溫度、摻冷風機風門開度。
軸承鋼可以采用一火或二火生產工藝，一火軸承鋼(GCr15)必須采用高溫長時間擴散加熱工藝，對脫碳的控制工藝難度更高。而二火軸承鋼（初軋坯）可以采用低溫快速加熱工藝，對本發明工藝操作難度較小。因此，下面具體介紹一火軸承鋼（GCr15連鑄坯）的弱氧化性甚至還原性氣氛脫碳工藝實施步驟：
GCr15連鑄坯裝爐，此時加熱爐爐內各區段溫度仍按相應鋼種加熱工藝執行，但過渡段（指緊接軸承鋼鋼坯的供熱段，如預熱段）加熱溫度開始提溫，為軸承鋼高溫加熱創造條件，空燃比按2.4~2.6設定。如，爐內若是45鋼，預熱段提高50~60℃，達到860～900℃；加熱一段提高90~120℃，達到1120～1160℃，以便為后續裝爐的GCr15提溫降空燃比做準備；（注：工藝文件要求的45鋼和GCr15加熱溫度見下表1）
表1 單位：℃
當GCr15坯料從不供熱段步進到預熱段時，預熱段空燃比按2.2設定，且加熱一段至均熱二段也按2.2設定；
當GCr15坯料按一定加熱時間進入各區段時，各段分別按目標溫度進行設定（預熱段880℃、加熱一段1180℃、加熱二段和均熱一段1215℃、均熱二段1195℃），以便自動燃燒控制；平均步進節奏約130秒；
注意觀察爐膛壓力，控制在+15Pa~+30Pa之間，防止吸入冷風；
注意觀察各段溫度、煤氣流量、殘氧值變化情況。空燃比降低后，升溫會有一定難度，就需要調高煤氣流量，主動供熱；殘氧值會不斷降低，直到0.01%（能檢測到的最小值。當保溫時，煤氣流量會低于6000Nm3/h,此時殘氧值會不降反升到6~9%）；
注意觀察爐膛尾部是否有冒火現象，及換熱器前溫度，最高不能超過650℃，若不斷上升并靠近620℃，就應打開摻冷風機，以保證換熱器安全運行；因為空燃比降低后，爐膛內有未完全燃燒的煤氣將隨煙氣流到爐膛尾部和煙道里，在爐尾和煙道里與裝爐側吸入的冷風發生燃燒，從而對換熱器管組造成損傷，降低其使用壽命；
當GCr15坯料步進到爐前，后面區段的空燃比即可恢復理論燃燒的正常值（2.5左右）。
實施該發明約5個月來，已生產脫碳要求≤0.5%D的合格軸承鋼材約1100噸，噸鋼降低剝皮成本約96元。并且，減少了剝皮和二次檢驗的生產工序，縮短了鋼材的交貨期約15天。