專利名稱：金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法
技術領域：
本發明涉及金屬物料或工件加熱工序，特別涉及一種金屬物件加熱工藝例如 金屬鑄坯后熱加工前、金屬鑄坯切割分段后至入爐前的加熱工序，尤其指一種金屬 物料或工件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法。
背景技術：
金屬物料或工件如鋼錠、鋼坯、鋼板以及其它金屬物品，在熱加工工序中需 要將工件放入工業爐內加熱。目前采用的是將工件裸露放入工業爐內加熱的方式， 此種加熱方式存在著下列二個缺點1、 金屬物料在加熱過程中與爐內氣體發生傳質。(a) 金屬與爐內氧氣發生化學反應，即金屬從爐氣中吸入氧元素，在金屬表面生成氧化物，俗稱"燒損"，降低金屬收得率。(b) 金屬內的微量元素被爐內氣體帶走，在金屬表面形成微量元素流失層。 例如硅錳彈簧鋼，該種物料淬透性好，用來制造高應力彈簧，在汽車制造等行業中 應用廣泛。但是硅錳彈簧鋼在加熱過程中表面容易產生氧化脫碳，形成脫碳層，降 低彈簧的彈性和疲勞強度。這就導致后續工序需要對金屬工件進行扒皮處理或滲碳 處理，由此增加工序，降低生產率和金屬收得率。2、 金屬物料的加熱時間相對較長，即在爐內接受熱量的速度低。 在500'C以上的工業爐內，傳熱以輻射傳熱為主。工業爐內火焰空間的傳熱是一個十分復雜的綜合傳熱過程，爐子種類較多，不同爐子內綜合傳熱是不同的，其情況復雜。在一個充滿火焰或高溫爐氣的爐子內，存在著三個不同的溫度區域爐氣(火焰)、爐襯(爐墻及爐頂)、物料。因為火焰溫度很高，所以爐內主要的傳熱 方式是輻射，而傳導及對流在熱流量中只占較小的比重。此外，爐墻對于外圍空氣 還會散失熱量，這個熱損失對爐內溫度也有一些影響。黑度^代表物料的輻射傳熱性能，Sm值越大，輻射傳熱性能越好。由于金屬物料黑度較低，如鋼坯的表面黑度^《0.8，加工后的光滑金屬工件表面黑度遠低于這一數值。而某些物料的黑 度值為l〉Sm〉0.9。因此，裸露的金屬物料加熱時間相對較長。因此，要用數學分析方法來精確計算爐子內的熱交換，是非常復雜和困難的。 只有結合實際情況進行一些簡化的假設，才使近似的計算成為可能。常用的簡化假設是A、 爐氣(火焰)有一個平均溫度^在爐子的各處部是相同的；B、 受熱物料表面的溫度各處都是一樣的，等于T*;C、 爐墻及爐頂的溫度均勻一致而且也是不變的；D、 爐氣(火焰)可以看成是一個灰體，它的吸收率或輻射率不因輻射來的 波長或溫度不同而變更，其值為^，它是根據氣體的溫度^而求得的；E、 受熱的物體也是灰體，它的吸收率或輻射率^是一個定值；F、 爐墻及爐頂的熱損失恰好等于由爐氣以對流方式傳給爐墻及爐頂的熱量。 參看圖1，圖中表示了爐膛中各項熱流的傳送情況。對于物料來說，它所接受的熱量有三部分-(1) 氣體以輻射方式傳給物料的凈熱量(2) 氣體以對流方式傳給物料的熱量(3) 爐墻以輻射方式傳給物料的凈熱量S "。 物料所接受的總熱量2諷+ ^+ 。鵬其中^ =;5Co[(;) -(:)圖1中Q，=式中Qe 式中^一物料黑度；S——爐氣黑度； Sw一爐墻黑度；°^——爐氣與物料間的對流換熱系數，W/m^'C;^一暴露于爐氣中的物料表面積，m2。通過以上分析，可得出物料所接受的總熱量與物料黑度^成正比關系。 在金屬物料常規使用中，涂料或油漆保護應用非常廣泛。如家電產品、汽車、工程機械、鋼結構、屋面鋼板等，均采用涂料或油漆對金屬進行保護，同時具有美觀的效果。髙溫涂料在高溫熱工設備上的應用也相當廣泛。在國外，英國CRC公司生產 的ET-4涂料，美國生產的CRC-10A、 G-125、 SBE涂料，日本生產的CRC1100、 CRC1500涂料，涂料黑度(發射率)8 達0.9，用于冶金、機械、石化、電力等行 業的高溫爐窯內壁涂覆，達到保護爐子內壁即延長爐子內壁壽命、提高輻射傳熱強 度的作用。在我國，己開發了多種髙溫輻射涂料，例如常溫固化磷酸鹽耐高溫涂料、 有機硅耐高溫涂料、含鉻有機硅耐髙溫涂料、鋯石/氧化鋯混合料作耐高溫涂料和 耐高溫印劑、鍋爐除塵器耐酸耐高溫涂料、含碳耐火材料抗氧化涂料、爐窯內襯高 溫紅外輻射涂料粘結劑、以及提髙風機效率的碳化硅涂料，等等。這些涂料多數用 于高溫爐窯內壁涂覆，達到保護爐子內壁即延長爐子內壁壽命、提高輻射傳熱強度 的作用。少數用于保護使用中的金屬，延長金屬使用壽命。但是上述國內外應用的高溫涂料產品，僅用于冶金、機械、石化、電力等行 業的高溫爐窯內壁涂覆，少數用于保護使用中的金屬，還未用于金屬物料或工件加 熱工序，例如金屬鑄坯后熱加工前、金屬鑄坯切割分段后至入爐前的工序。目前，連鑄工藝的常規金屬加熱工藝流程為金屬鑄坯一鑄坯矯直一鑄坯切割—金屬坯入爐加熱一金屬坯出爐 —去除金屬坯表面氧化層一進入軋制線。模鑄工藝及冷金屬工件的常規金屬加熱工藝流程為工件入爐加熱一工件出爐一去除金屬工件氧化層一進入軋制線。 傳統加熱工藝基于在沒有精煉技術支撐的情況下，金屬坯表面易產生缺陷， 而且是在低成本生產金屬的時代形成的工藝技術。這是利用金屬氧化層來去除金屬 坯表面缺陷，利用金屬氧化層提高發射率或吸收率來提高傳熱效率。發明內容本發明的任務是提供一種金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，它 解決了現有高溫涂料產品未能用于金屬物料或工件加熱工序以保護金屬、強化傳熱 的問題，以及上述傳統加熱工藝所帶來的問題。本發明的技術解決方案如下一種金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，金屬物料或工件加熱工 藝包括加熱爐和軋制線，在加熱爐之前增設涂料噴涂機系統，其流程為a、 給金屬坯或工件涂覆涂料；b、 將金屬坯或工件入爐加熱； C、金屬坯或工件出爐；d、 去除金屬坯或工件涂覆層；e、 使金屬坯或工件進入軋制線。當今由于精煉技術的發展和進步，金屬坯表面幾乎不再產生缺陷。另外，制 造金屬的原材料大幅漲價，金屬制造進入了高成本時代。這就使得本發明成為可能 和必要。本發明所述的金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，其實質是采 用我國易得的廉價涂料資源，置換出較稀缺的金屬資源，減少微量元素脫失，提高 金屬收得率。本發明通過涂層特性來提高金屬表面發射率或吸收率，以提高傳熱效 率。本技術采用將待加熱工件表面涂覆功能涂料后，再放入爐膛加熱，是一種新 方法，即給工件"穿上衣服"后加熱，起到了保護金屬、強化傳熱的作用。涂覆的功能涂料具有保護金屬、強化傳熱的雙重功能，也可以是一種單功能 涂料，僅在工件表面形成致密保護層，阻隔工件與爐膛氣體之間傳質，如石墨、 SIC質涂料可防止工件氧化和脫碳，或者僅在工件表面形成高輻射涂層，以提高加 熱速度，例如一種Gr203質涂料；也可以是復合功能涂料，兼具前述兩種功能， 例如采用一種微納米高溫遠紅外節能涂料，該涂料的顆粒超細化，達到納米級顆粒， 在工件基體上形成較致密的超薄防護層，附著力強，不易脫落，有效阻隔工件與爐 氣發生傳質，減少氧化和微量元素脫失，該涂料黑度大，涂層能更 快地從爐內接受熱量，然后以傳導傳熱方式向工件內部導熱，強化了工件傳熱。在 推鋼式加熱爐中，被加熱的鋼坯有時發生粘鋼，在涂覆本功能涂料后可防止粘鋼。按本發明的方法涂覆功能涂料，可以采用涂刷、浸泡、輥涂或噴涂等涂覆方式，在給被加熱金屬工件表面涂覆功能涂料后加熱，具有降低金屬氧化燒損率，降 低金屬中微量元素脫失率，提髙加熱速度，提髙現有加熱設備產量和生產率等優點。
圖1為爐膛中各項熱流的傳送情況。圖2是按本發明的方法布置的2150mm軋機生產線的工藝流程圖。
具體實施方式
參看圖2，圖中標號l為l號加熱爐，2為2號加熱爐，3為3號加熱爐，4 為E1立輥軋機，5為R1粗軋機，6為E2立輥軋機，7為保溫罩，8為飛剪，9為 精軋前立輥軋機，IO為精軋機組，ll為層流冷卻裝置，12為巻取機，13為涂料噴 涂機系統，由此構成新的生產線工藝流程。按本發明的金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，金屬物料或工件 加熱工藝包括加熱爐和軋制線，在加熱爐之前增設涂料噴涂機系統，連鑄工藝的金屬加熱流程為a、將金屬鑄坯矯直；b、切割金屬鑄坯；C、給金屬坯涂覆涂料；d、 將金屬坯入爐加熱；e、金屬坯出爐；f、去除金屬坯涂覆層；g、使金屬坯進入軋 制線。按本發明的金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，金屬物料或工件 加熱工藝包括加熱爐和軋制線，在加熱爐之前增設涂料噴涂機系統，模鑄工藝及冷 金屬工件的金屬加熱流程為a、給金屬工件涂覆涂料;b、將金屬工件入爐加熱； C、金屬工件出爐；d、去除金屬工件涂覆層；e、使金屬工件進入軋制線。按本發明的方法，將功能涂料應用于金屬鑄坯后加工過程中的加熱工藝，即 金屬鑄坯后熱加工前、金屬鑄坯切割分段后至入爐前的工序，增加了給物料或工件 涂覆涂層的步驟，在給被加熱金屬物件表面涂覆功能涂料后進行加熱。本發明將功 能涂料的涂覆應用在生產線工藝上，提髙了金屬收得率，減少了金屬中微量元素脫 失。當然，本技術領域內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明 本發明，而并非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對上述實 施例的變化、變型都將落在本發明權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，金屬物料或工件加熱工藝包括加熱爐和軋制線，其特征在于，在加熱爐之前增設涂料噴涂機系統，其流程為a、給金屬坯或工件涂覆涂料；b、將金屬坯或工件入爐加熱；c、金屬坯或工件出爐；d、去除金屬坯或工件涂覆層；e、使金屬坯或工件進入軋制線。
2. 根據權利要求1所述的金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，其 特征在于，連鑄工藝的金屬加熱流程為a、 將金屬鑄坯矯直；b、 切割金屬鑄坯；c、 給金屬坯涂覆涂料；d、 將金屬坯入爐加熱；e、 金屬坯出爐；f、 去除金屬坯涂覆層；g、 使金屬坯進入軋制線。
3. 根據權利要求1所述的金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，其 特征在于，模鑄工藝及冷金屬工件的金屬加熱流程為a、 給金屬工件涂覆涂料；b、 將金屬工件入爐加熱； C、金屬工件出爐；d、 去除金屬工件涂覆層；e、 使金屬工件進入軋制線。
全文摘要
本發明涉及一種金屬物件加熱工藝中保護金屬強化傳熱的方法，金屬物料或工件加熱工藝包括加熱爐和軋制線，在加熱爐之前增設涂料噴涂機系統，其流程為a.給金屬坯或工件涂覆涂料；b.將金屬坯或工件入爐加熱；c.金屬坯或工件出爐；d.去除金屬坯或工件涂覆層；e.使金屬坯或工件進入軋制線。本發明技術采用將待加熱工件表面涂覆功能涂料后，再放入爐膛加熱，是一種新方法，即給工件“穿上衣服”后加熱，起到了保護金屬、強化傳熱的作用。按本發明的方法，在給被加熱金屬工件表面涂覆功能涂料后加熱，具有降低金屬氧化燒損率，降低金屬中微量元素脫失率，提高加熱速度，提高現有加熱設備產量和生產率等優點。
文檔編號C21D1/68GK101235432SQ20081003344
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月2日 優先權日2008年2月2日
發明者凱 余, 莊國偉, 軍 杜, 涂衛國, 王福凱, 趙憲如 申請人:上海寶鋼工程技術有限公司