Tại sao khay xử lý nhiệt bị cong vênh hoặc nứt?

Chu trình nhiệt không đồng đều: Nguyên nhân chính dẫn đến cong vênh và nứt

Cặp nhiệt điện điều khiển lò có thể xác nhận nhiệt độ trung bình mục tiêu, tuy nhiên độ dốc nhiệt độ đáng kể vẫn có thể tồn tại từ bên này sang bên kia, từ trên xuống dưới và từ trước ra sau bên trong buồng. Khi khay liên tục nóng lên và nguội đi thông qua các độ dốc này, các vùng khác nhau sẽ giãn nở và co lại ở các tốc độ khác nhau, tạo ra ứng suất nhiệt tích lũy.

Trong các lò xử lý nhiệt liên tục, nhiệt độ bề mặt của các con lăn lò có thể dao động từ khoảng 200°C đến hơn 900°C chỉ trong vòng vài phút. Các khay xử lý nhiệt thậm chí còn trải qua nhiều chu kỳ nạp và dỡ hàng mỗi ngày hơn so với các con lăn lò thông thường, do đó sốc nhiệt tích lũy là đáng kể. Khi ứng suất cục bộ vượt quá giới hạn chảy của vật liệu, khay sẽ bắt đầu cong, xoắn hoặc cong vênh. Nếu căng thẳng tiếp tục tập trung mà không giảm bớt, gãy xương sẽ xảy ra.

Những thiếu sót trong thiết kế kết cấu: Sự giãn nở nhiệt không còn nơi nào để đi

Khi khay nóng lên từ nhiệt độ phòng đến 1.000°C, độ giãn nở tuyến tính có thể đạt 10 mm đến 15 mm trên mỗi mét chiều dài. Nếu thiết kế không kết hợp các khoảng trống giãn nở hoặc cấu trúc kết nối linh hoạt thì sự giãn nở nhiệt đó không có đường giải phóng - ứng suất tích tụ trực tiếp tại các mối hàn và cuối cùng gây ra vết nứt.

Độ dày của tường cũng quan trọng không kém. Thành khay chính thường dao động từ 8 mm đến 20 mm. Tường quá mỏng thiếu độ bền và bị oxy hóa nhanh chóng; những bức tường quá dày sẽ làm tăng khối lượng nhiệt, kéo dài chu kỳ gia nhiệt và tăng cường ứng suất nhiệt. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng cứ tăng độ dày thành 2 mm, trọng lượng khay tăng khoảng 15%, trong khi tuổi thọ của khay ở nhiệt độ cao chỉ cải thiện khoảng 5%. Do đó, việc tối ưu hóa sự cân bằng giữa độ bền kết cấu và hiệu suất nhiệt là điều cần thiết.

Đối với bố cục sườn, cấu trúc tổ ong tăng độ cứng của khay lên hơn 40% so với các gân hướng tâm thông thường, đồng thời giảm trọng lượng và cải thiện lưu thông khí lò - giữ độ đồng đều nhiệt độ phôi trong phạm vi ±5°C. Độ cứng của rãnh đáy phải thấp hơn từ 30 đến 50 HBW so với con lăn lò để tránh làm hỏng bề mặt con lăn đắt tiền.

Lựa chọn vật liệu sai: Hiệu suất ở nhiệt độ cao suy giảm nhanh chóng

Các khay thép carbon thông thường mất đi độ bền và khả năng chống oxy hóa nhanh chóng ở nhiệt độ trên 900°C. Các vật đúc bằng thép hợp kim chịu nhiệt - chẳng hạn như loại 1.4848, 1.4849, 2.4879 và SCH13 - thường chứa 10% đến 30% crom với các chất bổ sung niken và molypden, tạo thành cấu trúc vi mô austenit hoặc austenit-ferit ổn định. Điều này cho phép các khay hoạt động đáng tin cậy trong môi trường từ 900°C đến 1.150°C, mang lại tuổi thọ sử dụng lâu hơn từ ba đến năm lần so với các khay thép cacbon thông thường.

Crom tạo thành một màng oxit Cr₂O₃ dày đặc trên bề mặt ngăn chặn sự khuếch tán oxy hơn nữa, làm chậm cả quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao và sự khởi đầu của hiện tượng nứt mỏi do nhiệt. Ngoài ra, các vật đúc chưa trải qua quá trình chuẩn hóa và ủ để giảm ứng suất dư từ quá trình đúc sẽ bắt đầu nứt sớm hơn nhiều, do ứng suất nhiệt khi vận hành chồng lên ứng suất dư đã có từ trước.

Lỗi vận hành và bảo trì: Yếu tố tăng tốc lỗi tiềm ẩn

Ngay cả khi lựa chọn vật liệu chính xác và thiết kế cấu trúc hợp lý, việc vận hành kém có thể rút ngắn đáng kể tuổi thọ của khay. Các lỗ hổng quản lý cấp trường phổ biến nhất bao gồm:

• 01 Tải một khay đơn vượt quá 85% công suất thiết kế định mức của nó, tạo ra sự tập trung ứng suất cục bộ gây ra biến dạng sớm.
• 02 Chạy ở nhiệt độ thực tế thấp hơn nhiệt độ sử dụng định mức tối đa của vật liệu dưới 50°C, không để lại giới hạn an toàn cho các trường hợp quá nhiệt do tai nạn.
• 03 Các cơ chế chuyển không thẳng hàng - thanh đẩy, đầu đẩy, đầu xử lý - tác dụng lực ngang liên tục, làm tăng tốc độ mài mòn và biến dạng theo thời gian.
• 04 Bỏ qua việc kiểm tra kích thước toàn diện sau mỗi 500 chu kỳ lò; tiếp tục sử dụng khi biến dạng kích thước tới hạn đã vượt quá 3 mm.
• 05 Làm mát nguội không đồng đều tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ rõ rệt giữa phôi và khay, tạo ra sốc nhiệt đột ngột.

Cách xác định xem khay có cần thay thế hay không

Việc kiểm tra khay nên tập trung vào ba chiều: độ phẳng, độ vuông góc và tính toàn vẹn theo tỷ lệ tổng thể. Các khay phải phẳng và ngang bằng cả chiều rộng và chiều dài. Độ võng, cong, cong hoặc xoắn đều cản trở việc xử lý vật liệu trơn tru bên trong lò và có thể gây ra tình trạng dừng thiết bị không mong muốn.

Độ vuông góc được kiểm tra tốt nhất bằng cách áp dụng hình vuông của thợ mộc vào từng góc trong số bốn góc. Bất kỳ điều kiện không bình thường nào cũng có thể gây ra sự cố theo dõi trong hệ thống vận chuyển lò, gây ra hàng loạt lỗi thứ cấp. Các khay có chỗ phồng lên đáng kể hoặc vết nứt lớn nằm ngoài dung sai kích thước ban đầu phải được loại bỏ khỏi dịch vụ ngay lập tức thay vì sửa chữa và tái sử dụng.

Xây dựng các cuộc kiểm tra khay trong thời gian ngừng bảo trì lò vào mùa hè hoặc mùa đông theo lịch trình là một cách thiết thực để thể chế hóa quy trình này và phát hiện các vấn đề trước khi chúng leo thang thành tình trạng gián đoạn sản xuất tốn kém.

Các chiến lược cốt lõi để kéo dài tuổi thọ khay

Ở cấp độ vật liệu, việc chỉ định vật đúc bằng hợp kim chịu nhiệt đã trải qua quá trình chuẩn hóa và tôi luyện sẽ loại bỏ ứng suất đúc còn lại trước khi khay đi vào hoạt động. Ở cấp độ kết cấu, việc đảm bảo thiết kế kết hợp bù giãn nở nhiệt - thông qua các gân tổ ong, khớp nối linh hoạt và khoảng trống giãn nở thích hợp - sẽ phân phối ứng suất thay vì tập trung nó. Ở cấp độ quy trình, các giai đoạn gia nhiệt và làm mát dần dần giúp giảm sốc nhiệt; Làm nguội bằng dầu tạo ra ứng suất nhiệt thấp hơn đáng kể so với làm nguội bằng nước, trong khi làm nguội bằng không khí phù hợp với các ứng dụng trong đó việc kiểm soát độ biến dạng quan trọng hơn độ cứng tối đa.