貫通式可控氣氛多用爐淬火油的防水管理

羅光利

（湖北三環離合器有限公司，湖北黃石 435100）

0 引言

德系貫通式可控氣氛多用爐生產效率高、爐溫均勻性、熱處理性能穩定。湖北三環離合器有限公司公司熱處理零件多數為厚2～7 mm、直徑200 mm 以內，形狀復雜的低碳鋼盤類淬火、滲碳或碳氮共滲件，為減少工件變形和開裂傾向，淬火介質選用好富頓（Houghton）Mar-Temp355 等溫淬火油。由于工作環境清掃清潔及設備淬火油外置熱交換器密封老化等原因，淬火油中偶爾含水，對產品質量（淬火硬度、外觀顏色）和安全生產形成重大隱患。

1 淬火油中含水的危害

1.1 劣化冷卻性能、影響產品質量

等溫淬火工藝是先將淬火介質（好富頓Houghton Mar-Temp355 等溫淬火油）加熱到工藝要求的等溫溫度120 ℃，然后將加熱至860～880 ℃（視材料調整）的工件置于淬火介質中，使下貝氏體組織的轉變全部在等溫過程中完成。工件在淬火過程中的散熱方式分為3 個階段：蒸汽膜階段（整個工件被蒸汽膜包圍著）、沸騰階段（整個工件表面發生沸騰）和對流階段（整個工件周圍被攪動的淬火油對流冷卻）。淬火油中含水較高（≥5×10-4）時，速冷劑溶于水，延長了蒸汽膜階段，使冷卻速度有所下降，淬火組織出現珠光體，造成產品硬度偏低，工件表面顏色泛黃。

1.2 增加油品外溢和火災危險

通常情況下，淬火油一直處于攪拌狀態，通過水循環冷卻器將油溫控制在120 ℃，水和油很難形成分層狀態（圖1）。工件淬火時，淬火油雖受熱汽化造成體積急劇增加而出現突沸，但淬火室（槽）不會發生物理爆炸。一是如果淬火油水分含量≥5×10-4，在缺乏循環攪動的靜置狀態下，水和淬火油已經形成分層狀態，工件淬火時，淬火油中的水受熱汽化造成體積急劇增加，可能會造成淬火室的物理性爆炸。二是當淬火油中水分含量≥10-3時，淬火油受攪拌易形成大量油沫。工件淬火時，淬火油受熱汽化造成體積急劇增加而出現突沸，使油位上升，如果油液有限，可從淬火槽液位溢流管排放（圖2、圖3）；如果油液本身油位高，工件淬火時淬火油受熱汽化造成體積急劇增加而出現突沸，淬火油油位超出淬火槽液位溢流管排放能力，淬火油很可能通過中間門下部碳化硅爐底板鏈條軌道凹槽流進高溫加熱室，淬火油急速汽化，加熱室爐壓急劇升高，可能引起爐體爆炸、損壞爐子，甚至造成火災。

圖1 淬火油槽循環冷卻裝置

圖2 淬火油槽內腔

圖3 淬火油槽油液溢流管

1.3 加速油品老化

（1）淬火油添加劑的主要成分有：減緩老化的抗氧化劑、增加冷速的速冷劑和增加表面光亮度的光亮劑。淬火油水分含量≥5×10-4時，水會使油中添加劑乳化、沉降或水解失去效用。

（2）在油乳化態的水和溫度的作用下，碳黑會發生水解進而與金屬粒屑反應生成碳化物粉粒。粉粒會因氧化生成酸，促使油泥形成，使油老化加速。

（3）油品老化過程中沉積在工件表面上的凝合物會造成工件表面嚴重斑跡，油品老化會導致工件表面清潔度降低和畸變；油品老化過程中，油的黏度增大，淬火油分解物會發生聚合，形成油垢、油泥，污染工件，甚至會造成堵塞管道等嚴重后果。

2 檢測方法

2.1 定性檢測（實驗室方法）

取淬火油樣品注入玻璃試管中（量為1/3～2/3），用鐵夾夾持（與地面呈45°角，管口不能對著人），試管底部用酒精燈加熱，如伴有爆鳴聲或水汽生成，說明油中含水。

定性檢測經驗方法1：用手檢測設備回水（通過熱交換器用循環水冷卻）集水槽（設備各種氣體匯排管下方，即加熱室底下，見圖4）有無油珠或油膜；原理為正常情況下若熱交換器完好，冷卻過程中油泵工作淬火油不停地從油槽抽至熱交換器內腔，冷卻卻從熱交換器內毛細管一端流向另一端，毛細管外壁吸收淬火油的熱量，通過毛細管傳遞管內循環水帶走，管內管外自成一體互不干涉。一旦毛細管破損或密封老化，存在水、油相竄。油泵工作時，因油壓大于水壓，淬火油會滲入冷卻水中（循環回水有油跡）；淬火油槽測溫均勻時，油泵停止工作，循環水會滲入熱交換器中，油泵再次工作時，水分帶入淬火油槽。

圖4 冷卻水匯流槽

經驗方法2：淬火工件表面發黃、不光亮、硬度低。

2.2 定量檢測（實驗室方法）

取淬火油樣品按ASTM D95—2005《石油產品水分測定蒸餾法》標準方法試驗，可檢測（計算）油中含水量，此方法較專業，企業一般不用。我司每半年用塑料瓶送樣品至淬火油供應商成份檢測時，一并要求檢測油品含水量。

注：油中含水量達0.03%時對產品淬火光亮度有影響；含水量達0.05%時對產品淬火變形量有增加；含水量達0.10%時可能會使工件淬火時出現裂紋，并有起泡、突沸的危險。

3 淬火油含水的原因分析

（1）熱交換器破損。通常情況下，熱交換器破損后水是進不到油中的，因為循環油泵油壓（設定為0.16～0.17 MPa，油壓大小通過管道閥門調節：油壓大、油量小；反之，油壓小、油量大）大于循環冷卻水水壓（設定為0.12 MPa 左右）。工件淬火時，油溫達到設置溫度時，循環油泵自動啟動，隨即熱交換器冷卻水管控制電磁閥收到信號才能開啟，循環冷卻水形成一開環，水管壓力相當于“零”壓力。再者，如回水管道出現故障堵塞，水壓大于0.12 MPa 時，進水管有一個溢流閥（相當于壓力開關，設定值為0.12 MPa）開啟，直接注入集水槽中。當油溫低于設置溫度時，油泵電機自動關閉，隨即冷卻水管電磁閥關閉（注：冷卻水管控制電磁閥與循環油泵電機同時啟動或同時關閉）。除非循環水管控制電磁閥故障，電磁閥一直處于常開狀態（否則，油泵啟動時無冷卻水，油溫無法降下來），油溫正常油泵未工作，水才可能從熱交換器破損處（含熱交換毛細管銹蝕破損或密封件老化）滲入熱交換器油內，流入淬火油槽（或淬火循環油泵啟動，進入油槽）。只要熱交換器破損，淬火冷卻時一定有淬火油滲入循環冷卻水中（注：如果冷卻水、循環油泵電磁閥正常，即使熱交換器破損，水也不可能進入油中，只能油進入水中，是因為水油系統的設計保證油壓總是大于水壓。在集水槽中可目測水面是否有油膜）。

（2）周邊部件中的水分滲入。淬火提升氣缸漏氣，爐頂密封破損，再加上生產用壓縮空氣中含有水分。冷凝水沿著氣缸活塞桿流入淬火槽中（此情況下，可聽到氣缸明顯的漏氣聲）。淬火油槽攪拌電機軸密封如破損，因淬火油槽為負壓，淬火油槽壁上水漬及空氣均可吸入油槽內。

（3）工件帶有水分。正常情況下是不存在的，工件加熱后無水分。理論上僅存在于設備大修后或開爐前冷調試車，料車或工件帶水。

（4）淬火油因儲存不當或本身質量不合格含有水分（國標規定淬火油水分含量不能超過2×10-4）。停爐敞開爐門時，潮濕空氣中的水分或現場清潔、設備保養時不慎將水從注油口灑入油槽。

（5）其他意外事故造成淬火油含水。

4 淬火油脫水方法

（1）加熱脫水：敞開爐門，加熱油品至100～120 ℃，攪拌電機工作1 h，直至淬火油氣泡消失。

（2）沉淀脫水：將油品靜置48 h，打開排污口閥門排水（用容器接住，存在油水混合）。

（3）離心脫水：因油、水比重有差異，用離心機可將水甩出。因淬火油黏度高，一般離心機無法滿足要求，脫水時，油溫最好加熱至160 ℃左右。如果企業備有離心過濾機，可以在線離心脫水或停爐休整時利用淬火油余溫進行離心脫水，這兩種脫水效果雖略差些，但不必為淬火油脫水升溫而增加能耗。

（4）過濾脫水：利用過濾介質吸附作用吸收油中水分，但同時也會吸收添加劑，故選擇過濾介質要慎重。

總之，淬火油脫水主要靠前兩種方法——加熱脫水和沉淀脫水，簡單實用；后兩種方法操作困難、成本高。無論使用哪種方法，淬火油脫水后要進行油品冷卻性能測試。

5 開爐點檢

點檢內容包括：①循環水管控制電磁閥、溢流閥，循環油泵控制電磁閥；②檢查循環水及循環油管道壓力表是否正常；③淬火提升氣缸是否漏氣；④集水槽水面有無油膜；⑤淬火油攪拌電機及聯軸器是否正常；⑥敞開爐門，加熱淬火油至120 ℃并保溫1 h。