淺析軋鋼加熱爐坯料氧化控制

賈勇

摘 要：在對金屬進行加熱時，鍋爐內的溫度以及環(huán)境一定要適宜，假如操縱不當，會產生很多加熱問題，例如太熱、燒過、脫碳以及氧化。文章重點講述了軋鋼加熱爐加工或處理坯料時對氧化的掌控。

關鍵詞：軋鋼；加熱爐；坯料；氧化控制

鋼在進行氧化時不僅會有化學反應產生，還會有物理反應擴散過程存在。氧化過程是顯示鍋爐內的氧化物，附著在鋼的表面出現化學反應，然后形成很薄的一層氧化層，對這層鐵皮氧化層再進行氧化，就是鐵以及氧分子穿過剛形成的薄層向另外一個方向相互分散，同時出現化學反應。在一個位置上，是氧分子滲過剛形成的鐵皮層分散到鋼的內部；在另一個位置上就是鐵原子從鋼內部經過剛剛形成的鐵皮層向外分散。在分散過程中必然會遇到，就會出現化學反應形成鐵化物，內層由于氧分子比鐵原子密度稀，形成低價氧化鐵。

1 鋼的氧化

在溫度高的鍋爐內加熱鋼時，因為鍋爐內的氣體中有很多的氧氣、二氧化碳、水分子，鋼必然會形成氧化。并且從鋼錠加工成成品要制造很多次，每進行一次制造，就會有百分之零點五到百分之三的鋼因為氧化燒壞，在全部的制造中，會有百分之四到百分之五的鋼燒壞。氧化一方面對鋼產生損壞，另一方面形成的鐵皮會殘留在鍋爐底部，尤其是實爐底位置，對耐火物料形成腐蝕，對鍋爐使用時間也有所影響，并且清理鐵皮的工作很艱巨，情況嚴重時還會影響鍋爐的正常使用。鋼的品質還會因為氧化鐵受到影響，在軋制時附著在鋼的外表上，在外表上形成星點，對外表品質產生損壞。

在日常生活中，鋼也會出現氧化，在比較干燥的環(huán)境中，氧化比較慢。不過當溫度達到二百到三百攝氏度時，其外表就會出現氧化膜，比較干燥的話形成的氧化速度不快；溫度一直提升，氧化也會變快，溫度到一千攝氏度時，氧化會異?？?；假如溫度在九百攝氏度時燒壞程度為1，一千攝氏度燒壞程度為2，一千一百攝氏度時燒壞程度為3.2，一千三百攝氏度燒壞程度達到7。氧化反應就是鍋爐內的氧氣、二氧化碳、水分子以及二氧化硫和鋼外表的鐵展開反應，按照氧化情況不一樣，能夠形成：氧化亞鐵、四氧化鐵以及氧化鐵。

2 影響氧化的因素

對鋼氧化產生作用的要素有：鍋爐內溫度、加熱時長、鍋爐內氣體構成、鋼的構成。這些要素中鍋爐內氣體構成以及溫度、鋼的構成對氧化程度的快慢有關鍵的作用，加熱時長對鋼的燒壞量有直接影響。

2.1 加熱溫度的影響

由于氧化就是蔓延的一種過程，因此溫度對其的作用十分明顯，溫度越高，蔓延越快，氧化也就越快，放置在平常環(huán)境中的鋼氧化很慢，六百攝氏度以上變化才能看得出來，溫度達到九百攝氏度鋼氧化情況就開始劇烈。

2.2 加熱時間的影響

環(huán)境相同時，加熱的時長越久，鋼氧化受損壞的情況越嚴重。剛開始，氧化鐵皮會因為時間變長而加快，之后在慢慢的降低，這是因為出現的氧化鐵皮層對蔓延有了妨礙的作用。不過因為鐵皮層密度不緊密，不能夠進行絕對性的阻擋，所以，加熱時長最好不要太長。

2.3 爐氣成分的影響

鍋爐內氣體的構成對氧化有著關鍵的作用。氣體構成對燃料構成、氣體使用系數、全部燃燒狀況都有著關鍵的作用。鍋爐內氣體性能不一樣，氧化性的有氧氣、二氧化碳、水分子以及二氧化硫，具有還原功能的有一氧化碳、氫氣以及甲烷，中性的有氮氣。在鍋爐中，物料燃燒形成的物質一般是具有氧化性的氣體，在形成物中，具有百分之二到百分之三的一氧化碳對降低氧化用途不大，由于燃料沒有徹底燃燒，鍋爐內溫度降低，就會拖延加熱時間，導致氧化量變多。因為鋼和鍋爐內氣體進行氧化出現的反應是可逆的，所以，鍋爐內氣體對加熱產生作用的主要有氧化性的以及還原功能的。假如在燃燒過程中掌控好氣體的構成，可以逆向開展，就能夠減少鋼被氧化或者不氧化，在平時的作業(yè)中鍋爐內沒辦法完成還原性作業(yè)，由于鍋爐氣體中可能不會有那么多的清漆以及二氧化碳，因此在持續(xù)加熱鍋爐中，要想完成邊加熱邊掌控氣體成分是十分艱難的。如果燃燒的物料中含有硫抑或硫化氫，經過加熱燃燒，二氧化硫或者含量相當少的硫化氫和一氧化鐵反應后形成不易熔化的硫化亞鐵，熔點在一千一百九十攝氏度，會使鋼的氧化更加劇烈，并且，形成的鐵皮層會立即熔化，氧化將會更加劇烈。

2.4 鋼的成分

對于碳素鋼隨其C含量的增加，鋼的燒損量有所下降，這很可能是由于鋼中的C氧化后，部分生成CO而阻止了氧化性氣體向鋼內擴散的結果。

合金元素如Cr、Ni等，它們極易被氧化成相應的氧化物，但由于它們生成的氧化物薄層組織結構十分致密又很穩(wěn)定，因而起到了防止鋼的內部基體免遭再氧化的作用。

3 軋鋼加熱爐坯料氧化控制措施

由上述可知，氧化在一般生產條件下是不可避免的，但是我們可以將它的生成量降至最低限度，在一定的條件下，還可使之降至很低甚至不氧化（即所謂無氧化加熱）。

3.1 掌握好加熱溫度和時間

要掌握好加熱溫度和時間這兩個重要因素，減少鋼坯在高溫區(qū)的停留時間，盡量做到高溫快速加熱。在短期停軋時，注意不要減風操作，以免形成還原性氣氛，將已形成的高價氧化鐵還原成低價氧化鐵，從而使其熔點降低而發(fā)生“粘鋼”現象，并且防止軋后形成“麻點”。一般來說，“麻點”主要是由于鋼坯表面生成的氧化鐵皮較厚，在軋制前沒有完全清除而被壓入鋼中所致。特別是停軋時間較長，鋼坯在爐內保溫時間過長和鋼溫降低時所生成的鐵皮更不易脫落（因靠近鋼的基體總體FeO數量增加發(fā)黏所致），這時軋后會出現上下兩面都有麻點，明顯的氧化鐵皮被壓后形成的麻點，其表面呈灰色，用小錘打掉鐵皮后還會在鋼板上留下小的亮坑。

3.2 控制好爐壓

掌控好鍋爐內的成分，降低冷空氣的進入，針對三段式持續(xù)加熱鍋爐來說，一定要掌控好鍋爐壓強，就是把零壓面掌控在出料位置的斜坡，在均衡加熱的位置使用小風量、小火量，溫度會比加熱的位置低一些，進而防止了鐵皮層的出現，加熱處使用大風量能夠把在均衡加熱位置沒有燃燒掉但必須要燃燒的物料全部燃燒，推動了高溫區(qū)的聚集，這種方式可以簡單的概括為低鍋爐壓強大風量快加熱，不僅科學還很適用。

3.3 采取特殊措施

采取特殊措施，對減少氧化收效較大。但熱效率低，成本高，一般都在特殊需要時使用。

3.3.1 使用間接加熱方式，就是用保護罩、電或者輻射管進行加熱，并且在需要加熱的金屬物體附近連通保護氣體，例如氮氣、甲烷、水分子、一氧化碳等，這是熱處理鍋爐的關鍵手段。

3.3.2 無氧化直接加熱。又稱“敞焰無氧化加熱”，在連續(xù)爐及室狀爐上均有采用。其基本原理是高溫段采取很小的空氣消耗系數n，靠高溫預熱助燃空氣來保證必要的燃燒溫度，沒有完全燃燒的產物在爐子另一部分供入必要的空氣使其燃燒完全，缺點是能見度差，也不能保證不脫碳。

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