軋鋼加熱爐鋼坯氧化燒損分析

崔新華

（河北鑫達(dá)鋼鐵集團(tuán)有限公司 技術(shù)部，河北 遷安064400）

河北鑫達(dá)軋鋼加熱爐共有三種形式，按照加熱工藝分為型鋼步進(jìn)式加熱爐，帶鋼推鋼式加熱爐和棒材步進(jìn)式加熱爐。由于加熱原料鋼種、 坯料的不同，加熱爐采取的加熱工藝也略有差別，鋼坯產(chǎn)生的氧化燒損量也有不同。氧化燒損量的多少主要直觀反應(yīng)在停爐檢修時(shí)爐內(nèi)氧化鐵皮的多少，對(duì)于推鋼爐，還反映在從側(cè)出料端墻處清理氧化鐵皮的多少。所以對(duì)于加熱爐的管理者，應(yīng)從日常加熱爐加熱工藝、氧化鐵皮的厚度來(lái)判定產(chǎn)生氧化燒損量的多少，從而制定合適的加熱工藝和加熱爐維護(hù)制度，降低氧化燒損，提高鋼坯成材率。

1 鋼坯氧化鐵皮產(chǎn)生的原因

目前國(guó)內(nèi)軋鋼加熱爐大多數(shù)都采用蓄熱式燃燒技術(shù)，使用高爐煤氣進(jìn)行燃燒加熱，由于煤氣在爐內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的爐氣中含有O2，CO2和H2O 等，鋼的表面層要發(fā)生氧化，即與鋼的表面層的鐵進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)氧化程度的不同，生成幾種不同的鐵的氧化物——FeO，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3，反應(yīng)公式如下：

對(duì)于鋼坯產(chǎn)生氧化，主要因素有如下幾點(diǎn)：

（1）加熱溫度的影響

在850～900 ℃以下，鐵的氧化速度很小，1 000℃以上則急劇上升。因?yàn)殡S著溫度的升高，各成分的擴(kuò)散加快，超過(guò)1 300 ℃以后，表面的氧化鐵皮熔化，擴(kuò)散阻力減小，氧化速度大大增加。

對(duì)比鑫達(dá)三種加熱爐加熱溫度和氧化鐵皮厚度發(fā)現(xiàn)，三種加熱爐加熱溫度不同，產(chǎn)生的氧化燒損量也不同（見(jiàn)表1）。

表1 三種加熱爐氧化燒損

（2）加熱時(shí)間的影響

在同樣條件下，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，鋼的氧化燒損量越大，所以一般要求加熱爐在異常生產(chǎn)時(shí)一定控制好加熱時(shí)間，例如待料、待軋、檢修等，建立具體的保溫和升溫制度。圖1 為參考文獻(xiàn)中的加熱時(shí)間、燒損量和溫度的關(guān)系，三者之間成正比例關(guān)系。

（3）爐氣成分的影響

爐氣中一般含有O2，CO2，H2O，SO2等氧化性氣體，氧化性最強(qiáng)的是SO2，依次是O2，H2O，CO2，根據(jù)對(duì)金屬氧化程度的影響，氧化性氣氛中產(chǎn)生的氧化鐵皮最多。在生產(chǎn)中，要求根據(jù)鋼種的不同控制好合理的風(fēng)和煤氣用量配比，一般控制在風(fēng)/煤氣=0.6～1.0。

對(duì)于加熱爐出鋼過(guò)程中如何測(cè)定燒損率，加熱爐技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采用不同的方法，有使用試樣進(jìn)行的，有使用坯料組坯稱重的，有使用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行測(cè)算的。通過(guò)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)氧化鐵皮厚度使用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比試樣跟蹤結(jié)果計(jì)算，兩者基本相同，即氧化鐵皮厚度為1 mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的氧化燒損率為1.0%～1.1%，這樣現(xiàn)場(chǎng)工人可以直觀地根據(jù)氧化鐵皮厚度判定燒損率的大小。具體計(jì)算公式如下：

圖1 加熱時(shí)間、燒損量和溫度的關(guān)系圖

式中：s—氧化鐵皮的厚度，m

a—鋼的表面燒損量，kg/m2

ρ—氧化鐵皮的密度，ρ=3 700~4 000 kg/m3

gFe—氧化鐵皮中鐵的平均含量，波動(dòng)在0.715~0.765 g/g

以棒材廠步進(jìn)式加熱爐150×150 鋼坯產(chǎn)生的氧化鐵皮厚度為例，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2 生產(chǎn)中的預(yù)防措施

對(duì)于河北鑫達(dá)軋鋼加熱爐，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的觀察和交流，筆者簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

2.1 加熱溫度

通過(guò)觀察鋼坯顏色判定表面溫度高低。

表2 氧化鐵皮厚度與燒損率的對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)于鋼坯的軋制溫度，最終體現(xiàn)在加熱爐內(nèi)各段的熱電偶顯示溫度。

加熱爐區(qū)域與軋制區(qū)域必須進(jìn)行緊密溝通和聯(lián)系，對(duì)于加熱爐進(jìn)行“三勤”操作，一方面根據(jù)軋制工藝控制好鋼坯開(kāi)軋溫度，對(duì)于普碳鋼，根據(jù)坯料大小，軋制規(guī)格，一般控制在1 050～1 150 ℃之間，這個(gè)溫度主要在初軋機(jī)前進(jìn)行溫度檢測(cè)，反推到加熱爐內(nèi)溫度，增加50～150 ℃（考慮到除鱗水溫降和冬夏季節(jié)），這樣的溫度就是加熱爐內(nèi)熱電偶檢測(cè)到的爐溫，在計(jì)算機(jī)畫(huà)面顯示出來(lái)；對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的加熱工可以通過(guò)觀察鋼坯在黑暗處的顏色判斷出鋼坯表面的溫度，具體的溫度和顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2 所示。

圖2 鋼坯顏色與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

降低氧化燒損必須控制好各段的加熱溫度，按照鋼種和規(guī)格制定合理的加熱工藝，既要保證加熱質(zhì)量，又要保證加熱后的鋼坯溫度能夠滿足軋制需求。

2.2 加熱時(shí)間

對(duì)于普碳鋼，合金的加入量少，一般實(shí)行快速加熱，減少鋼在高溫區(qū)域的停留時(shí)間，這是減少鋼坯氧化的必要條件。加熱爐操作的原則，就是使加熱爐的生產(chǎn)能力與軋機(jī)的能力相適應(yīng)。鋼坯在爐溫較高的爐內(nèi)快速加熱，達(dá)到出鋼溫度要求后，馬上出爐開(kāi)軋，避免長(zhǎng)時(shí)間停留爐內(nèi)。在推行熱送熱裝的工藝后，鋼坯在爐內(nèi)的停留時(shí)間逐漸縮短，當(dāng)熱送率（入爐溫度在500 ℃以上）達(dá)到60%以上時(shí)，加熱爐產(chǎn)量提高30%左右，氧化燒損由1%降低到0.7%左右。

2.3 爐內(nèi)氣氛

對(duì)于爐內(nèi)氣氛影響到鋼坯的氧化燒損，一方面盡可能地減少煤氣中的水分，尤其是冬季，煤氣中的水分較多，對(duì)外網(wǎng)煤氣脫水器每班檢查脫水情況，同時(shí)在爐頂煤氣管道上再設(shè)置一道Φ50 脫水閥門(mén)，在檢修時(shí)進(jìn)行檢查和排水； 另一方面控制合理的風(fēng)煤配比，通過(guò)觀察氧化鐵皮厚度判定爐內(nèi)風(fēng)煤配比大小，觀察爐門(mén)口，以冒出小紅火苗為準(zhǔn)，長(zhǎng)度在500 mm 左右，稍微顯現(xiàn)紅色，即控制為還原性氣氛，風(fēng)煤氣配比在0.8 左右，爐壓在50 Pa 左右。

圖3~圖5 為三種加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面，風(fēng)煤配比在0.8～1.0 之間，生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定，氧化鐵皮厚度在合理范圍之內(nèi)。

圖3 棒材步進(jìn)式加熱爐計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面

圖4 帶鋼推鋼加熱爐計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面

圖5 型鋼步進(jìn)式加熱爐計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于降低軋鋼加熱爐氧化燒損的措施，在國(guó)內(nèi)各鋼廠加熱爐管理者都有不同的方法，都需要根據(jù)不同的加熱工藝進(jìn)行實(shí)際操作和控制，同時(shí)兼顧生產(chǎn)節(jié)奏，既要保證加熱質(zhì)量，還需要降低氧化燒損，這需要現(xiàn)場(chǎng)加熱工和加熱爐管理人員全面兼顧，不斷地根據(jù)各種爐況總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在保證加熱質(zhì)量的前提下，減少氧化燒損，降低成本。