軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討

劉 楊，王 碩

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

在鋼鐵生產(chǎn)中，軋鋼加熱爐發(fā)揮著重要的作用，它主要是通過合適的溫度來實現(xiàn)對坯料的均勻加熱，便于后續(xù)軋制工作的開展，對加工和生產(chǎn)高品質(zhì)的軋鋼產(chǎn)品有著直接的影響。如果軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中沒有做好對溫度的控制，勢必會導(dǎo)致軋鋼產(chǎn)品出現(xiàn)諸多的性能問題，為了避免此類情況的出現(xiàn)，在生產(chǎn)中就需要做好對軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度合理控制，從而實現(xiàn)軋鋼成品的質(zhì)量保障，并對企業(yè)實現(xiàn)更多經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益的創(chuàng)造。

1 軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制重要性

在鋼鐵生產(chǎn)中，軋鋼加熱爐是重要的加工設(shè)備，它為軋制過程實現(xiàn)了加熱條件的提供，而做好軋鋼加熱爐生產(chǎn)中的溫度控制至關(guān)重要。首先，做好軋鋼加熱爐溫度控制能夠有效降低投入成本。在軋鋼加熱爐使用期間，其消耗能源占到軋制整個過程超過70%的能耗總量，通過對其溫度合理控制能夠?qū)嶄撃芎娘@著降低，實現(xiàn)大量生產(chǎn)成本的節(jié)省。若生產(chǎn)期間燃料的投入量太大，且加熱的溫度太高，會對爐體很容易產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致過熱或者過燒等情況的出現(xiàn)，這也會增加它維護(hù)的頻率，促進(jìn)額外開銷的增加。其次，做好軋鋼加熱爐溫度控制能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目的。在加熱爐使用中，所用燃料一般是高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等類型，此類燃料是煤炭沒有通過完全燃燒的情況下而用作工業(yè)生產(chǎn)的用氣，此類氣體都是一次性的能源，它們會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，而通過對加熱溫度的合理控制，就能夠?qū)σ淮文茉磳嶋H用量有效減少，達(dá)到節(jié)能降耗[1]。再次，做好軋鋼加熱爐溫度控制能夠?qū)崿F(xiàn)溫室效應(yīng)緩解。在加熱爐運(yùn)轉(zhuǎn)期間，勢必會產(chǎn)生大量廢熱氣，把這些氣體向空氣內(nèi)排放，很容易會對溫室效應(yīng)產(chǎn)生加劇影響，而通過做好對軋鋼加熱爐溫度控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對二氧化碳排放量的合理控制，對生產(chǎn)過程廢熱氣排放量實現(xiàn)降低，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

2 軋鋼加熱爐溫度控制常見缺陷

2.1 過熱、過燒

當(dāng)鋼產(chǎn)品在生產(chǎn)中，對坯料加熱的溫度長期處于過高的狀態(tài)下，勢必會導(dǎo)致鋼的晶粒體出現(xiàn)過分的長大，此時鋼產(chǎn)品的晶粒間存在的聯(lián)系就受到削弱，產(chǎn)品表現(xiàn)得十分易脆。面對此過熱生產(chǎn)的條件，軋制期間的坯料往往會存在大量裂紋，且鋼產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及性狀也會呈現(xiàn)顯著變化。如果其晶粒呈現(xiàn)繼續(xù)的長大狀態(tài)，甚至其晶界會出現(xiàn)熔化、氧化等現(xiàn)象，此時坯料就會發(fā)生碎裂，即過燒。坯料一旦過燒就成為了廢品，失去其生產(chǎn)的價值，因此溫度失控而出現(xiàn)過熱或者過燒情況的話，對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益會產(chǎn)生很大的影響。如對碳鋼加熱中，要求溫度在1300℃內(nèi)，若超出此臨界值，其坯料的表面區(qū)域氧化鐵皮會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，純氧化的鐵皮熔點在1377℃~1565℃間，在坯料內(nèi)部存在雜質(zhì)時，其熔點降到1300℃~1350℃間，一旦超出1300℃，鋼坯十分容易發(fā)生過熱、過燒等情況。

2.2 氧化、脫碳

在軋鋼生產(chǎn)中，是一種化學(xué)反應(yīng)的過程，在對爐體加熱至一定的溫度，其坯料的內(nèi)部金屬元素和加熱爐內(nèi)部氧化性的氣體就會存在化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，生成出三氧化二鐵、氧化鐵以及四氧化三鐵等化合物，若完成脫碳的鋼件在淬火時其表面不滿足要求硬度的標(biāo)準(zhǔn)，會對后續(xù)鋼坯料加工的流程產(chǎn)生影響。在加熱爐內(nèi)，氧化以及脫碳過程呈現(xiàn)同時進(jìn)行狀態(tài)，若爐內(nèi)溫度比750℃低，其氧化以及脫碳的現(xiàn)象就會不明顯，若溫度超過800℃，其氧化以及脫碳速度就會成倍的增加[2]。

2.3 坯料開裂

若鋼的導(dǎo)熱率比較小，如高錳鋼、高碳鋼和軸承鋼等，將700 ℃初始溫度當(dāng)作基礎(chǔ)，如果在軋鋼加熱爐加熱期間，沒有對溫度實現(xiàn)合理控制，對其溫度快速地升溫，此時此類鋼坯料其斷面溫差會出現(xiàn)顯著增大，導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，受到熱應(yīng)力的作用，會導(dǎo)致鋼坯料出現(xiàn)開裂的情況，甚至造成斷鋼的現(xiàn)象發(fā)生。

3 軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制策略

生產(chǎn)中，軋鋼加熱爐的類型有很多，文章將三段連續(xù)型梁式的加熱爐當(dāng)作案例，對其加熱爐生產(chǎn)期間溫度的控制策略進(jìn)行分析，其加熱爐示意圖如下。

表1 三次不同的時間中對螺紋鋼的爐內(nèi)溫度控制表（℃）

圖1 案例軋鋼加熱爐的示意圖

3.1 嚴(yán)格按照溫度控制的要求生產(chǎn)

為了避免加熱缺陷的出現(xiàn)，要確保鋼坯料可塑性滿足要求，但不能對加熱溫度無限升高，防止出現(xiàn)過熱、過燒等現(xiàn)象。在加熱期間，要對鋼種、鋼坯的形狀、鋼斷面等綜合考慮，基于均熱條件，把加熱的溫度在1050-1100℃間嚴(yán)格控制，在此溫度的區(qū)間可以更好實現(xiàn)鋼坯料斷面和長度的均勻一致性，實現(xiàn)對鋼坯加熱的質(zhì)量有效提升。

3.2 做好正常軋制中加熱爐溫度控制

在此加熱爐正常的生產(chǎn)中，爐內(nèi)的各段溫度都要求基本維持恒定性，而溫度控制效果直接對出鋼的溫度高低起到?jīng)Q定作用。按照軋制生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的具體標(biāo)準(zhǔn)，要求普碳鋼以及低合金鋼均熱的上溫度在1100℃~1280℃區(qū)間，均熱的下溫度在1100℃~1290℃區(qū)間，加熱的上溫度在1000℃~1290℃區(qū)間，加熱的下溫度在1000℃~1300℃區(qū)間。將16HRB335型號螺紋鋼當(dāng)作例子，其軋制節(jié)奏按照140支鋼/h進(jìn)行，每支鋼的質(zhì)為0.9t，且分別對三次不同的時間選取，其溫度控制的情況如下表1。

通過上表1能夠看出，一般情況下，其加熱段下部的溫度以及均熱段下部的溫度都比加熱段的上部溫度以及均熱段的上部溫度要高20℃~40℃；當(dāng)上面的溫度保持穩(wěn)定的狀態(tài)時，其下部的溫度也呈現(xiàn)相對的穩(wěn)定狀態(tài)。正常軋制期間，若對爐內(nèi)的煤氣供給量增加，其整體的溫度就呈現(xiàn)出均勻態(tài)勢且連續(xù)上升，所以控溫期間要對設(shè)備許可的限度兼顧考慮，要求爐內(nèi)最高的溫度不能比1300 ℃大，爐尾的溫度不能比850℃大，且熱風(fēng)的溫度不能比450℃大[3]。

3.3 做好不正常軋制中加熱爐溫度控制

當(dāng)軋制出現(xiàn)不順暢時，其軋線常存在換槽、換輥和檢修等情況，此時要做好及時的降溫處理，對煤氣的供給量合理調(diào)整。在保溫待軋的時間符合要求的標(biāo)準(zhǔn)后，可在軋制開始前采取逐漸的升溫。將16HRB335型號螺紋鋼當(dāng)作例子，在軋制開始后，要求軋制節(jié)奏保持140支鋼坯/h，在每進(jìn)行45 min軋制時進(jìn)行一次爐溫的記錄。因為爐尾在待溫時鋼坯的預(yù)熱溫度太高，會使加熱段以及均熱段出現(xiàn)較快升溫的速度，但其后續(xù)裝入的鋼坯一直處在順軋的狀態(tài)，會使加熱爐溫度慢慢上升至正常狀態(tài)，所以軋制處在不順暢時，要求預(yù)熱段的溫度比順軋時溫度要低。

因為后續(xù)的入爐鋼坯溫度比較低，此時要對其采取升溫的措施進(jìn)行處理，讓后續(xù)的鋼坯溫度超過正常的溫度，避免溫度脫茬的現(xiàn)象發(fā)生。若知道鋼坯順軋的時間是45 min，要求軋制鋼坯是105支的數(shù)量，爐尾的推鋼段有45支裝鋼，動梁有120支裝鋼，此時就能夠?qū)Q輥時的爐尾段最后一根的鋼軋在爐內(nèi)的位置距離入爐處有18.58m進(jìn)行計算，而鋼坯溫度是滿足正常的軋制溫度條件的，在沒有通過加熱時，很容易發(fā)生溫度的脫茬情況。如果對加熱溫度提高，能夠讓鋼坯溫度在正常的軋制溫度以上，能夠?qū)堉埔髮崿F(xiàn)滿足。

3.4 積極引進(jìn)現(xiàn)代化溫控技術(shù)

現(xiàn)階段，現(xiàn)代化科技技術(shù)得到了迅速發(fā)展，越來越多的先進(jìn)科技技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了運(yùn)用，這也為軋鋼加熱爐的溫度控制提供了良好的條件。對軋鋼加熱爐可以引進(jìn)現(xiàn)代化溫控技術(shù)，實施加熱爐的溫控系統(tǒng)構(gòu)建，在系統(tǒng)內(nèi)部使用供坯節(jié)奏的熱平衡和數(shù)字化模型等相關(guān)模塊，同時對計算機(jī)軟件技術(shù)綜合使用，就能夠?qū)訜岬臏囟葘崿F(xiàn)實時地計算與控制，對加熱爐達(dá)到自動化的管理效果。特別是對二級控制的系統(tǒng)應(yīng)用，對加熱爐的各部分啟動程序?qū)崿F(xiàn)科學(xué)化的控制，因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)在非線性的映射以及學(xué)習(xí)能力方面具有強(qiáng)大功能，此系統(tǒng)可以實現(xiàn)控制模型的自主靈活創(chuàng)建，且噪音小、結(jié)構(gòu)簡單，得到加熱爐的溫度控制廣泛使用。近年來，RBF的網(wǎng)絡(luò)模型、模糊邏輯的控制等相關(guān)技術(shù)也得到發(fā)展與應(yīng)用，其中模糊邏輯的控制技術(shù)對復(fù)雜性加熱爐的系統(tǒng)內(nèi)十分適用，此技術(shù)對實際溫度的控制經(jīng)驗和固定控制的規(guī)則實現(xiàn)了總結(jié)，不僅對生產(chǎn)成本有效節(jié)省，而且顯著提升生產(chǎn)的效率。

4 結(jié)語

綜上所述，在做好軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制至關(guān)重要，直接關(guān)系到鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)的品質(zhì)好壞，因此相關(guān)企業(yè)就需要認(rèn)識到溫度變化對其生產(chǎn)工作的影響，并積極采取有效的措施加強(qiáng)對軋鋼加熱爐的溫度合理控制，這也是其工作開展中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。