軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討

宋廣成 徐敦好

1.弗馬斯精密鍛件（大連）有限公司 遼寧大連 116000 2.東北特殊鋼集團(tuán)股份有限公司 遼寧大連 116000

1 軋鋼加熱爐加熱缺陷

1.1 過熱和過燒

如果生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的坯料長時(shí)間處在過高加熱溫度的環(huán)境下，就會(huì)對(duì)鋼晶粒體造成不利影響，使晶粒體過分長大，這樣一來，鋼產(chǎn)品晶粒間的聯(lián)系就會(huì)被削弱，導(dǎo)致產(chǎn)品易脆。在這種過熱的生產(chǎn)條件下，坯料在軋制過程中，就會(huì)出現(xiàn)大量的裂紋，鋼產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與形狀就會(huì)發(fā)生改變。假如晶粒繼續(xù)長大，甚至晶界出現(xiàn)熔化和氧化現(xiàn)象，坯料就會(huì)碎裂，這種情況稱之為過燒，過燒的坯料屬于廢品，已經(jīng)失去生產(chǎn)與使用價(jià)值。可見如果溫度失控，就會(huì)出現(xiàn)過熱與過燒的情況，進(jìn)而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 氧化與脫碳

軋鋼生產(chǎn)過程也屬于化學(xué)反應(yīng)過程，當(dāng)爐體加熱到一定溫度時(shí)，坯料內(nèi)部的金屬元素就會(huì)與加熱爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而生成氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵等，如果脫碳后的鋼件表面在淬火時(shí)達(dá)不到要求的硬度，就會(huì)影響鋼坯料的后續(xù)加工流程。加熱爐內(nèi)的氧化與脫碳過程是同時(shí)進(jìn)行的，如果爐內(nèi)溫度小于750℃，氧化與脫碳現(xiàn)象不明顯，如果溫度達(dá)到800℃以上，氧化與脫碳的速度也成倍增長[1]。

1.3 鋼坯料開裂

對(duì)于高碳鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這些導(dǎo)熱率相對(duì)較小的鋼，如果在700℃的初始溫度的基礎(chǔ)上，快速升溫，這些鋼坯料的斷面溫差就會(huì)增大，而產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力作用下，鋼坯料極易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，甚至存在的斷鋼的風(fēng)險(xiǎn)。

2 控制軋鋼加熱爐溫度的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 節(jié)省投入成本

據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，軋鋼加熱爐的加熱流程所耗費(fèi)的能源量占據(jù)軋制全過程能耗總量的70%以上，因此合理控制加熱溫度，能大幅降低噸鋼能耗，進(jìn)而節(jié)省大量的生產(chǎn)成本[2]。

2.2 降低能源消耗，減少環(huán)境污染

近年來國家針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提出了“節(jié)能降耗”的要求，而加熱爐在加熱過程中使用的燃料通常為高爐煤氣以及轉(zhuǎn)爐煤氣，這些燃料都是在煤炭未經(jīng)完全燃燒情況下產(chǎn)生的工業(yè)生產(chǎn)用氣，這些氣體均屬于一次性能源，這就對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

2.3 減少溫室效應(yīng)的社會(huì)意義

在軋鋼加熱爐持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的廢熱氣體，當(dāng)這些氣體排放到空氣當(dāng)中，極易加劇溫室效應(yīng)，而給自然氣候條件造成影響。因此冶金生產(chǎn)企業(yè)為嚴(yán)格控制二氧化碳的排放量，應(yīng)當(dāng)將加熱溫度控制在合理范圍之內(nèi)，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中廢熱氣體的排放量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙豐收的美好愿景。

3 軋鋼加熱爐溫度控制措施

下面以三段連續(xù)式梁式加熱爐為例，圍繞加熱爐在實(shí)際生產(chǎn)過程中的溫度控制措施予以闡述。

3.1 溫度控制要求

為防止加熱缺陷，需要保證鋼坯料具有足夠的可塑性，但并不能無限升高加熱溫度，以避免產(chǎn)生過熱與過燒現(xiàn)象。結(jié)合鋼種、鋼斷面及鋼坯形狀，在均熱的前提下，應(yīng)將加熱溫度控制在1050-1100℃之間，在這一溫度區(qū)間能使鋼坯料的長度與斷面保持均勻一致，進(jìn)而提升鋼坯的加熱質(zhì)量[3]。

3.2 正常軋制時(shí)的溫度控制措施

三段連續(xù)式梁式加熱爐在正常生產(chǎn)加熱時(shí)，爐內(nèi)各個(gè)階段的溫度基本保持恒定，因此溫度控制的高低直接決定出鋼溫度的高低。結(jié)合軋制的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，針對(duì)普碳鋼與低合金鋼，均熱上溫度區(qū)間為1100-1280℃，均熱下溫度區(qū)間為1100-1290℃，加熱上溫度區(qū)間為1000-1290℃，加熱下溫度區(qū)間為1000-1300℃。

3.3 軋制不順暢情況下的溫度控制措施

軋制不順暢通常表現(xiàn)軋線經(jīng)常出現(xiàn)換輥、換槽、檢修等問題，此時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取降溫措施，調(diào)整煤氣供給量。當(dāng)保溫待軋時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，可以在開始軋制之前逐漸升溫。以Φ16HRB335螺紋鋼為例，開始軋制后，一切順利，軋制節(jié)奏為每小時(shí)軋制140支鋼坯，每軋制45min，記錄一次爐溫。由于爐尾待溫時(shí)的鋼坯預(yù)熱溫度過高，導(dǎo)致加熱段與均熱段的升溫速度較快，但是后續(xù)裝入鋼坯始終處于順軋狀態(tài)，這就使加熱爐的溫度逐步升到正常值，因此，在軋制不順暢的情況，預(yù)熱段溫度要低于順軋時(shí)的溫度。

而對(duì)于后續(xù)入爐鋼坯來說，溫度相對(duì)較低，因此，這時(shí)可以采取升溫措施，使后續(xù)鋼坯的溫度高于正常溫度，以防止溫度脫茬情況的發(fā)生。已知鋼坯順軋時(shí)間為45min，軋制鋼坯數(shù)量為105支，爐尾推鋼段裝鋼45支，動(dòng)梁裝鋼120支，由此可以計(jì)算出換輥時(shí)爐尾最后一根鋼軋?zhí)幱诘臓t內(nèi)位置距入爐處的距離為18.58m，此時(shí)鋼坯溫度處于正常軋制溫度以下，在未經(jīng)加熱的情況下，極易出現(xiàn)溫度脫茬現(xiàn)象。如果提高加熱溫度，使鋼坯溫度處于正常軋制溫度之上時(shí)，則可以滿足軋制要求。

3.4 創(chuàng)新溫控技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在軋鋼加熱爐溫控系統(tǒng)中植入了供坯節(jié)奏、熱平衡、數(shù)字模型等模塊，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以對(duì)加熱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和控制，使加熱爐逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。尤其是二級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，能夠?qū)訜釥t各部分的主要啟動(dòng)程序進(jìn)行科學(xué)控制，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的非線性映射功能與較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，該系統(tǒng)能夠自主靈活的創(chuàng)建控制模型，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、噪音小等優(yōu)勢，在軋鋼加熱爐溫度控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，近年來，也出現(xiàn)了RBF網(wǎng)絡(luò)模型以及模糊邏輯控制等智能控制技術(shù)，模糊邏輯控制技術(shù)常被應(yīng)用在復(fù)雜的加熱爐系統(tǒng)當(dāng)中，該技術(shù)總結(jié)了實(shí)際溫度控制經(jīng)驗(yàn)及固定的控制規(guī)則，不僅節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且也促進(jìn)了生產(chǎn)效率的大幅提升。

4 結(jié)語

合理控制軋鋼加熱爐溫度是冶金生產(chǎn)企業(yè)提質(zhì)增效的一條有效路徑，因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，嚴(yán)格控制加熱溫度，在保證軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低能源消耗、節(jié)約投入成本，使企業(yè)在激烈的市場競爭當(dāng)中贏得一席之地。