淺析軋鋼加熱爐坯料氧化控制

賈勇

摘 要：在對(duì)金屬進(jìn)行加熱時(shí)，鍋爐內(nèi)的溫度以及環(huán)境一定要適宜，假如操縱不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生很多加熱問(wèn)題，例如太熱、燒過(guò)、脫碳以及氧化。文章重點(diǎn)講述了軋鋼加熱爐加工或處理坯料時(shí)對(duì)氧化的掌控。

關(guān)鍵詞：軋鋼；加熱爐；坯料；氧化控制

鋼在進(jìn)行氧化時(shí)不僅會(huì)有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，還會(huì)有物理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程存在。氧化過(guò)程是顯示鍋爐內(nèi)的氧化物，附著在鋼的表面出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，然后形成很薄的一層氧化層，對(duì)這層鐵皮氧化層再進(jìn)行氧化，就是鐵以及氧分子穿過(guò)剛形成的薄層向另外一個(gè)方向相互分散，同時(shí)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。在一個(gè)位置上，是氧分子滲過(guò)剛形成的鐵皮層分散到鋼的內(nèi)部；在另一個(gè)位置上就是鐵原子從鋼內(nèi)部經(jīng)過(guò)剛剛形成的鐵皮層向外分散。在分散過(guò)程中必然會(huì)遇到，就會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)形成鐵化物，內(nèi)層由于氧分子比鐵原子密度稀，形成低價(jià)氧化鐵。

1 鋼的氧化

在溫度高的鍋爐內(nèi)加熱鋼時(shí)，因?yàn)殄仩t內(nèi)的氣體中有很多的氧氣、二氧化碳、水分子，鋼必然會(huì)形成氧化。并且從鋼錠加工成成品要制造很多次，每進(jìn)行一次制造，就會(huì)有百分之零點(diǎn)五到百分之三的鋼因?yàn)檠趸療龎模谌康闹圃熘校瑫?huì)有百分之四到百分之五的鋼燒壞。氧化一方面對(duì)鋼產(chǎn)生損壞，另一方面形成的鐵皮會(huì)殘留在鍋爐底部，尤其是實(shí)爐底位置，對(duì)耐火物料形成腐蝕，對(duì)鍋爐使用時(shí)間也有所影響，并且清理鐵皮的工作很艱巨，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響鍋爐的正常使用。鋼的品質(zhì)還會(huì)因?yàn)檠趸F受到影響，在軋制時(shí)附著在鋼的外表上，在外表上形成星點(diǎn)，對(duì)外表品質(zhì)產(chǎn)生損壞。

在日常生活中，鋼也會(huì)出現(xiàn)氧化，在比較干燥的環(huán)境中，氧化比較慢。不過(guò)當(dāng)溫度達(dá)到二百到三百攝氏度時(shí)，其外表就會(huì)出現(xiàn)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(huì)變快，溫度到一千攝氏度時(shí)，氧化會(huì)異常快；假如溫度在九百攝氏度時(shí)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(shí)燒壞程度為3.2，一千三百攝氏度燒壞程度達(dá)到7。氧化反應(yīng)就是鍋爐內(nèi)的氧氣、二氧化碳、水分子以及二氧化硫和鋼外表的鐵展開(kāi)反應(yīng)，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(duì)鋼氧化產(chǎn)生作用的要素有：鍋爐內(nèi)溫度、加熱時(shí)長(zhǎng)、鍋爐內(nèi)氣體構(gòu)成、鋼的構(gòu)成。這些要素中鍋爐內(nèi)氣體構(gòu)成以及溫度、鋼的構(gòu)成對(duì)氧化程度的快慢有關(guān)鍵的作用，加熱時(shí)長(zhǎng)對(duì)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(guò)程，因此溫度對(duì)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(lái)，溫度達(dá)到九百攝氏度鋼氧化情況就開(kāi)始劇烈。

2.2 加熱時(shí)間的影響

環(huán)境相同時(shí)，加熱的時(shí)長(zhǎng)越久，鋼氧化受損壞的情況越嚴(yán)重。剛開(kāi)始，氧化鐵皮會(huì)因?yàn)闀r(shí)間變長(zhǎng)而加快，之后在慢慢的降低，這是因?yàn)槌霈F(xiàn)的氧化鐵皮層對(duì)蔓延有了妨礙的作用。不過(guò)因?yàn)殍F皮層密度不緊密，不能夠進(jìn)行絕對(duì)性的阻擋，所以，加熱時(shí)長(zhǎng)最好不要太長(zhǎng)。

2.3 爐氣成分的影響

鍋爐內(nèi)氣體的構(gòu)成對(duì)氧化有著關(guān)鍵的作用。氣體構(gòu)成對(duì)燃料構(gòu)成、氣體使用系數(shù)、全部燃燒狀況都有著關(guān)鍵的作用。鍋爐內(nèi)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?dú)狻Ｔ阱仩t中，物料燃燒形成的物質(zhì)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(duì)降低氧化用途不大，由于燃料沒(méi)有徹底燃燒，鍋爐內(nèi)溫度降低，就會(huì)拖延加熱時(shí)間，導(dǎo)致氧化量變多。因?yàn)殇摵湾仩t內(nèi)氣體進(jìn)行氧化出現(xiàn)的反應(yīng)是可逆的，所以，鍋爐內(nèi)氣體對(duì)加熱產(chǎn)生作用的主要有氧化性的以及還原功能的。假如在燃燒過(guò)程中掌控好氣體的構(gòu)成，可以逆向開(kāi)展，就能夠減少鋼被氧化或者不氧化，在平時(shí)的作業(yè)中鍋爐內(nèi)沒(méi)辦法完成還原性作業(yè)，由于鍋爐氣體中可能不會(huì)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(jīng)過(guò)加熱燃燒，二氧化硫或者含量相當(dāng)少的硫化氫和一氧化鐵反應(yīng)后形成不易熔化的硫化亞鐵，熔點(diǎn)在一千一百九十?dāng)z氏度，會(huì)使鋼的氧化更加劇烈，并且，形成的鐵皮層會(huì)立即熔化，氧化將會(huì)更加劇烈。

2.4 鋼的成分

對(duì)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(nèi)擴(kuò)散的結(jié)果。

合金元素如Cr、Ni等，它們極易被氧化成相應(yīng)的氧化物，但由于它們生成的氧化物薄層組織結(jié)構(gòu)十分致密又很穩(wěn)定，因而起到了防止鋼的內(nèi)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(chǎn)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(wú)氧化加熱）。

3.1 掌握好加熱溫度和時(shí)間

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

3.2 控制好爐壓

掌控好鍋爐內(nèi)的成分，降低冷空氣的進(jìn)入，針對(duì)三段式持續(xù)加熱鍋爐來(lái)說(shuō)，一定要掌控好鍋爐壓強(qiáng)，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(fēng)量、小火量，溫度會(huì)比加熱的位置低一些，進(jìn)而防止了鐵皮層的出現(xiàn)，加熱處使用大風(fēng)量能夠把在均衡加熱位置沒(méi)有燃燒掉但必須要燃燒的物料全部燃燒，推動(dòng)了高溫區(qū)的聚集，這種方式可以簡(jiǎn)單的概括為低鍋爐壓強(qiáng)大風(fēng)量快加熱，不僅科學(xué)還很適用。

3.3 采取特殊措施

采取特殊措施，對(duì)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(shí)使用。

3.3.1 使用間接加熱方式，就是用保護(hù)罩、電或者輻射管進(jìn)行加熱，并且在需要加熱的金屬物體附近連通保護(hù)氣體，例如氮?dú)狻⒓淄椤⑺肿印⒁谎趸嫉龋@是熱處理鍋爐的關(guān)鍵手段。

3.3.2 無(wú)氧化直接加熱。又稱“敞焰無(wú)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(shù)n，靠高溫預(yù)熱助燃空氣來(lái)保證必要的燃燒溫度，沒(méi)有完全燃燒的產(chǎn)物在爐子另一部分供入必要的空氣使其燃燒完全，缺點(diǎn)是能見(jiàn)度差，也不能保證不脫碳。

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