軋鋼加熱爐鋼坯氧化燒損分析

崔新華

（河北鑫達鋼鐵集團有限公司 技術部，河北 遷安064400）

河北鑫達軋鋼加熱爐共有三種形式，按照加熱工藝分為型鋼步進式加熱爐，帶鋼推鋼式加熱爐和棒材步進式加熱爐。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在停爐檢修時爐內(nèi)氧化鐵皮的多少，對于推鋼爐，還反映在從側出料端墻處清理氧化鐵皮的多少。所以對于加熱爐的管理者，應從日常加熱爐加熱工藝、氧化鐵皮的厚度來判定產(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

目前國內(nèi)軋鋼加熱爐大多數(shù)都采用蓄熱式燃燒技術，使用高爐煤氣進行燃燒加熱，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行化學反應，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，反應公式如下：

對于鋼坯產(chǎn)生氧化，主要因素有如下幾點：

（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。因為隨著溫度的升高，各成分的擴散加快，超過1 300 ℃以后，表面的氧化鐵皮熔化，擴散阻力減小，氧化速度大大增加。

對比鑫達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（見表1）。

表1 三種加熱爐氧化燒損

（2）加熱時間的影響

在同樣條件下，加熱時間越長，鋼的氧化燒損量越大，所以一般要求加熱爐在異常生產(chǎn)時一定控制好加熱時間，例如待料、待軋、檢修等，建立具體的保溫和升溫制度。圖1 為參考文獻中的加熱時間、燒損量和溫度的關系，三者之間成正比例關系。

（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，氧化性最強的是SO2，依次是O2，H2O，CO2，根據(jù)對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和煤氣用量配比，一般控制在風/煤氣=0.6～1.0。

對于加熱爐出鋼過程中如何測定燒損率，加熱爐技術人員根據(jù)現(xiàn)場條件采用不同的方法，有使用試樣進行的，有使用坯料組坯稱重的，有使用經(jīng)驗公式進行測算的。通過筆者多年的經(jīng)驗，通過氧化鐵皮厚度使用經(jīng)驗公式進行計算，對比試樣跟蹤結果計算，兩者基本相同，即氧化鐵皮厚度為1 mm 時，對應的氧化燒損率為1.0%～1.1%，這樣現(xiàn)場工人可以直觀地根據(jù)氧化鐵皮厚度判定燒損率的大小。具體計算公式如下：

圖1 加熱時間、燒損量和溫度的關系圖

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，波動在0.715~0.765 g/g

以棒材廠步進式加熱爐150×150 鋼坯產(chǎn)生的氧化鐵皮厚度為例，計算結果見表2。

2 生產(chǎn)中的預防措施

對于河北鑫達軋鋼加熱爐，通過現(xiàn)場的觀察和交流，筆者簡單總結如下：

2.1 加熱溫度

通過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應關系

對于鋼坯的軋制溫度，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)域必須進行緊密溝通和聯(lián)系，對于加熱爐進行“三勤”操作，一方面根據(jù)軋制工藝控制好鋼坯開軋溫度，對于普碳鋼，根據(jù)坯料大小，軋制規(guī)格，一般控制在1 050～1 150 ℃之間，這個溫度主要在初軋機前進行溫度檢測，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)熱電偶檢測到的爐溫，在計算機畫面顯示出來；對于有經(jīng)驗的加熱工可以通過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應關系如圖2 所示。

圖2 鋼坯顏色與溫度的對應關系圖

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 加熱時間

對于普碳鋼，合金的加入量少，一般實行快速加熱，減少鋼在高溫區(qū)域的停留時間，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)能力與軋機的能力相適應。鋼坯在爐溫較高的爐內(nèi)快速加熱，達到出鋼溫度要求后，馬上出爐開軋，避免長時間停留爐內(nèi)。在推行熱送熱裝的工藝后，鋼坯在爐內(nèi)的停留時間逐漸縮短，當熱送率（入爐溫度在500 ℃以上）達到60%以上時，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，對外網(wǎng)煤氣脫水器每班檢查脫水情況，同時在爐頂煤氣管道上再設置一道Φ50 脫水閥門，在檢修時進行檢查和排水； 另一方面控制合理的風煤配比，通過觀察氧化鐵皮厚度判定爐內(nèi)風煤配比大小，觀察爐門口，以冒出小紅火苗為準，長度在500 mm 左右，稍微顯現(xiàn)紅色，即控制為還原性氣氛，風煤氣配比在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)時計算機控制畫面，風煤配比在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 棒材步進式加熱爐計算機控制畫面

圖4 帶鋼推鋼加熱爐計算機控制畫面

圖5 型鋼步進式加熱爐計算機控制畫面

3 結語

對于降低軋鋼加熱爐氧化燒損的措施，在國內(nèi)各鋼廠加熱爐管理者都有不同的方法，都需要根據(jù)不同的加熱工藝進行實際操作和控制，同時兼顧生產(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)各種爐況總結經(jīng)驗，在保證加熱質(zhì)量的前提下，減少氧化燒損，降低成本。