軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制探討

劉 楊，王 碩

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

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

1 軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制重要性

在鋼鐵生產中，軋鋼加熱爐是重要的加工設備，它為軋制過程實現了加熱條件的提供，而做好軋鋼加熱爐生產中的溫度控制至關重要。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對噸鋼能耗顯著降低，實現大量生產成本的節省。若生產期間燃料的投入量太大，且加熱的溫度太高，會對爐體很容易產生損傷，導致過熱或者過燒等情況的出現，這也會增加它維護的頻率，促進額外開銷的增加。其次，做好軋鋼加熱爐溫度控制能夠實現節能降耗的目的。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生產的用氣，此類氣體都是一次性的能源，它們會對生態環境產生不利的影響，而通過對加熱溫度的合理控制，就能夠對一次能源實際用量有效減少，達到節能降耗[1]。再次，做好軋鋼加熱爐溫度控制能夠實現溫室效應緩解。在加熱爐運轉期間，勢必會產生大量廢熱氣，把這些氣體向空氣內排放，很容易會對溫室效應產生加劇影響，而通過做好對軋鋼加熱爐溫度控制，就能夠實現對二氧化碳排放量的合理控制，對生產過程廢熱氣排放量實現降低，具有很好的經濟效益以及社會效益。

2 軋鋼加熱爐溫度控制常見缺陷

2.1 過熱、過燒

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

2.2 氧化、脫碳

在軋鋼生產中，是一種化學反應的過程，在對爐體加熱至一定的溫度，其坯料的內部金屬元素和加熱爐內部氧化性的氣體就會存在化學反應的發生，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準，會對后續鋼坯料加工的流程產生影響。在加熱爐內，氧化以及脫碳過程呈現同時進行狀態，若爐內溫度比750℃低，其氧化以及脫碳的現象就會不明顯，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

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

3 軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制策略

生產中，軋鋼加熱爐的類型有很多，文章將三段連續型梁式的加熱爐當作案例，對其加熱爐生產期間溫度的控制策略進行分析，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溫度控制表（℃）

圖1 案例軋鋼加熱爐的示意圖

3.1 嚴格按照溫度控制的要求生產

為了避免加熱缺陷的出現，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，防止出現過熱、過燒等現象。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℃間嚴格控制，在此溫度的區間可以更好實現鋼坯料斷面和長度的均勻一致性，實現對鋼坯加熱的質量有效提升。

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中，爐內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決定作用。按照軋制生產標準規范的具體標準，要求普碳鋼以及低合金鋼均熱的上溫度在1100℃~1280℃區間，均熱的下溫度在1100℃~1290℃區間，加熱的上溫度在1000℃~1290℃區間，加熱的下溫度在1000℃~1300℃區間。將16HRB335型號螺紋鋼當作例子，其軋制節奏按照140支鋼/h進行，每支鋼的質為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℃；當上面的溫度保持穩定的狀態時，其下部的溫度也呈現相對的穩定狀態。正常軋制期間，若對爐內的煤氣供給量增加，其整體的溫度就呈現出均勻態勢且連續上升，所以控溫期間要對設備許可的限度兼顧考慮，要求爐內最高的溫度不能比1300 ℃大，爐尾的溫度不能比850℃大，且熱風的溫度不能比450℃大[3]。

3.3 做好不正常軋制中加熱爐溫度控制

當軋制出現不順暢時，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整。在保溫待軋的時間符合要求的標準后，可在軋制開始前采取逐漸的升溫。將16HRB335型號螺紋鋼當作例子，在軋制開始后，要求軋制節奏保持140支鋼坯/h，在每進行45 min軋制時進行一次爐溫的記錄。因為爐尾在待溫時鋼坯的預熱溫度太高，會使加熱段以及均熱段出現較快升溫的速度，但其后續裝入的鋼坯一直處在順軋的狀態，會使加熱爐溫度慢慢上升至正常狀態，所以軋制處在不順暢時，要求預熱段的溫度比順軋時溫度要低。

因為后續的入爐鋼坯溫度比較低，此時要對其采取升溫的措施進行處理，讓后續的鋼坯溫度超過正常的溫度，避免溫度脫茬的現象發生。若知道鋼坯順軋的時間是45 min，要求軋制鋼坯是105支的數量，爐尾的推鋼段有45支裝鋼，動梁有120支裝鋼，此時就能夠對換輥時的爐尾段最后一根的鋼軋在爐內的位置距離入爐處有18.58m進行計算，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，能夠對軋制要求實現滿足。

3.4 積極引進現代化溫控技術

現階段，現代化科技技術得到了迅速發展，越來越多的先進科技技術在工業生產中得到了運用，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現代化溫控技術，實施加熱爐的溫控系統構建，在系統內部使用供坯節奏的熱平衡和數字化模型等相關模塊，同時對計算機軟件技術綜合使用，就能夠對加熱的溫度實現實時地計算與控制，對加熱爐達到自動化的管理效果。特別是對二級控制的系統應用，對加熱爐的各部分啟動程序實現科學化的控制，因為神經網絡的系統在非線性的映射以及學習能力方面具有強大功能，此系統可以實現控制模型的自主靈活創建，且噪音小、結構簡單，得到加熱爐的溫度控制廣泛使用。近年來，RBF的網絡模型、模糊邏輯的控制等相關技術也得到發展與應用，其中模糊邏輯的控制技術對復雜性加熱爐的系統內十分適用，此技術對實際溫度的控制經驗和固定控制的規則實現了總結，不僅對生產成本有效節省，而且顯著提升生產的效率。

4 結語

綜上所述，在做好軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制至關重要，直接關系到鋼鐵產品生產的品質好壞，因此相關企業就需要認識到溫度變化對其生產工作的影響，并積極采取有效的措施加強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注的內容。