高温防氧化涂层对钢坯烧损的研究和实践

李卯华 刘艳华 赵德忠

摘 要：通过防氧化涂层的使用，分别进行实验室和工业化对比试验，结果表明，采用在钢坯表面涂刷防氧化层的方式，使得钢坯氧化烧损得到有效控制，效果明显，推广意义大。

关键词：防氧化涂层；烧损；耐火度；

前言

钢坯在加热过程中，表面层金属与炉气中的氧化性气体（O2 ，CO2 ，H2O及SO2）进行化学反应使钢坯表面氧化生成氧化皮，导致不同程度的氧化烧损，造成一定量的金属损失，发生氧化反应的现象是必然的。因而，对于热轧厂而言，加热炉过程中的氧化烧损是一定存在的，说明，加热过程中的氧化烧损客观存在，不能完全消除，只能通过一定的方法和手段控制和降低不仅因表面生成氧化铁皮造成金属损失，还会造成某些钢种表面脱碳，表面合金元素贫化、机械性能降低以及表面氧化铁皮富集、粘附，轧制后形成表面缺陷[1]。钢坯氧化后产生的氧化铁皮堆积在加热炉炉底，不仅侵蚀耐火材料，严重时将迫使停炉扒渣，影响加热炉作业率同时会恶化传热，使炉子产量降低，煤气消耗增加。因而，如何最大限度的降低氧化烧损，成为所有热轧厂矿永远追求的目标。为此，本钢特钢厂于2012年分别进行实验室和工业化对比试验，试验表明，采用在钢坯表面涂刷防氧化层的方式来减少氧化烧损，效果明显。

1.实验室试验过程

分析钢坯表面氧化铁皮生成机理[2]，可得出这样的结论：若想降低钢坯在加热过程中的金属损失，第一方案靠改造加热炉的工艺、设备来改善加热炉内气氛，第二方案在钢坯表面建立一个涂层，使其钢坯表面与炉内气体充分隔绝，最大限度地减少氧原子与钢坯表面铁离子结合，借以减少氧化铁皮生成量。若想实现第一方案难度相当大，而第二方案实现起来相对简单一些。实践表明，这一方案最简捷、最经济、最有效。

为了实现这一方案，特钢厂加热车间与本钢第三轧钢厂技术人员组建攻关小组，模拟加热炉加热曲线见图1，经过在电阻炉多次用小样试验，最后筛选出优质、价廉的高温防氧化烧损耐火涂料[3]，并具备了如下功能：

1.1.涂层和钢坯表面以及涂层层与层之间物理粘结性合理，热膨胀系数匹配。

1.2.涂层体系中的耐火材料具备足够的耐火度。

1.3.整个涂层体系致密，预热段（低温区）涂层具有足够的粘结力，高温区烧结、涂层不开裂。

1.4.涂料采用水性体系，可直接喷涂钢坯表面，适用温度范围为室温至750℃。

1.5.物美价廉，制备工艺简单，适用于各个钢种。

涂料筛选出后，经800生产线加热炉多次小样试验最终定型，并进行了多次工业化生产实验，实践证明，该涂料防氧化烧损效果显著，在加热过程中，不会对钢坯表面造成不良影响。是一种理想的钢坯高温防氧化烧损涂料。

2.加热炉试验及数据分析

加热炉对小试样反复多次实验，解决了涂料粒度梯度、原材料耐火度、粘结剂的种类及用量等试验中出现的各种问题，成功研制出了高温防氧化烧损涂料，选用于各种钢种钢坯表面涂覆用的钢坯高温防氧化烧损涂料。

加热炉燃料为高焦混合煤气，空燃比为7：3，加热工艺曲线见图1，钢坯尺寸规格及涂层厚度见表1：

图1 加热工艺曲线

类 型 尺寸规格 备 注

尺寸（mm） 350×4700×3800～4100 一部分空白样、一部分涂涂料

涂层厚度（mm） 1.5 钢坯表下面未涂涂料

表1 钢坯尺寸规格及涂层厚度

进行试验的钢坯在加热前后的重量要检斤，涂刷后的钢坯和没有涂刷的钢坯在加热炉相同环境下进行加热，白色表示未喷涂防氧化层的钢坯（如1#、7#、8#等），深色表示已涂刷防氧化层的钢坯（如2#、3#、4#等），涂刷前后氧化烧损量对比，详见图2和表2。

图2 加热炉内钢坯位置

试验次数 是否喷涂 加热前重量Kg 加热后重量Kg 烧损量Kg 烧损率% 降低烧损率%

1 是 16220 15990 230 1.42 -0.70

否 5430 5315 115 2.12 0

2 是 27150 26950 200 0.74 -0.99

否 27425 26950 475 1.73 0

3 是 47605 47150 455 0.96 -1.08

否 47530 46560 970 2.04 0

4 是 19040 18765 275 1.44 -0.88

否 19150 18705 445 2.32 0

5 是 46620 46190 430 0.92 -1.04

否 46520 45609 911 1.96 0

6 是 21680 21490 190 0.88 -0.95

否 21820 21420 400 1.83 0

7 是 21840 21630 210 0.96 -0.81

否 22020 21630 390 1.77 0

8 是 22020 21805 215 0.98 -1.04

否 22000 21555 445 2.02 0

9 是 46225 45785 440 0.95 -0.74

否 46200 45420 780 1.69 0

表2 涂刷试验数据统计对比

表2的试验次数为随机选取的9次实验数据，每次试验生产的钢种不同，出现的烧损量不同，钢坯防氧化层为人工涂刷，涂刷厚度视为均匀，平均在炉时间为5小时30分钟。

3.结论

从表2可以看出，涂刷防氧化层的钢坯与未涂防氧化层的钢坯相比较平均降低烧损率0.92%，降低氧化烧损效果明显。不同组别钢种所体现出的数据差别，除加热时间长短、加热温度高低不同因素之外，起决定作用的是防氧化层喷涂厚度及厚度均匀度。即便如此，在下表面涂层效果不太明显的前提下，平均氧化烧损率降低0.8﹪以上，减少加热炉内均热段积渣量和延长加热炉运行周期，经济效益相当可观。

若采用自动喷涂设备进行在线喷涂，即可保证连续生产，又可得到厚度均匀的涂层，实现了降低钢坯高温氧化烧损，提高成材率的目的，具有明显的推广意义。

参考文献：

[1] 刘文，王兴珍 轧钢生产基础知识问答（第2版） 冶金工业出版社[M] 1994 p235-241，

[2] 崔忠圻 刘北兴 金属学与热处理原理 哈尔滨工业出版社[M] 1998 p106-122

[3] 毛玉军 浅谈轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径[J].工业炉 2007，29[3]：21-23

作者简介：李卯华 （1979— ） ， 男 ， 本钢特钢厂加热车间技术员 2004年6月兰州理工大学毕业 ，从事技术质量工作

刘艳华 ，工程师 1997年毕业于辽宁工学院材料工程系，在职研究生，现从事辽宁冶金职业技师学院材料学的教学与研究工作。

赵德忠 ， 高级工程师 1997年毕业于辽宁工学院材料工程系，一直从事技术质量工作，现任本钢特钢厂加热车间技术组长。