田凯
摘 要:通过加热炉结瘤成因分析发现形成结瘤的主要原因有两方面,一是加热炉内产生了过量的氧化铁皮;二是炉内气体成分残氧量过低的影响。针对氧化铁皮过多的问题,首先改变加热炉温度控制策略,其次从生产计划和自动化程序两方面着手进行驻炉时间的优化。针对炉内气体成分残氧量过低过低的问题,引入烟气分析仪实时检测值来实时调节空燃比,保证炉内气体成分为弱氧化性。经过以上措施后,加热炉炉内没有再次出现水梁结瘤的情况。
关键词:加热炉;结瘤;烟气分析仪;弱氧化性;还原
中图分类号:TG338 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)05-0084-02
1 加热炉结瘤问题及危害
某钢厂热轧厂近段时间频发翘皮类缺陷,最多时一个月发生57起,结合加热炉炉内板坯跑偏频发的现状,判断为加热炉炉内问题导致板坯跑偏和成品卷出现翘皮缺陷,经检修停车时检查炉内水梁,发现加热炉炉内水梁存在结瘤的情况。
加热炉水梁一旦结瘤,当板坯在运动过程中接触到结瘤物时,就会影响板坯在加热炉内部的正常运动,使得板坯在在运动过程中会受到纵向阻力,从而导致板坯在加热炉内出现纵向跑偏。板坯纵向跑偏会使板坯在炉内歪斜挤堆,一旦炉内发生板坯纵向跑偏,操作工必须将加热炉模式切换为手动模式进行手动调整,这样会严重影响加热炉的正常出钢。
因加热炉内板坯温度较高,达到1100℃左右,此时板坯硬度较低,故结瘤妨碍板坯运动造成纵向跑偏的同时还会在板坯的下表面造成划伤并嵌入各种杂物。板坯划伤的地方经过后续粗轧机组和精轧机组的轧制后就会变成严重的表面质量缺陷,造成直接的经济损失。如图1所示。
2 加热炉结瘤成因分析
2.1 板坯结瘤情况分析
统计2016年12月份和2017年1月份翘皮缺陷,总数57卷,按照钢种分类镀锡板系列32卷,占比56%。冷轧料18卷,占比32%。其他7卷,占比7%。按照加热炉分类1#炉27卷,占比47%。2#炉30卷,占比53%。出现翘皮缺陷几率基本相同。经过长期数据统计分析翘皮缺陷位置对应加热炉内所有固定梁和移动梁位置关系,几乎每根炉内水梁上都出现过结瘤情况。
通过对以上数据分析我们得出4点初步结论:
(1)翘皮缺陷主要出现在低碳冷轧料,主要钢种为镀锡板、DD11;(2)从加热炉号看,两个炉子所出现比例差不多,没有太大对应性;(3)从翘皮缺陷位置和炉内水梁位置来看,基本每个水梁都有对应位置;(4)成品宽度和厚度没有太大对应性。
2.2 结瘤物成因分析
2.2.1 结瘤物成分分析
通过对加热炉水梁上剥离下来的大量结瘤物观察发现,炉底有堆积状的氧化铁皮,而剥离下来的结瘤物本身则是层状堆积的,最多可达到几十层。委托化学实验室对结瘤物进行成分分析,其主要成分为Fe2O3,占比为92.89wt%,其中还包含Fe3O4,达到89.64wt%(见表1)。通过岩相检验分析发现结瘤物表层主要为颗粒状混合的磁铁矿和赤铁矿。因此按照铁氧平衡和钢板表面氧化膜层的结构及高温条件下膜层之间电粒子扩散迁移成长机理,我们可以推断,炉底表面结瘤是由局部小片氧化铁皮粘附在加热炉水梁上,随着板坯在加热炉中加热板坯表面不断产生氧化铁皮且板坯不断移动,使得之前粘附的氧化铁皮不断积累叠加,并且由于炉内温度较高,使得累积叠加的氧化铁皮几乎在热熔的柔软状态下粘合而逐步增大。
2.2.2 氧化铁皮来源分析
板坯在加热炉加热的过程中,会不可避免的出现氧化铁皮,但是氧化铁皮的多少主要由以下因素决定:
(1)加热温度的影响。钢坯的加热温度主要根据Fe-C相图中组织转变温度来确定,同时满足热轧工艺要求。加热温度越高,其它加热条件相同的情况下,产生的氧化铁皮量越大。通过对标兄弟单位,我们发现板坯出炉温度较兄弟单位普遍高10℃-30℃。
(2)驻炉时间的影响。加热时间与氧化烧损成正比,驻炉时间越长,其它加热条件相同的情况下,氧化生产的氧化铁皮就越多,尤其是在高温条件下,钢坯驻炉时间越长,氧化铁皮产生的量就越大。因本厂加热炉长度较长,而出现结瘤问题时主要生产的镀锡板、DD11等钢种表面质量要求较高,同一套辊安排根数较少,双炉生产时会造成炉内同时出现3套辊料的情况,驻炉时间过长,导致板坯氧化铁皮生成量增加,堆积在水梁上形成结瘤。统计3天镀锡板生产驻炉时间,170min以上的达到79.30%,180min以上的达到62.24%200min以上的达到37.76%。
2.2.3 炉内气体成分
发生加热炉结瘤问题后,我们引入加热爐烟气分析仪来检测加热炉炉内气体成分,通过分析该测量参数,我们发现在出现结瘤问题时间段,烟气分析仪检测的加热炉尾气中残氧含量过低,甚至低于1%。残氧含量过低会使得煤气燃烧不充分,导致烟气中残余CO含量增大,进而我们推断残存CO会将极小部分氧化铁皮还原成铁,还原出的铁在高温下依附在氧化铁皮上,大大增加了氧化铁皮间的粘性,使得氧化铁皮之间更容易结瘤成块。同时化学成分化验表中显示,氧化铁皮中相当一部分为Fe3O4,由于Fe3O4具有一定的磁性,当氧化铁皮中含有Fe3O4,这就导致各氧化铁皮之间更加容易粘附在一起,最终形成加热炉水梁结瘤物。
经过以上分析,我们得出以下结论:
(1)加热炉结瘤物的主要成分为氧化铁皮,Fe2O3含量为92.89wt%,Fe3O4含量为89.64wt%;(2)加热炉板坯加热温度偏高和驻炉时间偏长导致板坯表面氧化铁皮量大大增多;(3)加热炉炉内由于空燃比控制不合适导致烟气残氧含量过低,使得CO含量增大,存在将氧化铁皮还原的情况,通过结瘤物成分分析,部分还原成Fe3O4,极少部分甚至还原成单质铁。
据此,我们可以推断,加热炉水梁结瘤成因为:加热炉因空燃比控制失当导致CO含量增大,使得少部分氧化铁皮被还原成熔融状Fe3O4甚至是单质铁附着在氧化铁皮上,大大增大了氧化铁皮的粘附力,当水梁局部粘附上此类氧化铁皮时,它会不断粘附随后在加热炉中加热板坯上的氧化铁皮,最终形成结瘤。同时由于加热炉加热温度偏高、驻炉时间偏长,导致产生更多的氧化铁皮,使得更容易产生结瘤。
3 控制与减少加热炉结瘤
同过以上分析,我们针对性的从加热炉温度控制、加热炉驻炉时间控制和加热炉炉内气体成分控制三个方面着手进行处理加热炉炉内水梁结瘤的问题。
3.1 加热炉降炉温
针对经常发生结瘤的钢种进行降温实验,结合现场技术人员编制技术通知单,用镀锡基板进行降温试验,涉及钢种有SPHC-S、SPHC-SBA、SPHC-SCA、MRT-2.5BA,以精轧入口温度1060±15℃为控制目标进行控制,跟踪加热炉水梁结瘤情况。
加热炉温度控制策略优化后,跟进加热炉内氧化铁皮的生成量,发现氧化铁皮的生成量有一定的减少,据此判断该加热炉温度控制策略有效,能够在一定程度上减少氧化铁皮的生成量,并降低加热炉水梁结瘤生成的概率。
3.2 减少驻炉时间
针对加热炉炉内板坯驻炉时间过长的问题,我们从生产计划和自动化程序两方面着手进行优化。生产计划方面,结合生产厂工艺人员,制定装炉时不同宽度板坯间距的规定,以减少板坯驻炉时间。自动化程序方面,优化程序中速度和温度模型相关参数,减少板坯驻炉时间,并优化加热炉炉内温度模型,在保证出炉温度的前提下,减少板坯驻炉时间。
3.3 精确控制炉内气体成分
针对加热炉内煤气燃烧不充分且残氧量低的问题,重新制定加热炉各段空燃比和残氧含量要求,通过烟气分析仪实时检测加热炉尾气气体成分,实时调节空燃比,保证加热炉尾气残氧量控制在1.5-3%以内,以保证加热炉内一直为弱氧化性气氛,避免存在未完全燃烧的CO还原性气体将氧化铁皮还原为熔融状铁和带磁性的Fe3O4,以避免氧化铁皮不断粘连形成结瘤物。
经过以上三项措施后,炉内温度得到了有效的降低、板坯驻炉时间明显减小、炉内气体成分为弱氧化性,均达到了预期目标。经过长时间的观察,加热炉炉内没有再次出现结瘤的情况,氧化铁皮量大大减少,且提升了煤气的利用率。