轧钢加热炉钢坯氧化烧损分析

崔新华

（河北鑫达钢铁集团有限公司 技术部，河北 迁安064400）

河北鑫达轧钢加热炉共有三种形式，按照加热工艺分为型钢步进式加热炉，带钢推钢式加热炉和棒材步进式加热炉。由于加热原料钢种、 坯料的不同，加热炉采取的加热工艺也略有差别，钢坯产生的氧化烧损量也有不同。氧化烧损量的多少主要直观反应在停炉检修时炉内氧化铁皮的多少，对于推钢炉，还反映在从侧出料端墙处清理氧化铁皮的多少。所以对于加热炉的管理者，应从日常加热炉加热工艺、氧化铁皮的厚度来判定产生氧化烧损量的多少，从而制定合适的加热工艺和加热炉维护制度，降低氧化烧损，提高钢坯成材率。

1 钢坯氧化铁皮产生的原因

目前国内轧钢加热炉大多数都采用蓄热式燃烧技术，使用高炉煤气进行燃烧加热，由于煤气在炉内燃烧后产生的炉气中含有O2，CO2和H2O 等，钢的表面层要发生氧化，即与钢的表面层的铁进行化学反应，根据氧化程度的不同，生成几种不同的铁的氧化物——FeO，Fe3O4，Fe2O3，反应公式如下：

对于钢坯产生氧化，主要因素有如下几点：

（1）加热温度的影响

在850～900 ℃以下，铁的氧化速度很小，1 000℃以上则急剧上升。因为随着温度的升高，各成分的扩散加快，超过1 300 ℃以后，表面的氧化铁皮熔化，扩散阻力减小，氧化速度大大增加。

对比鑫达三种加热炉加热温度和氧化铁皮厚度发现，三种加热炉加热温度不同，产生的氧化烧损量也不同（见表1）。

表1 三种加热炉氧化烧损

（2）加热时间的影响

在同样条件下，加热时间越长，钢的氧化烧损量越大，所以一般要求加热炉在异常生产时一定控制好加热时间，例如待料、待轧、检修等，建立具体的保温和升温制度。图1 为参考文献中的加热时间、烧损量和温度的关系，三者之间成正比例关系。

（3）炉气成分的影响

炉气中一般含有O2，CO2，H2O，SO2等氧化性气体，氧化性最强的是SO2，依次是O2，H2O，CO2，根据对金属氧化程度的影响，氧化性气氛中产生的氧化铁皮最多。在生产中，要求根据钢种的不同控制好合理的风和煤气用量配比，一般控制在风/煤气=0.6～1.0。

对于加热炉出钢过程中如何测定烧损率，加热炉技术人员根据现场条件采用不同的方法，有使用试样进行的，有使用坯料组坯称重的，有使用经验公式进行测算的。通过笔者多年的经验，通过氧化铁皮厚度使用经验公式进行计算，对比试样跟踪结果计算，两者基本相同，即氧化铁皮厚度为1 mm 时，对应的氧化烧损率为1.0%～1.1%，这样现场工人可以直观地根据氧化铁皮厚度判定烧损率的大小。具体计算公式如下：

图1 加热时间、烧损量和温度的关系图

式中：s—氧化铁皮的厚度，m

a—钢的表面烧损量，kg/m2

ρ—氧化铁皮的密度，ρ=3 700~4 000 kg/m3

gFe—氧化铁皮中铁的平均含量，波动在0.715~0.765 g/g

以棒材厂步进式加热炉150×150 钢坯产生的氧化铁皮厚度为例，计算结果见表2。

2 生产中的预防措施

对于河北鑫达轧钢加热炉，通过现场的观察和交流，笔者简单总结如下：

2.1 加热温度

通过观察钢坯颜色判定表面温度高低。

表2 氧化铁皮厚度与烧损率的对应关系

对于钢坯的轧制温度，最终体现在加热炉内各段的热电偶显示温度。

加热炉区域与轧制区域必须进行紧密沟通和联系，对于加热炉进行“三勤”操作，一方面根据轧制工艺控制好钢坯开轧温度，对于普碳钢，根据坯料大小，轧制规格，一般控制在1 050～1 150 ℃之间，这个温度主要在初轧机前进行温度检测，反推到加热炉内温度，增加50～150 ℃（考虑到除鳞水温降和冬夏季节），这样的温度就是加热炉内热电偶检测到的炉温，在计算机画面显示出来；对于有经验的加热工可以通过观察钢坯在黑暗处的颜色判断出钢坯表面的温度，具体的温度和颜色对应关系如图2 所示。

图2 钢坯颜色与温度的对应关系图

降低氧化烧损必须控制好各段的加热温度，按照钢种和规格制定合理的加热工艺，既要保证加热质量，又要保证加热后的钢坯温度能够满足轧制需求。

2.2 加热时间

对于普碳钢，合金的加入量少，一般实行快速加热，减少钢在高温区域的停留时间，这是减少钢坯氧化的必要条件。加热炉操作的原则，就是使加热炉的生产能力与轧机的能力相适应。钢坯在炉温较高的炉内快速加热，达到出钢温度要求后，马上出炉开轧，避免长时间停留炉内。在推行热送热装的工艺后，钢坯在炉内的停留时间逐渐缩短，当热送率（入炉温度在500 ℃以上）达到60%以上时，加热炉产量提高30%左右，氧化烧损由1%降低到0.7%左右。

2.3 炉内气氛

对于炉内气氛影响到钢坯的氧化烧损，一方面尽可能地减少煤气中的水分，尤其是冬季，煤气中的水分较多，对外网煤气脱水器每班检查脱水情况，同时在炉顶煤气管道上再设置一道Φ50 脱水阀门，在检修时进行检查和排水； 另一方面控制合理的风煤配比，通过观察氧化铁皮厚度判定炉内风煤配比大小，观察炉门口，以冒出小红火苗为准，长度在500 mm 左右，稍微显现红色，即控制为还原性气氛，风煤气配比在0.8 左右，炉压在50 Pa 左右。

图3~图5 为三种加热炉正常生产时计算机控制画面，风煤配比在0.8～1.0 之间，生产节奏稳定，氧化铁皮厚度在合理范围之内。

图3 棒材步进式加热炉计算机控制画面

图4 带钢推钢加热炉计算机控制画面

图5 型钢步进式加热炉计算机控制画面

3 结语

对于降低轧钢加热炉氧化烧损的措施，在国内各钢厂加热炉管理者都有不同的方法，都需要根据不同的加热工艺进行实际操作和控制，同时兼顾生产节奏，既要保证加热质量，还需要降低氧化烧损，这需要现场加热工和加热炉管理人员全面兼顾，不断地根据各种炉况总结经验，在保证加热质量的前提下，减少氧化烧损，降低成本。