1-钢的加热工艺

一.钢的加热工艺

1.为什么钢在轧制或锻造前必须进行加热？

钢经过加热，性质会变得比较柔软，具有较大的塑性和较低的强度，容易延伸和变形。钢对外力的抵抗能力随着温度的提高而减弱。如以常温为标准，那么800︒C时它将减为常温的30％，1000︒C时减为20％，1100︒C时减为14％，而1200︒C时减为4%左右。所以为了易于进行轧制或锻造，对钢进行加热是十分必须的，加热温度一般以1100~1200︒C为宜。

轧制经过加热的钢锭和钢坯可以提高轧机产量、减少电耗、减少轧辊的磨损。

2. 对钢的加热有哪些要求？

钢的加热是整个热加工生产过程中极为重要的环节，加热操作的好坏对产品质量、数量、节约能源及设备的安全均有重要影响。因此，钢的加热应当满足下列要求：

a）加热温度应该达到规定的温度，且不产生过热和过烧；

b）坯料的加热温度应沿长度、宽度和整个断面均匀一致；

c）钢在加热过程中所产生的氧化烧损应最少。

3. 什么叫加热温度差，钢加热的允许温差应该是多少，温度差过大有什么不好？

加热温度差是指加热终了时在钢锭或钢坯断面上存在的温度不均匀性。

要求钢锭或钢坯在加热终了时沿整个断面温度完全均匀一致是比较困难的。在保证产品质量和轧制顺利的前提下，允许存在一定的温度差。允许温差以坯料断面每米厚度（或直径）所具有的温度差来表示。对于一般轧机，温度差不大于150～300℃／m；对于无缝钢管穿孔，温度差应不大于80～100℃／m 。对加热温度低和变形抗力较大的坯料，允许的加热温差应取下限。

钢锭或钢坯的加热温度差一般情况下无法捡检，通常只能通过坯料钻孔试验制订合理的加热制度来保证。但利用先进技术，可以通过建立加热炉数学模型计算出在炉钢坯的截面温度差并在计算机里实时显示出来。

产生加热温度差太大的主要原因是加热速度太快和均热时间太短，应该延长加热时间和均热时间。

4. 什么叫钢的加热制度?

在钢的加热过程中，炉子操作必须遵守的各种规定总称为加热制度。

钢的加热制度的内容包括坯料加热温度、断面允许的温度差、各阶段允许的加热速度、温度制度和加热时间等。某一钢种的加热制度既与炉子的生产率和炉子构造有关，也和钢的性质、坯料尺寸和形状以及在炉内布置的情况有关。选定钢的加热制度除理论计算外，一般根据生产的实际资料来决定。

一般来说，钢的加热制度有3种：一段加热制度、两段加热制度和三段加热制度。

5. 什么是一段加热制度，适合于加热什么样的坯料？

一段加热制度是只有单一加热阶段的加热制度。这种加热制度没有预热阶段，坯料从装炉开始就以较快的速度加热，直至达到所规定的加热温度，又不需进行均热即可出炉。

一段加热制度适用于薄料的加热，如加热钢板，薄板坯和薄壁钢管等。因为薄料既不会产生断面温差或热应力，又不需要有均热过程。

6. 什么是两段和三段加热制度，各适用于加热什么坯料？

两段加热制度是由加热和均热两个阶段所组成的加热制度。这种加热制度适合于在加热过程中不会产生热应力的厚料，所以

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没有预热阶段。如加热热装料的碳素钢和合金钢，可采用这种加热制度。

在两段加热制度中，钢锭或钢坯从入炉开始就经受强烈的加 热作用，当坯料表面达到规定的加热温度时，即进行均热，在均 热阶段逐渐消除断面温度差。

三段加热制度是由预热、加热和均热三个阶段所组成的加热 制度，适用于对温度敏感性大的原料。这时冷钢装炉的炉温要受到限制，以便控制预热阶段的加热速度。当坯料中心温度达到 500—550℃以上时，即可提高炉温转人加热阶段。以后用和两段 加热制度相同的方法进行加热和均热。各种加热制度的加热曲线

图1－1 各种加热制度的加热曲线

1—炉温；2—规定的加热温度；3—坯料表面温度；4—坯料中心温度

7. 加热制度和加热炉的炉型是否一致，有什么区别？

加热炉的炉型有室式炉和两段、三段、多段连续式加然炉， 这些炉型正是为了实现各种加热制度而设计的。室式护适合于一段加热制度，而两、三段加热制度使用两、三段或多段的连续式加热炉比较相当。

但是，应当清楚地认识到，一、两、三段或多段式炉型并不 一定就是一、两、三段加热制度，在操作上可以控制使之变化。 如室式炉可以实现一段加热制度，也可以控制炉温实现两、三段 的加热制度。目前均热炉的操作就是属于这种类型，而且运用自 由。同样，连续式加热炉也可以通过改变供热方式而实现某种加 热制度，如三、四段或多段连续式加热炉可以实现两段式操作。 应当指明，连续式加热炉不仅是为了适应某种加热制度而设 计的，更是为了节约能源，提高热效率而设计的。 8. 什么叫钢的加热时间，怎样确定？

于规定的温度制度下，钢料在炉内达到规定的加热温度所需 要的最短时间称为钢的加热时间。加热时间是加热速度的一种表征，是预热、加热和均热各阶段所需时间的总和。

钢的加热时间可用传热计算得出，也可通过钻孔试验或根据长期生产实践资料确定。下面介绍一种计算钢坯在炉加热总时间τ的经验公式：

τ＝ZS/0.6 (h)

式中，S 为钢坯厚度（m ），Z 为单位加热时间(min/cm)，查表1－1（参见工业炉设计手册P124）。

9. 什么叫过热，怎样避免钢的过热？

钢在高温长时间加热时，就可能产生过热现象。过热时钢的晶粒过分长大，变为粗晶组织。由于粗晶组织的形成，晶粒间的结合力减弱，降低了钢的可塑性。这种钢料经过轧制后，在钢材上产生裂纹或拉裂，特别是在钢锭和钢坯的边角部位更为严重。

钢的过热趋向与其化学成分有关，如镍铬、镍铬钼、镍铬钨、铬锰和镍锰钼钢（CrNi4，18CrNiM O A、30CrNiWM O、38CrMnMo、25CrMnMo、35CrMn2）等都易于形成粗大晶粒，而含硅的钢，如硅钢、铬硅钢和铬锰硅钢（40SiCr、25CrMnSiM O、60Si2）等晶粒不易长大。

在钢锭和钢坯加热时，为了避免产生过热的缺陷，必须对加热温度和加热时间进行严格控制。当因故临时停产时，应降低炉温，避免钢在高温下产生过热。

10. 什么叫过烧，怎样避免钢的过烧？

钢在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织，同时晶粒边界上的低熔点非金属化合物氧化而使结晶组织遭到破坏，使钢失去应有的强度和塑性，这种现象就叫做过烧。

已经过热的钢在空气系数较大的炉气内就会产生过烧。

过烧的钢在轧制或锻造时会产生严重的破裂，甚至出炉受到震动时即可断为数段或碎裂。因此过烧是比过热更为严重的一种加热缺陷，它使钢的组织遭受破坏，除重新熔炼外无法挽救。

产生过烧的原因；一是加热温度过高，在高温中停留时间过长，温度越高时间越长越易过烧，二是炉内气氛氧化性太强，空气系数越大越易过烧。避免过烧的办法主要是控制加热温度，严格执行正确的加热制度和待轧制度，避免温度过高。

11.为什么钢在加热过程中会氧化？影响钢氧化的因素有哪些？

钢不是在高温下才开始氧化的，钢的氧化在室温下就在进行着，只是氧化的速度异常缓慢而已。随着钢温的升高，氧化速度逐渐加快。在轧钢和锻造生产中，钢要加热到1100—1200℃的高温，这时在炉气的作用下，进行强烈的氧化而生成氧化铁皮。钢与炉气中氧化性气体的反应式如下；

在氧和空气的作用下：

2Fe＋O2→2FeO

6FeO＋O2→2Fe3O4

4Fe3O4＋O2→6Fe2O3

在二氧化碳气体的作用下：

Fe＋CO2→FeO+CO

3FeO＋CO2→Fe3O4+CO

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