最大化降低异形坯加热炉氧化烧损

最大化降低异形坯加热炉氧化烧损
摘要：钢坯在加热过程中不可避免的存在氧化，要降低氧化烧损，需从其产生的原因入手。

通过对钢坯在炉内加热过程中的氧化机理分析，综合炉内气氛、加热温度时间以及钢坯化学成分等因素，并结合莱钢型钢厂异形坯加热炉的生产实际来寻找降低氧化烧损的
途径和方法。

关键词：异形坯氧化烧损加热时间炉内气氛
中图分类号：td327.3 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）23-430-02
一、前言
钢坯氧化烧损带来的影响也是多方面的，首先造成成材率下降，氧化铁皮在炉内的积存使加热炉使用周期缩短，除磷机未能清除的铁皮严重影响产品质量，除此之外，钢坯的氧化还可能带来如脱碳、气泡显露等严重后果。

二、钢坯氧化烧损的原因分析及对策
钢坯在炉内的氧化是由两种元素原子fe和o相互结合的过程，一般情况下，钢坯表面生成的氧化铁皮的结构是。

这三种氧化物以固溶体存在于钢的表面，固溶点一般在1330-1350度之间。

影响钢坯氧化的因素包括钢坯加热温度、加热时间、炉内气氛和钢的成份等。

1、钢坯加热温度
温度对钢坯氧化烧损的影响是非常显著的，氧化烧损随温度升高
几乎呈现指数形式的增加。

炉温升高，促进了两种元素原子的活跃度，加快了氧化速度，氧化烧损量与钢坯加热温度和加热时间之间的关系是：
式（1）
w：氧化烧损量 kg
a、b：试验常数
：加热时间 h
t：加热温度 k
莱钢型钢厂异形坯加热炉工艺要求温度在1200-1300度，由公式（1）可以看出，随着温度的升高，钢坯的氧化速度越来越快，在实际生产中的实验结果也是这样。

相应措施：
（1）针对炉温，在现有的工艺规程上进行不断的优化调整。

（2）在生产中过程中，提高加热工的责任心和技术素养，加强炉温工艺纪律，严禁超温。

（3）混合煤气的配比（煤气热值）会对严重影响炉温的调控，当全焦炉煤气时要立即通知调度室练习混合站调节煤气配比，加热工此时应执行好此种煤气状态下的操作预案。

2、钢坯的加热时间
钢坯的氧化烧损与其加热时间的关系是很显然的，当其他影响条件不变时，加热时间越长氧化量肯定越大。

通过生产中的数据采集我们得到以下图（1）
加热时间与氧化量的关系
图（1）
由图中看出，氧化烧损量随时间变化趋势类似于抛物线，随时间的增加，氧化速度放缓。

这是因为生成的氧化铁皮阻碍了氧化的进一步进行，对内部钢坯起到了保护作用。

但是当遇到后部工序突发情况进入待轧状态时，加热炉需进行降温，若降温速度过快此时钢坯外面的这层“保护膜”会发生爆裂，进而生产新的一层氧化铁皮，加剧了氧化烧损。

所以待轧状态下做好适当的降温可以减少钢坯的“二次氧化烧损”。

此外，钢坯的这层氧化膜也会影响升温过程，当后部工序恢复，加热炉需要进行升温时，氧化铁皮阻碍了钢坯与炉气的接触和炉内环境与钢坯表面的热辐射过程。

在正常生产时，钢坯的加热时间相对稳定，在2-2.5h之间。

当钢坯进入炉内之后，它的加热时间只与生产节奏有关系了。

生产节奏与加热时间有如下关系：
式（2）
y：加热时间（h）
x：生产节奏（支/h）
a：钢坯间距（mm）
b：异形坯钢坯宽度（bb1=555、bb2=750、bb3=1024）
相应措施：
（1）优化燃烧控制系统，实现温度的准确控制。

（2）加热炉做好与后部工序的联系工作，对于各道后部工序的
生产状况有一定的了解，在炉温的控制和装钢节奏上有一定的预判。

（3）推行热送热装制度，提高钢坯入炉的温度相当于算短了钢坯的加热时间，并且减少了冷坯保温时间，确保了后部工序的生产节奏。

（4）根据生产节奏计算合理的钢坯间距，从而控制好钢坯的加热时间，有效降低正常生产状态下的氧化烧损量。

3、炉内气氛
首先看下炉气的组成，生产过程中，炉内气体组成主要有：co、、、、、、等。

这其中、、、都可以使钢坯氧化，是助燃空气带入的，、、都是炉内气体化学反应生成的。

co起还原作用，且过程可逆，在一定温度下化学反应的方向决定于co和co2的浓度，适当提高co的浓度就可以降低钢坯的氧化，而且co和co2还有如下反应：
式（3）
燃烧生成，能大大提高钢坯的氧化速度，生成的fes由于熔点低（1190度）使氧化铁皮熔点降低导致融化，进而是氧化更加深入。

炉内气氛的调节相对炉温调节难度更大，因为加热工在调节空燃比的同时还要确保炉温，并且要时刻观察煤气压力和助燃空气压力，防止因压力过低而导致切断阀切断。

由于莱钢混合煤气的特殊性，当混合煤气配比不当时，比如高炉、转炉煤气过高，混合煤气热值过低时，炉内气氛便非常难控制，会
出现强氧化气氛。

在此种状况下，加热炉进行保温时会导致氧化烧损非常严重。

钢坯氧化铁皮大量生成，并在表面爆裂，造成“二次氧化烧损”。

相应措施：
（1）准确的测量仪表是实现炉内气氛控制的前提，并且要加强设备的维护维修，减少设备带来的误差操作。

（2）生产过程中在不损害加热炉附属设备的前提下，适当降低空燃比，保证煤气燃烧完全又降低氧化烧损。

（3）优化pid模糊燃烧控制，降低烧钢难度的同时保证炉内气氛的稳定。

（4）针对莱钢混合煤气的特点，开放能源网络，使加热工能够及时的了解煤气配比，对操作做出准确预判。

（5）优化炉压的pid控制，使炉内保持为正压，减少冷空气进入炉内。

4、钢坯化学成分
钢坯化学成分对钢坯自身的氧化作用也是十分显著的，但是其化学成分对于我们加热炉是无法改变的。

一般c含量的增加可以提供钢坯的抗氧化能力。

合金元素（如cr、al、ni、si）可以使钢坯表面生成连续致密牢固的氧化膜，减少钢坯的氧化量。

相应措施：
（1）虽然钢坯的化学成分我们无法改变，但是可以针对不同钢
种的性质制定不同的工艺规程。

（2）添加了某些合金元素的钢坯对减少氧化烧损也有重要意义。

三、结论
降低钢坯的氧化烧损在冶金工业上是一个永恒的课题。

我们从氧化烧损的原因如手，针对加热温度、加热时间、炉内气氛和钢坯化学成分的影响，结合生产实际总结出了若干对策和措施。

准确的控制加热温度，合理控制加热时间和炉内气氛，提高加热工的操作水平和职业素养是应对钢坯氧化烧损的重要措施。

在分析的过程中，我们还发现氧化烧损还会带来很多负面的影响，氧化铁皮的包裹会延长钢坯的加热时间，氧化铁皮爆裂后会有新一轮的氧化烧损等。

pid自动控制在解放烧钢操作难度，及时、准确控制燃烧的情况下，也应进一步优化，以达到更好的控制降低氧化烧损的目的。

四、参考文献
①火焰炉，陆钟武主编，北京冶金工业出版社 1995.343-364
②炉子热过程数学模型，宁宝林、陈海庚，沈阳东北大学1990.235-248
③加热炉数学控制模型宁宝林、陈海庚、杨泽宽，冶金能源出版社，1989，8（5）：17-19。