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浅析轧钢加热炉加热过程中氧化铁皮的控制
 

张大飞  杨有全

摘要:氧化铁皮是影响轧钢表面质量的重要因素之一。氧化烧损率也是评价加热炉重要指标之一。本文通过分析轧钢加热过程中氧化铁皮的形成原因及主要影响因素,提出预防措施,提高加热炉的加热质量。

关键词:氧化铁皮、影响因素、改进措施

一、生成氧化铁皮的原因

在钢坯的加热过程中,钢坯表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生反应,生成铁的氧化物,造成金属的损失,这种现象称为钢坯的氧化烧损。把在轧钢加热过程中生成的铁的氧化物称之为氧化铁皮。

钢坯在加热工程中,钢的氧化是氧原子和铁原子发生反应的结果,炉气中的氧原子通过钢坯的表面由外向里扩散,而铁原子由钢坯的里面向外扩散,当两种原子相遇,在一定的条件下(温度、浓度、时间)就能起氧化反应,生成氧化物。通过对不同加热时间下生成的氧化铁皮的金相结构分析发现:表面一层是致密的三氧化二铁,中间是四氧化三铁和氧化铁的混合物,里面的是三氧化二铁和氧化铁的混合物。这也就表明氧化是由于炉内气氛中氧原子浓度过高造成的。钢坯在炉内加热时,炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等。

二、影响氧化铁皮形成的因素

1、加热温度的影响

钢坯的加热温度主要根据铁-碳相图中组织转变温度来确定,同时必须满足轧钢工艺的要求,一般棒材钢坯的加热温度都在1050~1200℃,具体确定加热温度还要看钢种、钢坯断面规格和轧钢工艺及设备的条件。根据现场测试发现,温度越高,生成的氧化铁皮越多。这是因为随着温度的提高,各成分的扩散速度增加,炉气和钢坯之间氧化反应的平衡也向着氧化的方向移动,使得钢的氧化加重。

2、加热时间的影响

加热时间与氧化烧损成正比,即在相同的条件下,加热的时间越长,氧化生成的氧化铁皮就越多,尤其在高温条件下,钢坯在炉内停留的时间越长,氧化铁皮的生成量就越大。

3、炉内气氛的影响

加热炉内的气氛决定于燃料的成分、空气过剩系数及燃料燃烧的完全程度。炉气的主要成分有氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、一氧化碳、氢气、甲烷等,其中炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等

钢坯表面的氧化反应如下:
  Fe+O2= 2FeO  

3Fe+2O2= Fe3O4
       4Fe+3O2= 2Fe2O3 

 Fe+CO2= FeO+ CO
        3Fe+4CO2= Fe3O4+ 4CO  
        Fe+ H2O = FeO+H2
其中SO2的氧化能力最强。当炉气中有SO2时,在1100℃以上,钢坯表面产生FeO·FeS低熔点化合物,钢坯不断暴露新表面,造成激烈的氧化。当SO2的含量达到0.1%~0.2%时,烧损增加1~2倍。

4、钢的化学成分的影响

钢的化学成分对钢坯的氧化烧损也有显著的影响,一般增加含碳量可以可以提高钢的氧化了能力,合金元素对于钢的氧化影响就在于能否生成连续的、致密的氧化物薄膜,提高钢的抗氧化能力。促进这种薄膜生成的元素有Cr、Al、Si、Ni,破坏生成这种膜生成的元素是W.

三、减少氧化烧损的措施

减少钢坯在加热过程中的氧化烧损,对于提高钢材的成品率,一直的钢铁企业追求的目标,目前国内钢铁企业采取的措施有:

1、严格控制加热炉各段的空气过剩系数

根据加热工艺,均热段存在冷风吸入现象,因此,均热段的空气过剩系数可以适当取小点,这样可以使多余的燃料和吸入进来的冷风发生反应,让均热段保持还原性的气氛。加热段的空气过剩系数可以适当取大点,可以取1.05~1.1,这样既可以保证燃料的充分燃烧,还可以让均热段未燃尽的燃料在加热段与空气发生反应。使加热段处于弱氧化性气氛。总之,控制空气过剩系数就是寻求最优空燃比,分段控制,减少氧化烧损。

2、炉压控制

加热炉在生产过程中,应该是微正压操作,在数值上约为5~30Pa。

3、设计合理的加热炉炉型

在加热炉设计时,应该遵循适当延长预热段,高温快速加热,均热段烧少加热的的原则,预热段长度应该达到炉长的50%以上,这样可以充分利用余热,降低排烟温度,提高热效率,同时可以将钢坯预热到800度以上,为加热段的高温快速加热创造了条件。在均热段炉底水管采用全热滑轨,减少钢坯黑印,缩短均热时间,提高加热质量,氧化层厚度也得到控制。

4、制定合理的加热工艺和轧制工艺

通过对轧钢车间调研发现,由于轧机和加热炉未能协调配合,经常出现加热炉空烧待轧的情况,这样氧化率也就提高了,而且也增加了加热炉的能耗,为了避免这种情况,加热炉和轧机应该协调管理,减少加热炉的保温待轧时间。

5、提高助燃空气的预热温度

提高空气的预热温度可以减少钢坯在炉内的加热时间,可以减少氧化铁皮的生成量。

6、连铸坯热装热送

从连铸机出来的热坯不经冷却,直接送往加热炉加热轧制,这样可以显著

减少加热时间,降低能耗,减少氧化烧损量。

氧化铁皮的生成不仅影响钢材的成材率,还给加热炉炉底的维护带来了很大的困难。虽然氧化烧损是不可避免的,当我们可以采取一定的措施和方法来减少。

 

 
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