对减少加热炉内钢坯氧化铁皮的分析
发布时间：2013-11-12李建增
（舞钢轧钢厂）
钢坯从装炉到出炉，在燃油的连续式加热炉内完成整个加热工艺，生成一定量（0.5%～3%）的氧化铁皮是不可避免的。但是，通过有效地控制操作，可使氧化铁皮的生成量降低到Z步，并容易除掉，不产生或少产生铁皮废品。（舞钢轧钢厂）
1 氧化铁皮的组成与生成机制
氧化铁皮由氧化亚铁(FeO )、四氧化三铁(Fe3O4）和三氧化二铁（Fe2O3）三部分组成。
Z里面靠近钢料的为氧化亚铁（FeO），其含量约占铁皮总量的50%～60%。氧化亚铁的性质发粘，粘到钢料上不易除掉。
中间一层，即介于氧化亚铁（FeO）和二氧化三铁之间的四氧化三铁（Fe3O4），其含量约占铁皮总量的35%～40%。
Z外一层为三氧化二铁（Fe2O3），约占铁皮总量的10%～15%。其性质是；细腻有光泽、松脆、易脱落；并且有阻止内部继续剧烈氧化的作用。
氧化铁皮的生成原因，主要是在高温条件下，钢料表面的Fe与炉气中的氧化性气体如O2、CO2、H2O、SO2等起剧烈化学反应的结果。
2 影响氧化的因素
2.1 加热温度
钢的氧化随着加热温度的升高而加快，表面温度越高，氧化越严重。我们知道，当钢在700℃以下时，氧化速度较慢；700℃以上时氧化速度显著加快；900-1300℃时激烈氧化（若900℃时氧化速度为1，则1000℃时为2，1100℃时为3.5，到1300℃时高达7）；当温度高于1300-1500℃时，原来生成的氧化铁皮开始熔化，新的表面暴露在炉气中，会进一步加重氧化。
应该指出的是：上述所指是钢的表面温度，而不是我们所说的出炉温度，对于炉温来说，炉温越高，钢的加热条件会明显得到强化，在高温区，钢的加热主要靠辐射传热。辐射传热获得的热量若500℃时为1，则1000℃时为8，1500℃时为27，所以钢在高温时可迅速达到规定的出炉温度，减少了加热时间。
2.2 加热时间
一般讲加热时间越长，氧化生成的铁皮越厚，烧损也就越多，尤其是钢在高温条件下，停留时间越长，氧化铁皮生成量越大。同时氧化铁皮的存在对继续氧化又有阻止作用。虽然加热时间越长，氧 化铁皮加厚的速度越慢，但氧化铁皮的总厚度总 在不断增加。
2.3 炉内气氛
氧化铁皮的生成过程也就是钢与炉内氧化性气体O2、CO2、H2O、SO2等发生反应的过程炉内氧化性气体越多，越易氧化。在这些氧化性气体中，SO2是对氧化影响Z大的成分，H2O、O2次之，再者是CO2。当加热炉处于还原性炉气时，还原性气体如CO、H2、CH4、N2等越多，则不易发生氧化。
操作时，供风量不足，燃料燃烧不完全，CO、H2、CH4、N2等含量就越多、炉气就趋于还原性。若供风量过多，炉气中的O2、CO2、H2O就增多，此时炉气就趋于氧化性气氛。因此，操作时，恰当地控制炉内气氛是减少氧化的有效办法。
所以，在通常的操作中，无论是正常轧钢时的均热段，或是因故待轧炉膛气氛Z好均应控制为还原性。
2.4 钢的化学成分及断面尺寸
钢的化学成分及断面尺寸是加热时所无法改变的。主要是考虑某些合金钢在加热时的特殊情况，可根据钢的化学成分及断面尺寸采取更为稳妥的加热工艺，尽量减少钢的氧化。
综上所述，钢的氧化程度主要还是与加热温度、加热时间、炉膛气氛有关，在这三个主要因素中，如加热温度、加热时间是无法改变或改变不太大的，若加热时间短了，要么工艺不允许，要么温度不均匀。加热温度也仅只限于上限、下限控制。唯有炉膛气氛可变范围较大，对铁皮的生成量和易除程度影响也较大。
大家清楚，由于氧化铁皮的产生，使钢材直接减少了0.5%～3%的重量，同时还因加热不当，氧化铁皮粘性增大，在除鳞过程中没有除净，轧制时被压入钢板，以至于清理后超出了负公差被划为废品，这样既影响了成材率又影响了合格率，当然也造成了一定的经济损失。现将因氧化铁皮造成的铁皮废品列于下表：
表 氧化铁皮废品对产量的影响
1-6月份
1-6月份
从上表可以看出，1994年铁皮废品量Z低、为0.07%，是开工投产以来Z好的年份。
3 几点看法
3.1 设备水平及能力
我们的加热炉是设有端出料装置的端出炉三点供热三段连续式燃油加热炉，又采用蒸汽雾化。改造后空气预热温度达490℃，能加热厚度在300mm以内，长度2100～2900mm（双排）及5500~6200mm（单排）任何规格、任何组别的钢种。又与均热炉配台供4200mm轧机轧制。操作得当，是会取得好水平的。
3.2 大风量操作
前面谈过，供风量大，炉内相应的氧化性气体就多，就越易氧化。同样炉温条件下，生成的氧化铁皮量就多。尤其是在限电或因故待轧的情况下，只减油，不减风，连续式加热炉一台风机的供风能力为52000Nm3/h，能供4.2～4.7t重油完全燃烧。当待轧时间超过4小时时，一般保温在800～980℃之间，这时只需重油2～2.5t/h，只需风量22000~27500Nm3/h 这样操作，除浪费能源外，还因长时间风量过大，而造成了热风温度低，铁皮不易除掉。
3.3 待轧时保温较高
因故待轧，一般因对限电时间或事故处理时间预计不准，就必然导致加热工心中无数，一般都按上限或高于上限保温，在这种情况下，别说大风量，即使在同样炉膛气氛、同样炉压、同钢种、同规格的条件下，炉温相差50～100℃，生成的氧化铁皮量也是大不相同的。
3.4 炉膛气氛的控制
连续炉分预热段、加热段、均热段三段。一般正确控制应为：加热段氧化性，均热段还原性（预热段未开）气氛。这样操作，不但利于节能（均热段部分燃烧不完全的可燃性气体到加热段遇多余的O2会继续燃烧），主要是利于保护金属预热器和氧化铁皮易除。 然而，也有均热段控制为氧化性气氛，加热段控制为还原性气氛。这样做刚好事与愿违，不但浪费了能源，反而造成加热速度慢，铁皮不易除掉。
3.5 炉头烧钢
一般正确操作都是钢在加热段基本完成了加热工艺，在均热段短时停留后，温度均匀一下，气氛改变一下，保证钢坯出炉时温度均匀，铁皮易除。也有不用加热段烧钢，却利用均热段烧钢。这样做，必须将均热段温度提高，由于频繁出钢，相比之下均热段炉温、炉气很难保持相对稳定，这也是造成氧化铁皮难以除掉的因素之一。
总之，按照正确的操作方法操作，氧化铁皮一方面产生的少，且铁皮还易除掉，对生产和产品的产量、质量都有好处。
4 结论
1）钢料在加热过程中，通常都要产生氧化铁皮。而氧化铁皮生成量与钢种、加热温度加热时间、炉内气氛等因素有关。操作水平也起着相当重要的作用。
2）氧化铁皮去除难易决定于它的粘结性。控制好炉内气氛，保持加热段为氧化性气氛，均热段为还原性气氛，所生成氧化铁皮粘结性较小，氧化铁皮就容易除掉。
3）氧化铁皮的减少。既减少了钢料氧化的损失，也减少了因氧化铁皮所导致的钢材废品量。
3 几点看法
3.1 设备水平及能力
我们的加热炉是设有端出料装置的端出炉三点供热三段连续式燃油加热炉，又采用蒸汽雾化。改造后空气预热温度达490℃，能加热厚度在300mm以内，长度2100～2900mm（双排）及5500~6200mm（单排）任何规格、任何组别的钢种。又与均热炉配台供4200mm轧机轧制。操作得当，是会取得好水平的。
3.2 大风量操作
前面谈过，供风量大，炉内相应的氧化性气体就多，就越易氧化。同样炉温条件下，生成的氧化铁皮量就多。尤其是在限电或因故待轧的情况下，只减油，不减风，连续式加热炉一台风机的供风能力为52000Nm3/h，能供4.2～4.7t重油完全燃烧。当待轧时间超过4小时时，一般保温在800～980℃之间，这时只需重油2～2.5t/h，只需风量22000~27500Nm3/h 这样操作，除浪费能源外，还因长时间风量过大，而造成了热风温度低，铁皮不易除掉。
3.3 待轧时保温较高
因故待轧，一般因对限电时间或事故处理时间预计不准，就必然导致加热工心中无数，一般都按上限或高于上限保温，在这种情况下，别说大风量，即使在同样炉膛气氛、同样炉压、同钢种、同规格的条件下，炉温相差50～100℃，生成的氧化铁皮量也是大不相同的。
3.4 炉膛气氛的控制
连续炉分预热段、加热段、均热段三段。一般正确控制应为：加热段氧化性，均热段还原性（预热段未开）气氛。这样操作，不但利于节能（均热段部分燃烧不完全的可燃性气体到加热段遇多余的O2会继续燃烧），主要是利于保护金属预热器和氧化铁皮易除。 然而，也有均热段控制为氧化性气氛，加热段控制为还原性气氛。这样做刚好事与愿违，不但浪费了能源，反而造成加热速度慢，铁皮不易除掉。
3.5 炉头烧钢
一般正确操作都是钢在加热段基本完成了加热工艺，在均热段短时停留后，温度均匀一下，气氛改变一下，保证钢坯出炉时温度均匀，铁皮易除。也有不用加热段烧钢，却利用均热段烧钢。这样做，必须将均热段温度提高，由于频繁出钢，相比之下均热段炉温、炉气很难保持相对稳定，这也是造成氧化铁皮难以除掉的因素之一。
总之，按照正确的操作方法操作，氧化铁皮一方面产生的少，且铁皮还易除掉，对生产和产品的产量、质量都有好处。
4 结论
1）钢料在加热过程中，通常都要产生氧化铁皮。而氧化铁皮生成量与钢种、加热温度加热时间、炉内气氛等因素有关。操作水平也起着相当重要的作用。
2）氧化铁皮去除难易决定于它的粘结性。控制好炉内气氛，保持加热段为氧化性气氛，均热段为还原性气氛，所生成氧化铁皮粘结性较小，氧化铁皮就容易除掉。
3）氧化铁皮的减少。既减少了钢料氧化的损失，也减少了因氧化铁皮所导致的钢材废品量。
来源：《宽厚板》1997年05期