軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討

樊煒凱

（山東鋼鐵萊蕪分公司板帶廠， 山東 濟(jì)南 271104）

軋鋼加熱爐加熱的主要目的是將坯料加熱均勻的、適合軋制的溫度，進(jìn)而加工生產(chǎn)出高品質(zhì)軋鋼產(chǎn)品。如果加熱質(zhì)量好，溫度控制在合理區(qū)間，就會(huì)生產(chǎn)出斷面形狀正確、幾何尺寸精準(zhǔn)、產(chǎn)品性能卓越的成品鋼。由此可見，在生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制加熱溫度，不斷創(chuàng)新和改良生產(chǎn)工藝，以提升軋鋼成品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 軋鋼加熱爐加熱缺陷

1.1 過熱和過燒

如果生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的坯料長時(shí)間處在過高加熱溫度的環(huán)境下，就會(huì)對鋼晶粒體造成不利影響，使晶料體過分長大，這樣一來，鋼產(chǎn)品晶粒間的聯(lián)系就會(huì)被削弱，導(dǎo)致產(chǎn)品易脆。在這種過熱的生產(chǎn)條件下，坯料在軋制過程中，就會(huì)出現(xiàn)大量的裂紋，鋼產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性狀就會(huì)發(fā)生改變。假如晶粒繼續(xù)長大，甚至晶界出現(xiàn)熔化和氧化現(xiàn)象，坯料就會(huì)碎裂，這種情況稱之為過燒，過燒的坯料屬于廢品，已經(jīng)失去生產(chǎn)與使用價(jià)值?？梢?，如果溫度失控，就會(huì)出現(xiàn)過熱與過燒的情況，進(jìn)而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。比如碳鋼的加熱溫度一般不能超過1 300 ℃，如果超過這一臨界值，坯料表面的氧化鐵皮就會(huì)熔化，因?yàn)榧冄趸F皮的熔點(diǎn)為1 377～1 565 ℃，當(dāng)坯料內(nèi)部含有雜質(zhì)時(shí)，熔點(diǎn)就會(huì)降至1 300～1 350 ℃之間。當(dāng)溫度超過1 300 ℃以后，鋼坯就極易出現(xiàn)過熱與過燒現(xiàn)象。

1.2 氧化與脫碳

軋鋼生產(chǎn)過程也屬于化學(xué)反應(yīng)過程，當(dāng)爐體加熱到一定溫度時(shí)，坯料內(nèi)部的金屬元素就會(huì)與加熱爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而生成氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵等，如果脫碳后的鋼件表面在淬火時(shí)達(dá)不到要求的硬度，就會(huì)影響鋼坯料的后續(xù)加工流程。加熱爐內(nèi)的氧化與脫碳過程是同時(shí)進(jìn)行的，如果爐內(nèi)溫度小于750 ℃，氧化與脫碳現(xiàn)象不明顯，如果溫度達(dá)到800 ℃以上，氧化與脫碳的速度也成倍增長[1]。

1.3 鋼坯料開裂

對于高碳鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這些導(dǎo)熱率相對較小的鋼，如果在700 ℃的初始溫度的基礎(chǔ)上，快速升溫，這些鋼坯料的斷面溫差就會(huì)增大，而產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力作用下，鋼坯料極易出開裂現(xiàn)象，甚至存在的斷鋼的風(fēng)險(xiǎn)。

2 控制軋鋼加熱爐溫度的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 節(jié)省投入成本

據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，軋鋼加熱爐的加熱流程所耗費(fèi)的能源量占據(jù)軋制全過程能耗總量的70%以上，因此，合理控制加熱溫度，能夠大幅降低噸鋼能耗，進(jìn)而節(jié)省大量的生產(chǎn)成本。如果在生產(chǎn)過程中，燃料投入量過大，加熱溫度過高，也極易損傷爐體，出現(xiàn)過熱與過燒等缺陷，這樣就加大了加熱爐的維修頻率，增加了額外開銷。

2.2 降低能源消耗，減少環(huán)境污染

近年來，國家針對工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提出了“節(jié)能降耗”的要求，而加熱爐在加熱過程中使用的燃料通常為高爐煤氣以及轉(zhuǎn)爐煤氣，這些燃料都是在煤炭未經(jīng)完全燃燒情況下產(chǎn)生的工業(yè)生產(chǎn)用氣，這些氣體均屬于一次性能源，這就對自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，合理控制加熱溫度，能夠減少一次能源的用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.3 減少溫室效應(yīng)的社會(huì)意義

在軋鋼加熱爐持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的廢熱氣體，當(dāng)這些氣體排放到空氣當(dāng)中，極易加劇溫室效應(yīng)，而給自然氣候條件造成影響。因此，冶金生產(chǎn)企業(yè)為了嚴(yán)格控制二氧化碳的排放量，應(yīng)當(dāng)將加熱溫度控制在合理范圍之內(nèi)，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中廢熱氣體的排放量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙豐收的美好愿景。

3 軋鋼加熱爐溫度控制措施

下面以三段連續(xù)式梁式加熱爐為例，圍繞加熱爐在實(shí)際生產(chǎn)過程中的溫度控制措施予以闡述。

3.1 溫度控制要求

為了防止加熱缺陷，需要保證鋼坯料具有足夠的可塑性，但是，并不能無限升高加熱溫度，以避免產(chǎn)生過熱與過燒現(xiàn)象。結(jié)合鋼種、鋼斷面及鋼坯形狀，在均熱的前提下，應(yīng)當(dāng)將加熱溫度控制在1 050～1 100 ℃之間，在這一溫度區(qū)間能夠使鋼坯料的長度與斷面保持均勻一致，進(jìn)而提升鋼坯的加熱質(zhì)量[2]。

3.2 正常軋制時(shí)的溫度控制措施

三段連續(xù)式梁式加熱爐在正常生產(chǎn)加熱時(shí)，爐內(nèi)各個(gè)段的溫度基本保持恒定，因此，溫度控制的高低直接決定出鋼溫度的高低。結(jié)合軋制的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，針對普碳鋼與低合金鋼，均熱上溫度區(qū)間為1 100～1 280 ℃，均熱下溫度區(qū)間為 1 100～1 290 ℃，加熱上溫度區(qū)間為1 000～1 290 ℃，加熱下溫度區(qū)間為 1 000～1 300 ℃。如果以 Φ16HRB335 螺紋鋼為例，軋制節(jié)奏為每小時(shí)140 支鋼，每支鋼質(zhì)量0.9 t，分別選取三次不同時(shí)間，溫度控制情況如表1 所示。

表1 Φ16HRB335 螺紋鋼三次不同時(shí)間爐內(nèi)各段溫度控制情況 ℃

由表1 可以看出，通常情況下，加熱段的下部溫度與均熱段的下部溫度比加熱段上部溫度與均熱段上部溫度高出20～40 ℃，當(dāng)上面溫度保持在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，下部溫度也相對穩(wěn)定。在正常軋制過程中，如果增加爐內(nèi)煤氣的供給量，整體溫度是呈現(xiàn)均勻態(tài)勢連續(xù)上升的。因此，在控溫過程中，應(yīng)當(dāng)兼顧考慮設(shè)備的許可限度，爐內(nèi)最高溫度不得超過1 300 ℃，爐尾溫度不得超過850 ℃，而熱風(fēng)溫度不得超過450 ℃。

3.3 軋制不順暢情況下的溫度控制措施

軋制不順暢通常表現(xiàn)軋線經(jīng)常出現(xiàn)換輥、換槽、檢修等問題，此時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取降溫措施，調(diào)整煤氣供給量。當(dāng)保溫待軋時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，可以在開始軋制之前逐漸升溫。以Φ16HRB335 螺紋鋼為例，開始軋制后，一切順利，軋制節(jié)奏為每小時(shí)軋制140 支鋼坯，每軋制45 min，記錄一次爐溫。由于爐尾待溫時(shí)的鋼坯預(yù)熱溫度過高，導(dǎo)致加熱段與均熱段的升溫速度較快，但是后續(xù)裝入鋼坯始終處于順軋狀態(tài)，這就使加熱爐的溫度逐步升到正常值，因此，在軋制不順暢的情況，預(yù)熱段溫度要低于順軋時(shí)的溫度。

而對于后續(xù)入爐鋼坯來說，溫度相對較低，因此，這時(shí)可以采取升溫措施，使后續(xù)鋼坯的溫度高于正常溫度，以防止溫度脫茬情況的發(fā)生。已知鋼坯順軋時(shí)間為45 min，軋制鋼坯數(shù)量為105 支，爐尾推鋼段裝鋼45 支，動(dòng)梁裝鋼120 支，由此可以計(jì)算出換輥時(shí)爐尾最后一根鋼軋?zhí)幱诘臓t內(nèi)位置距入爐處的距離為18.58 m，此時(shí)，鋼坯溫度處于正常軋制溫度以下，在未經(jīng)加熱的情況下，極易出現(xiàn)溫度脫茬現(xiàn)象。如果提高加熱溫度，使鋼坯溫度處于正常軋制溫度之上時(shí)，則可以滿足軋制要求。

3.4 創(chuàng)新溫控技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在軋鋼加熱爐溫控系統(tǒng)中植入了供坯節(jié)奏、熱平衡、數(shù)字模型等模塊，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以對加熱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和控制，使加熱爐逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。尤其是二級控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，能夠?qū)訜釥t各部分的主要啟動(dòng)程序進(jìn)行科學(xué)控制，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的非線性映射功能與較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，該系統(tǒng)能夠自主靈活的創(chuàng)建控制模型，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、噪音小等優(yōu)勢，在軋鋼加熱爐溫度控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，近年來，也出現(xiàn)了RBF 網(wǎng)絡(luò)模型以及模糊邏輯控制等智能控制技術(shù)，模糊邏輯控制技術(shù)常被應(yīng)用在復(fù)雜的加熱爐系統(tǒng)當(dāng)中，該技術(shù)總結(jié)了實(shí)際溫度控制經(jīng)驗(yàn)以及固定的控制規(guī)則，不僅節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且也促進(jìn)了生產(chǎn)效率的大幅提升。

4 結(jié)語

合理控制軋鋼加熱爐溫度是冶金生產(chǎn)企業(yè)提質(zhì)增效的一條有效路徑，因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，嚴(yán)格控制加熱溫度，在保證軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低能源消耗、節(jié)約投入成本，使企業(yè)在激烈的市場競爭當(dāng)中贏得一席之地。