轧钢加热炉的原理

加热炉的原理

1、目的

加热的目的是把坯料加热到均匀的、适合轧制的温度（奥氏体组织）。温度提高以后，首先是提高钢的塑性，降低变形抗力，使钢容易变形。如T12钢室温下变形抗力约为Mpa，加热到℃时变形抗力下降到30Mpa左右，只相当室温下变形抗力的二十分之一。加热温度合适的钢，轧制时可以用较大的压下量，减少因磨损和冲击造成的设备事故，提高轧机的生产率和作业率，而且轧制耗能也较少。其次，加热能改善钢坯的内部组织和性能。不均匀组织和非金属夹杂物通过高温加热的扩散作用而均匀化。加热温度和均匀程度是加热质量的标志，加热质量好的钢，容易获得断面形状正确、几何尺寸精确的成品。

2、加热过程

钢坯的加热温度包括表面温度、沿断面上的温度差及沿坯子长度方向上的温度差。钢坯在炉内的最终加热温度是考虑了轧制工艺、轧机的结构特点以及炉子的结构特点等实际情况后规定的。加热到规定温度所需时间，取决于钢坯的尺寸、钢种、采用的温度制度及一些其他条件。

钢坯在炉内以对流方式和辐射方式得到热量，前者是炉气冲刷钢坯表面；后者是炉气和炽热的炉衬辐射热。我们加热炉沿长度方向上分三段控制：即预加热段、加热段和均热段。钢坯进入加热炉预热段，热流逐渐增大，钢坯到二加热段，热流基本保持不变，钢坯到均热段，热流逐渐减小。钢坯在均热段内，钢坯表面温度基本保持不变，而断面温差逐步缩小，钢坯表面得到的热量以热传导的方式向内部扩散。传给钢坯表面的热流越小、受热面积越大、钢坯的断面尺寸越小、钢的导热率越大，断面温差就越小。一般断面大的钢坯要比断面小的钢坯加热时间要长，合金钢要比碳钢的加热时间要长。

3、加热缺陷

合金钢开裂：加热开始阶段（℃以下），对高碳工具钢、高锰钢、轴承钢、高速钢等这类导热率小的钢，如果升温速度过快、表面温度骤然升高而断面温差过大，将产生热应力，导致出现裂纹。

过热和过烧：加热温度过高或高温下停留时间过长，会使钢的晶粒过分长大，晶粒间的联系削弱，钢变脆，这称为过热。过热的坯料轧制时会产生裂纹；即使轧制没有开裂，成品的力学性能也不能满足要求。过热钢坯进行正火可以挽救。过热进一步发展，晶粒继续长大，而且晶界出现氧化或熔化，轧制时往往碎裂或崩裂，这称为过烧。过烧的坯料是不可挽救的废品。在轧制作业突然出现故障停轧时，容易出现过热或过烧现象；高碳钢如温度控制不当，也很容易造成过热或过烧现象。

钢坯的氧化和脱碳：钢坯在炉内加热的过程中，钢中金属元素和炉内的氧化性气氛发生反应并生产氧化铁皮（氧化铁皮的内层是氧化铁、中间层是四氧化三铁、最外层是三氧化二铁）。脱碳是钢中的碳元素向表面扩散并和炉内气氛反应而引起的。轴承钢、工具钢、弹簧钢和其他一些钢种，钢的脱碳是有害的，脱碳后的钢件表面在淬火时达不到所要求的硬度，此外还使抗压性能、耐磨性能、弹性降低。

氧化和脱碳过程是同时进行的，它们都和加热条件（温度、炉内时间、炉内气氛以及坯料的化学成分）有关。一般来说，温度小于℃时氧化和脱碳都不明显。但温度大于℃时增加的特别快。

特别注意的是：对于碳钢加热温度一般不能大于℃，大于此温度，其一，钢坯表面的氧化铁皮会熔化（纯氧化铁皮的熔点为~℃，含有杂质时降到~℃），从钢表面上掉下来，露出新的表面，烧损迅速增加。其二，当加热温度大于℃时，钢坯很有可能会出现过热或过烧。生产其它钢种时更应该注意最高加热温度。

钢坯氧化烧损后，必然影响成材率；氧化铁皮的热导率非常差，对钢坯的加热时间有影响；氧化铁皮脱落并堆积在炉低，人工清理非常困难，工作非常辛苦。

4、热工制度

热工制度涉及燃料于空气进入炉内的情况、燃烧情况、燃烧产物的排除情况以及余热回收利用等情况。热工制度包括温度制度、炉压制度和炉子燃烧制度。

温度制度：加热温度和注意事项见下表

加热温度和注意事项

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测量炉温和钢温的感受元件是热电偶，测的是炉膛温度，一般比钢坯表面温度高20℃以上。

5、炉压制度：

加热炉内炉压大小及其分布是调整温度场、控制火焰及炉内气氛的一个重要手段，它影响加热速度和加热质量，也影响燃料利用的好坏。特别是炉子出料段处炉膛压力尤为重要。

炉压设定应比大气压力高出0~30Pa左右。炉压过大则装料口、出料口、观察孔等开口部位都会往外冒火，其结果是：⑴炉气损失增大，使热损失增大；⑵SO2等有害气体进入车间使作业环境污染；⑶冒火部位的炉墙、附近的钢结构或机械设备受损或者变形。反之，炉压过低，则吸收车间冷空气将使⑴炉温降低燃料消耗量增加；⑵低温空气对坯料冷却导致温度不均；⑶炉气的含氧量增加导致烧损增加。

6、燃烧制度：

其基本要求是保证燃料在炉膛范围内燃烧完全，同时空气系数α要小。空气过剩则烟气量大，带走的热量增多；空气量不足，炉内形成不完全燃烧，同样使热损失增加。