钢坯加热设备的类型及选用
摘要：本篇文章主要介绍了均热炉、连续式加热炉和热处理炉。均热炉主要有中心烧嘴换热式均热炉，上部四角供热换热式均热炉，上部单侧烧嘴换热式均热炉。连续式加热炉主要有推送式连续加热炉、机械化炉底加热炉、步进式加热炉。热处理炉主要有冷轧薄板热处理炉、中厚板热处理炉。了解各加热设备的设生产效率、加热质量、燃料消耗、炉子寿命和劳动条件，可以更加合理得去创新和更好得适应未来的生产工艺，使工厂的利益最大化。
关键词：均热炉，热处理炉，步进式加热炉，三段式连续加热炉。
绪论：在轧钢生产中，必须将金属或坯加热到一定的温度，使它具有一定的可塑性，才能
进行轧制。即便是采用冷轧工艺，也往往需要先行对金属进行热处理。为了对金属加热，就需要各类型的加热炉，因此学习加热炉的类型和它的应用是很有必要的。
1均热炉
1.1中心烧嘴换热式均热炉
1.1.1中心烧嘴换热式均热炉的结构
中心烧嘴换热式均热炉的结构如图1所示。
中心烧嘴换热式均热炉的炉膛尺寸波动范围为:长3.7～5.7m，宽3.7～4.8m，高2.8～3.3m。为了避免炉墙在高温下向内膨胀，将炉墙砌成弧形。每组两个炉坑，每坑可以装10~20根钢锭，沿炉墙四周直立放置。炉子只有一个烧嘴，位于炉底中心，炉膛两侧各有一个陶制管砖的换热器。空气在换热器预热到700～800°C后，经热风道送往烧嘴。煤气多数情况下不预热，有时也用另设的金属换热器预热。煤气与空气边混合边燃烧，向上喷到炉盖上在折向下，由两侧烟道口进入换热器。排烟口的位置必须适当，太低则氧化铁皮容易掉进烟道堵塞换热器，太高则炉底温度太低。换热器后还可以安装预热锅炉。
1.1.2中心烧嘴换热式均热炉的优缺点
中心烧嘴换热式均热炉的优缺点：（1）钢锭的受热比较均匀，火焰不直接喷射到钢锭上，加热质量比较好。（2）温度比较稳定。过去这种炉型曾取代了大部分蓄热式均热炉。但这种炉型也存在许多缺点：（1）炉底的利用率低，炉底中心烧嘴加上其周围的围墙，几乎占去炉底面积的四分之一不能充分利用。（2）温度仍不均匀，靠炉盖的上部温度高，而下部温度低，钢锭面向火焰的一面温度高，靠炉墙的一面温度低。（3）换热器容易堵塞和漏气，寿命一般只有两年。经常需要掏风道。换热器漏风严重时，能高达60%，以致炉子供风量不足，而不得不减少煤气量，如此势必影响炉子产量。（4）因为火焰直接喷在炉盖上，炉盖寿命低，中心烧嘴围墙容易被钢锭砸坏，围墙损坏变形后，又造成火焰偏斜不正，钢锭偏热。
1.2上部四角烧嘴换热式均热炉
1.2.1上部四角烧嘴换热式均热炉的结构
这种炉型是我国一些初轧厂在原来中心烧嘴均热炉基础上改造的。炉子结构未作大的改动，只是取消了中心烧嘴，在炉膛上部四个角上安装四个烧嘴，为了产生旋转的火焰，以克服炉坑内气体循环的死角，烧嘴的布置分别同炉体的中心线成25°角，如图2：
1.2.2上部四角烧嘴换热式均热炉的优缺点
由中心烧嘴改为四角烧嘴的炉型后，收到一定效果，其优点是：
（1）扩大了装入量，提高了炉子产量。改造后取消了中心烧嘴，使可利用的炉底有效面积增加了25%～30%，沸腾钢锭还可以放在炉坑的中部。
（2）延长了炉子寿命。中心烧嘴均热炉的火焰直冲炉盖，而这种均热炉火焰与炉盖平
行，延长了炉盖寿命：过去钢锭全部靠在炉墙上，由于碰撞和磨损，影响了炉墙寿命，现在部分钢锭可以直立炉内，减少了炉墙的损坏。
（3）改善了加热质量。炉坑比过去加深，以免钢锭的头部容易烧坏，下部也有四个辅助烧嘴（热负荷只占全坑四分之一），以提高下部温度。炉子上下部的温差较前为小，因为上下部热负荷的分配容易调节，钢锭受热比较均匀，加热质量提高。
（4）换热器堵塞的问题有所改进。去掉中心烧嘴后，炉底没有了热风道，有的炉子增加了沉渣室，即将换热器向看火道一侧外移，在原来热风道位置加了一个沉渣室。烟气由炉膛出来后，先转90°向下，经挡渣墙再返回向上进入换热器。由于烟气流向和流速的改变使其中所携带的灰渣落入沉渣室，使换热器堵塞的现象减少。
这种均热炉也存在若干缺点：
（1）由于烧嘴多，空气和煤气的管路复杂，操作与控制不便;
（2）换热器的漏风问题仍然存在;
（3）把热风道砌在侧墙内不占炉外空间，但检修时要经常扒掉重砌，如热风道的砌筑尺寸不精确，会影响四角热负荷的均匀分配。
1.3、上部单侧嘴换热式均热炉
1.3.1上部单侧烧嘴换热式均热炉的结构
上部单侧烧嘴换热式均热炉是应用最普遍的一种炉型。如图3：
这种炉型结构比较简单，一个烧嘴（也有双烧嘴的）安装在炉膛一侧端墙的上部，废气排出口在同一端墙的下部。火焰从烧嘴喷出后，直接加热钢锭，从炉墙上部冲到对面端墙上，再折回成马蹄形流动，经排烟口、沉渣室进入换热器。根据烟道抽力的大小，可以使部分气流在炉膛内再循环，改变炉内气流分布，控制炉内温度分布。
1.3.2上部单侧烧嘴换热式均热炉的优缺点
上部单侧烧嘴换热式均热炉能发展成为主要的炉型，因为它具有一些优点：
（1）单位车间厂房长度的产量高，每米厂房装炉量可达20t，而中心烧嘴均热炉不及
10t。它把庞大的换热器移到了车间副跨或外面（如金属换热器），所以主跨单位长度厂房可以放置较多的钢锭。在同样装炉条件下，这种均热炉占地面积最小。与此相应地运锭距离缩短了一半，减少了运锭时间，保证了钢锭的轧制温度。随着产量的加大，原有的一字型车间布置已不适宜需要，因此单侧烧嘴均热炉车间的发展趋势是采用T字型布置。
（2）炉子的单坑装入量大，这种均热炉单坑装入量可达150t，个别接近300t。年产量150万t的中心烧嘴均热炉车间改建为单侧烧嘴均热炉后，主厂房及钳式吊车不需更换，产量就可以扩大一倍。
（3）结构简单，投资少，操作也比较简便。如果采用金属辐射换热器，还有可以大大减少地下工程量，因此建设快，投资也较省。
（4）可以采用喷射引风的陶质换热器，大大改善了换热器的气密性，使热风温度及风量得到较好的保证，这在中心烧嘴和四角烧嘴换热式均热炉是难以做到的。
这种炉型的缺点主要还是炉内的温度分布不均匀，特别是随着炉子容量加大以后，沿炉长方向炉温不均匀。同时烧钢过程中热负荷是变化的，加热阶段供给的燃料多，空气量大，火焰的运动量大，高温区在烧嘴对面端墙；而均热阶段，燃料和空气量小，火焰短，高温区缩向烧嘴这边端墙。曾经采取加烧嘴数目和在相对两端墙用双烧嘴的办法，但炉子结构与调节太复杂。随着火焰长度可调烧嘴的使用，在一定程度上解决了这个问题。
2连续加热炉
连续加热炉是轧制车间应用最普遍的炉子。料坯由炉尾装入，加热后由另一端排出。推钢式连续加热炉，钢坯在炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断向前移运：机械化炉底连续加热炉，料坯则靠炉底的传动机械不停地在炉内向前运动。燃烧产生的炉气一般是对着被加热的料坯向炉尾流动，即逆流式流动。
2.1推送式连续加热炉
推送式连续加热炉是以前应用最广泛的形式。根据炉温制度又可分为两段式加热炉、三段式加热炉、多点供热式加热炉。
2.1.1两段式连续加热炉
两段式加热炉按炉温制度分为预热期和加热期，炉膛也相应地分为预热段和加热段。加热薄料坯的小炉子有单面加热的，一般多为两面加热。
具有上下两面加热的两段式连续加热炉，其燃料分配比例上加热占30%~40%，下加热占60%~70%。因为下面的炉气要上浮，部分气体由两侧的空隙上来，使下部的热量感到不足；其次，料坯下面的冷却水要带走大量的热，这部分热几乎要由下加热供给；此外，料坯与水管接触的地方要产生黑印，下加热不足时，黑印现象更严重，料坯到实炉底段以后，只有上部受热。因此，下加热应供给较多的燃料。
当料坯的厚度不大时（一般小于200mm），可以采用两段式炉。但当料坯断面较厚时，加热终了后内外上下温度差较大，为了消除温差，必须延长加热时间，但受到物料表面温度的限制，如果表面温度过高，就会产生加热缺陷。这时两段式连续加热炉就不能适应要求。多数推送式连续加热炉尾烟道是垂直向下的，这是为了让烟气在预热段能够紧贴钢坯的表面流过，有利于对流换热。由于炉气的惯性作用，炉气经常会从装料门喷出炉外，出现冒黑烟
或冒火现象，造成炉尾操作条件恶劣，污染车间环境，并容易使炉后设备变形。为了改变这种状况，采取使炉尾的炉顶上翘并展宽该处炉墙的办法，其目的是使气流速度降低，部分动压头转变为静压头，也使垂直烟道的截面加大，便于烟气顺利向下流动，减少烟气的外逸。但近来连续加热炉使用金属换热器和余热锅炉的逐渐多起来，这些附属设备配置在炉顶上面，便于操作和维护，因此一些炉子采用上排烟的方案。上排烟可以减少大量的地下工程，在地下水位高的地方更为有利。
2.1.2三段式连续加热炉
三段式的炉型的变化很多，但结构上仍有一些共同的基本点。炉顶轮廓曲线的变化时很大的，它大致与炉温曲线相一致，即炉温高的区域炉顶也高，炉温低的区域炉顶也相应压低。在加热段与预热段之间，有一个比较明显的过渡，炉顶向预热段压下。这是为了避免加热段高温区域有许多热量向预热段的低温域辐射，加热段式主要燃烧区间，空间较大，有利于辐射换热；预热段式余热利用的区域，压低炉顶缩小炉膛空间，有利于强化对流给热。但也有炉子着眼于强化加热，使加热段相对延长，加热段与预热段之间的界限也不再十分明显。
在加热高合金钢和易脱碳钢时，预热段温度不允许太高，加热段不能太长，而预热段比一般情况下要长一些，才不致在钢内产生危险的温度应力，为了降低预热段的温度并延长预热带的长度，采用在炉子中段加中间烟道的办法，以便从加热段后引出一部分高温炉气，有的炉子还采取加中间流隔墙的措施，也是为了达到同样的目的。
在炉子的均热段和加热段之间将炉顶压下，是为了使端墙具有一定的高度，以便于安装烧嘴。因此如果全部采用炉顶烧嘴及侧烧嘴，也可以使炉子的结构更加简化，即炉顶完全是平的，上下加热都用安装在平顶和侧墙上的平焰烧嘴。炉温制度可以靠调节烧嘴的供热量来实现，根据供热的多寡可以相当严格的控制各段的温度分布。例如产量低时，可以关闭部分烧嘴，缩短加热段的长度。
2.1.3多点供热的连续加热炉
由于轧机产量不断增加，要求炉子产量也相应增加，原有三段式炉感到供热不足，于是出现了多点供热的连续加热炉。这种炉子的温度制度仍属于三段式温度制度的特点。.如五点供热式的供热点为：均热段、第一上加热、第二上加热、第一下加热、第二下加热。六点供热又多了一个下均热供热点。炉顶平焰烧嘴的作用，使供热点的布置与分配很方便，可以根据材料品种不同，灵活调整各段的供热分配。
表1是一个八点供热炉子各段热量分配。
表1 多点供热加热炉的供热分配
多点供热连续加热炉由于炉温分布更加均匀，料坯所接受的热量大部分是得自后半段，此时料表面的温度还不致造成大量氧化，而是前半段高温区停留的时间相应缩短，烧损也因而下降，还减少了粘连的现象。所以多点供热的炉子加热质量也较好。
2.2机械化炉底加热炉
由于推送式连续加热炉的长度受推料比的限制，以及一些特殊型坯加热的需要，陆续发展了多种机械化炉底炉，如步进式炉、环形炉、辊底式炉、链式炉等。这些炉型的共同点是炉底依靠机械传动，加热的物料随炉底而移动，从装料端往出料端并完成加热过程。
和推送式炉相比，机械化炉底有下列优点：
（1）机械化操作基本上取代了繁重的体力劳动，不会发生拱料、粘连，因此也减少了处理这类事故的劳动。
（2）生产能力大，炉长不受推料比的限制。由于加热条件好，单位炉底面积的产量也比推送式炉高。
（3）加热质量好，物料在炉内的运行速度容易精确控制，可以避免过热和受热不均现象。
（4）可以加热一些推送式加热炉无法加热的异型的、极薄的和很小的料坯。也便于多品种、小批量产品的生产，炉子可以时开时停
（5）自动化程度高，与现代化轧机的配合好
这类炉子的缺点是：金属构件多，多数需用耐热钢制造，投资比较大，有些炉型单位热耗、冷却水耗、电耗均较大。
2.2.1步进式加热炉
步进式炉是各种机械化炉底中使用最广、发展最快的炉型。20世纪70年代以来，各国新建的大型轧机，几乎都配置了步进式炉，就是中小轧机也有不少采用这种炉型。
步进式加热炉的基本特征是料坯在炉底上的移动靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，把放置在固定梁上的料坯一步一步的由进料段到出料端。
移动梁的运动是可逆的，当轧机故障要停炉检修，或因其他情况需要将物料退出炉子时，移动梁可以逆向工作，把料坯由装料端退出炉外。移动梁还可以只作升降运动而没有前进或后退的动作，即在原地踏步，以此来延长物料的加热时间。
从炉子的结构看，步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁步进式炉等。
上加热步进式炉也称步进底式炉，移动梁是耐热金属制作的，固定炉底是耐火材料砌成的。这种炉子基本上没有水冷构件，所以热耗较低。但它只能单面加热，一般用于中小型料坯的加热。
与推送式加热炉一样，由于加热大型钢坯的需要，步进式炉也逐步发展了下加热的方式，出现了上下加热的步进式加热炉。这种炉子相当于把推送式炉的炉底水管改成固定梁和移动梁。固定梁和移动梁都是用水冷立管支撑的。梁也由水冷管构成，外面用耐火可塑料包扎，上面有耐热合金的鞍座式滑轨，类似推送式加热炉的炉底纵水管。炉底是架空的，可以实现双面加热。下加热一般只能用侧烧嘴，因为立柱挡住了烧嘴火焰的方向，如果要采用端烧嘴，需要改变立柱的结构型式。上加热可以用轴向端烧嘴，也可以用侧烧嘴或炉顶烧嘴供热。考虑到轴向烧嘴火焰沿长度方向的温度分布和各段温度的控制，某些大型步进式炉在上加热各段之间的边界上有明显的炉顶压下，而下加热段设有段墙，以免各段之间温度的干扰。
步进式炉的关键设备是移动梁的传动机构。传动方式分机械传动和油压传动两种，机械传动用于早期的小型加热炉上，梁的升降依靠偏心轮带动曲臂杠杆来完成，梁的水平移动有由另一个偏心轮带动曲柄拉杆来完成。这种方式现已经很少采用，目前广泛采用液压传动的方式。现代大型加热炉，使用油压传动机构运行稳定，结构简单，运行速度的控制比较准确，占地面积小，设备重量轻，比机械传动有明显的优点。
和推送式连续加热炉相比，步进式炉具有以下优点：
（1）可以加热各种形状的料坯，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异形坯。
（2）生产能力大，与推送式炉相比，加热等量的料坯，炉子长度可以缩短10%~15%。
（3）炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象。
（4）炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变料坯之间的距离，就可以改变炉内料坯的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每
一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加
热的要求。
（5）单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定。
（6）由于料坯不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要用这些维修费用。
（7）轧机故障或停机时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。
（8）可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程的自动化。
步进式炉存在的缺点，和同样生产能力的推送式炉相比，造价高15%~20%；其次，步进式炉炉底支撑水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的推送式炉。
2.2.2链式加热炉
这种炉子用于叠轧薄板坯和板叠的加热或热处理。
这种炉子结构比较简单，是一种直通式的炉子。烧嘴安装在两侧墙上，略向上倾斜，以免火焰直接冲刷板皮表面。烟气由炉顶上方经烟罩排出车间，很少采用下排烟的。
炉底带有两条运输链带，薄板坯或叠轧薄板放在链带上，借链带的运动通过炉膛被加热。链带运行速度视料坯的厚度和品种而定，一般为每分钟5~52m。
链带是一种片式牵引链，由传动链轮传动，每连个链节装有一个耐热铸钢的钢爪，它支承着被加热的板坯。钢爪的寿命是链式加热炉的薄弱环节，承受的负荷不能太大，因为它在高温和急冷急热下容易变形折断。链式加热炉的加热温度不同，薄板坯加热温度为750~800°C，板叠为700~800°C，硅钢片稍高一些。
链式加热炉一般采用三段加热的炉温制度，通过控制各烧嘴的供热量调节温度分布。由于链式炉内加热的都是薄板坯，要尽可能避免氧化，所以要采用快速加热，低温轧制，并控制炉内为还原气氛。
3热处理炉
轧钢厂轧制的钢材，一部分可以直接作为成品材，还有一部分需要经过热处理，如退火、淬火、回火、正火（常化）、调质处理、渗碳、渗氮、氰化等，才能作为成品材。一般来说，对型材、板材、管材进行热处理的目的是：
（1）改变金属的物理性质和机械性能;
（2）消除压力加工生产的内应力；
（3）降低金属硬度，改善切削性能；
（4）提高金属的表面硬度；
（5）进行化学热处理，达到特殊的要求。
由于物料成分和用途不相同，热处理工艺也不同。
3.1热处理的特点
3.1.1热处理炉的温度范围大
热处理由于工艺要求不同，温度高的可达1300度，低的只有100度左右。温度相差如此之大，其炉子结构也很大不同。炉温高于650度的叫高温热处理炉，热量的传递以辐射方式为主，对流为辅；炉温低于650度的叫低温热处理炉，热量的传递主要依靠对流方式。热处理要求炉膛温度均匀，避免局部温度过高。
3.1.2热处理炉的炉温控制比较严格
热处理炉能否保证热处理工艺所要求的温度，对产品质量有很大影响，一般上下不超过3-10度。被加热物断面上的温度分布应尽可能地均匀，温差不得超过5-15度。就控制炉温而言，电炉比较优越。为了达到准确控制温度的目的，最好均匀地布置烧嘴，这样便于分段控制，烧嘴太少，过于集中，容易出现局部过热。同时，烧嘴或电热体的布置及炉子结构应有利炉气的循环。
3.1.3热处理炉应尽量减少金属的氧化与脱碳
对钢材的热处理，不允许有表面的氧化与脱碳，应保持表面的光洁。热处理炉往往需要密封，以便控制炉气成分，有时还要保持炉膛内某种特定的气氛。例如冷加工钢材的光亮退火，多半在保护气体介质或在真空中进行，所以马弗炉和辐射管在热处理炉上应用很多，当工件或钢材进行化学热处理时，如渗碳、都要保持在一定成分活性介质中加热，须用马弗炉或浴炉。
3.1.4热处理炉的生产率及热效率低
热处理时，为了使金属断面上的温度均匀，使结晶组织转变得完全，需要使金属在炉内停留较长的时间，不论是哪一种热处理，材料在炉内都有一个或几个均热或保温阶段，冷却过程也往往在炉内进行。有些品种的热处理，甚至要进行多次加热、保温冷却。许多热处理炉的周期性作业的，由于以上缘故，热处理炉的生产率和热效率比轧锻加热用炉低得多。
3.2轧钢厂常见的热处理炉
3.2.1中厚板热处理炉
钢板按厚度分为薄板和厚板，4mm以下属于薄板，厚板又可分为中板（4～9mm）、厚板(9～60mm)、特厚板（60mm以上）。中厚板的热处理作业主要是正火（860～900℃）、淬火(860～1000℃）和回火（600～720℃），高温淬火也有加热1150℃的。
厚板的热处理炉大多采用辊底式炉，见图4
3.2.2冷轧薄板热处理
冷轧薄板比热轧薄板表面光滑，厚度均匀，可以轧出质量优良的极薄板材。但是冷轧薄板和带材在轧制过程中会产生加工硬化现象，塑性降低，延伸率降低，往往还在加工过程中就失掉了变形能力，使继续轧制非常困难。这时需要中间退火，将钢加热到Ac1或Ac3以上，这样处理不仅延长加热时间，还使钢的表面产生一层较厚的氧化铁皮，增加了金属烧损和酸洗时间。故一般不用上述中间热处理的方法，而是采用加热到700℃左右的高温回火，同样可以保证继续冷加工所要求的塑性。
冷轧带钢的再结晶退火，不论采用间歇式炉或连续作业路。必须保证气氛，使炉内保持无氧化性。
3.2.2.1罩式退火炉
被加热物在罩内加热的一种周期性工作的热处理炉。主要用于薄板垛或钢卷的退火处理，罩式炉通常由外罩、内罩和炉台组成。被加热物放置在内罩(马弗罩)内,在内罩与外罩之间供热。一般往内罩里通入控制气氛。加热、保温、缓冷过程完成后，吊走外罩，板垛或钢卷便在内罩内冷却；待冷却到给定温度后，去掉内罩，板材或钢卷在空气中冷却,然后卸料。
罩式炉的加热方式发展过程：明火径向烧嘴→辐射管加热→平焰烧嘴直接加热
3.2.2.2连续退火炉
罩式炉不能满足某些钢种热处理的要求，同时，连续式轧机的发展对热处理也提出连续化的要求；钢卷的周期性退火的周期长，质量不均匀。因此牵引式连续退火装置得到了迅速发展。
图5是不锈钢带热处理用悬索式炉
图6塔式连续退火装置
1、加热带
2、均热带
3、冷却控制器
4、快速冷却带
5、吹洗
图6是一个塔式连续退火装置。钢带在冷轧以后经过电解清洗，直接连续地通过退火炉，加热到约700℃时，很快完成了再结晶过程，先缓冷再急冷，急冷是为了提高钢板的表面硬度。整个操作过程成一条连续的流水线，加热冷却都是在保护气氛下进行的。在退火炉的前面有一套松卷、碱洗、电解清洗、冲洗、烘干装置和若干张力辊，在退火炉后面还有一套检验、剪切、卷取装置，全部作业是连续的。
这些基本上都是用辐射管加热，它的能耗比电加热低。
连续退火炉与罩式炉相比有一系列特点：（1）设备造价低，占地面积小；（2）退火周期短，机组产量高，热利用率高；（3）操作简单，容易维护，易于实现生产的自动化；（4）产品质量好，表面光亮，缺陷少，钢带容易平整；（5）省去中间酸洗工序，消除了盐酸酸雾的污染。缺点是产品规格单一，只能适应一定厚度和宽度范围的钢带。
结语：
通过上述文章我们能够更加深刻的了解到加热设备在冶金行业中的重要，合理的选用加热设备可以使我们可以消耗最少的材料获得最大的利益，而加热设备的未来必定是大型化，多功能、优质高产、低消耗，无公害、操作高度自动化的趋势，所以我们要不断创新去推动其发展。
参考文献：
【1】蔡乔方主编.《加热炉》北京.冶金工业出版社 2012 【2】戚翠芬主编.《加热炉》北京.冶金工业出版社 2010 【3】田乃媛.《薄板坯连铸连轧》北京.冶金工业出版社 2009
加热缺陷的产生与预防 摘要：金属坯在轧制和锻造前要进行加热，主要是为了提高金属的塑性，使金属锭坯或坯内外温度均匀，改变金属的结晶组织。金属的加热质量直接影响到轧制的质量、产量、能源消耗和轧机的寿命，在加热过程中可能出现的加热缺陷会影响锭坯质量，及时找出造成缺陷的原因与预防缺陷产生极其重要。本论文研究和讨论的就是加热时产生的缺陷、产生缺陷的原因，以及预防的措施。研究本课题能更好的解决实际生产过程中遇到的问题，从而提高钢的质量，提高产量，提高生产效率，降低生产成本，增加效益。 关键字：加热缺陷产生，产生原因，预防措施 前言 在钢铁行业不断发展的今天，竞争愈演愈烈，所以为了获得更好效益就必须提高钢材质量，降低生产成本。在生产过程中就要避免各种缺陷的产生，降低原材料，能源等的消耗，提高成材率，提高产品质量，这样才能在竞争激烈的市场经济中占据一席之地。 1加热缺陷的类型 在加热过程中，炉子的温度和气氛必须调整得当，如果操作不当，会出现各种加热缺陷，如氧化、脱碳、过热、过烧等。这些缺陷影响金属的加热质量，重则造成废品。 1.1钢的氧化 1.1.1氧化的概念 钢在高温炉内加热时，由于炉气中含有大量的O2、CO2、H2O，钢的表面层要发生氧化，生成致密的氧化物积累下来形成氧化铁皮。氧化不仅会造成钢的直接损失，而且氧化产生的氧化铁皮堆积在炉底上，特别是实炉底部分，不仅腐蚀耐火材料，影响炉体寿命。氧化铁皮如图1 图1 1.1.2氧化铁皮的生成 钢在常温下也会氧化生锈，在干燥的条件下，这一氧化过程是很缓慢的；到了200到300度，表面会生成氧化膜，但如果湿度不大，这时氧化比较慢的；温度继续升高，氧化的速度也随之加快，到了1000℃以上，氧化过程开始激烈进行；当温度超过1300℃以后，氧化铁皮开始熔化，氧化进行得更加剧烈；如果以900℃时烧损量为1，则1000℃为2，1100℃时为3.5，1300℃时为7。温度和氧化烧损的关系如表1； 表1
钢的加热工艺 一、钢的加热工艺制度 加热工艺制度包括加热温度、加热速度、加热时间、加热制度等。 1、加热温度 钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕出炉时的表面温度。确定钢的加热温度不仅要根据钢种的性质，而且还要考虑到加工的要求，以获得最佳的塑性，最小的变形抗力，从而有利于提高轧制的产量、质量，降低能耗和设备磨损。实际生产中加热温度主要由以下几方面来确定。 ①加热温度的上限和下限 碳钢和低合金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图。当钢处于奥氏体区其塑性最好，加热温度的理论上限应当是固相线AE（1400~1530℃），实际上由于钢中偏析及非金属夹杂物的存在，加热还不到固相线温度就可能在晶界出现熔化而后氧化，晶粒间失去塑性，形成过烧。所以钢的加热温度上限一般低于固相线温度100~150℃。碳钢的最高加热温度和 图3-1 Fe-C合金状态图（其中指出了加热温度界限） 1—锻造的加热温度极限；2—常化的加热温度极限； 3—淬火时的温度极限；4—退火的温度极限
理论过烧温度见表1-1。加热温度的下限应高于A c3线30~50℃。根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。终轧温度对钢的组织和性能影响很大，终轧温度越高，晶粒集聚长大的倾向越大，奥氏体的晶粒越粗大，钢的机械性能越低。所以终轧温度也不能太高，最好在850℃左右，不要超过900℃，也不要低于700℃。 表1-1 ②加热温度与轧制工艺的关系 实际生产中，钢的加热温度还需结合压力加工工艺的要求。如轧制薄钢带时为满足产品厚度均匀的要求，比轧制厚钢带时的加热温度要高一些；坯料大加工道次多要求加热温度高些，反之小坯料加工道次少则要求加热温度低些等。这些都是压力加工工艺特点决定的。 高合金钢的加热温度则必须考虑合金元素及生成碳化物的影响，要参考相图，根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。 目前国内外有一种意见，认为应该在低温下轧制，因为低温轧制所消耗的电能，比提高加热温度所消耗的热能要少，在经济上更合理。 2、加热速度 钢的加热速度通常是指钢在加热时，单位时间内其表面温度升高的度数，单位为℃/h。有时也用加热单位厚度钢坯所需的时间（min/cm）；或单位时间内加热钢坯的厚度（cm/min）来表示。钢的加热速度和加热温度同样重要。下面分述它们对加热速度的影响： A 在加热初期，钢坯表面与中心产生温度差。表面的温度高，热膨胀较大，中心的温度低，热膨胀较小。而表面与中心是一块不可分割的金属整体，所以膨胀较小的中心部分将限制表面的膨胀，使钢坯表面部分受到压应力；同时，膨胀较大的表面部分将强迫中心部分和它一起膨胀，使中心受到拉应力。这种应力叫做“温度应力”或“热应力”。显然，从断面上的应力分布来看，表面与中心处的温度应力都是最大的，而在表面与中心之间的某层金属则既不受到压应力也不受到拉应力。可以证明，钢坯加热时的温度应力曲线与温度曲线一
内蒙古科技大学 过程控制课程设计论文 题目：钢坯加热炉温度控制系统 学生姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师：
目录 钢坯加热炉温度控制系统设计摘要 (1) 第一章引言 (2) 1.1加热炉温度控制技术的发展 (2) 1.2 加热炉一般结构与控制原理 (3) 1.3加热炉生产工艺 (4) 第二章加热炉温度控制系统 (5) 2.1串级系统控制概述 (5) 2.2 温度控制系统概述 (6) 2.3 加热炉炉温基本控制方案 (6) 2.3.1 炉温基本控制方案一 (6) 2.3.2 炉温基本控制方案二 (7) 2.3.1 炉温控制改进方案 (8) 2.4调节器正反作用的确定 (9) 2.4.1副调节器作用方式的确定 (9) 2.4.2主调节器作用方式的确定 (9) 第三章仪器选型 (10) 3.1温度传感器的选择 (10) 3.2流量变送器的选择 (10) 3.3执行器选择 (11) 3.4调节器的选择 (11) 第四章总结 (13) 参考文献 (14)
钢坯加热炉温度控制系统设计 摘要 加热炉是冶金行业生产环节中重要的热工设备。加热的目的之一是提高钢的塑性。钢在冷态下可塑性很低，为了改善钢的热加工条件，必须提高钢的塑性。一般来说，钢的热加工温度越高，钢的可塑性越好。钢的加热温度越低，加工所消耗的能量越大，轧机的磨损也越快，而且温度过低时还容易发生断辊事故。加热的另外一个目的是使钢的内外温度均匀。由于板坯内外的温差，使得金属内部产生应力，这样经过轧制过程后容易造成质量缺陷和废品。通过加热炉的均热使断面上温差缩小，避免出现危险的温度应力。板坯的加热质量直接影响到钢材的质量、产量、能源消耗以及轧机寿命。正确的加热工艺可以提高钢的塑性，降低热加工时的变形抗力，及时为轧机提供加热质量优良的板坯，保证轧机生产顺利进行。反之，如加热工艺不当，例如加热温度过高，会发生板坯过热、过烧，轧制时就要造成废品。 加热炉的燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的非线性分布参量的随机过程。对于这种复杂的控制对象，即使是经验丰富的操作人员，也很难全面考虑各种因素的影响，准确地控制燃烧过程，造成炉温经常偏高或偏低，这些都严重影响了加热炉加热质量和燃耗，甚至影响正常生产。 加热炉的生产任务是按轧机的轧制节奏将钢材加热到工艺要求的温度水平和加热质量，并在优质高产的前提下，尽可能地降低燃料消耗，减少氧化烧损。连续加热炉的操作水平直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，钢坯的出炉温度要求在 1 150～1 250℃，靠操作工人调节阀门来控制炉温的效果很差，粘钢和硬断轧辊的事故时有发生，而且能源消耗特别大，所以国内外关于加热炉自动控制的研究一直受到重视，发展得比较快，也取得了较为丰硕的成果。 关键字：加热炉、温度控制、过程控制
钢坯加热不均的讨论 钢坯上各点加热温度不一致的现象叫做钢坯的加热不均。这种钢坯温度不均的现象一般表现在以下几个方面：一是钢坯上下温度不均，一般称为“阴阳面”。我们通常把温度低的一面称为阴面，把温度高的一面称为阳面。有“阴阳面”的钢坯在轧制过程中，容易产生弯曲和扭转现象，严重时会发生顶坏导卫板和缠辊事故。 二是钢坯的内外温度不均。通常是由于加热速度过快、加热时间过短，从而形成钢的表面温度高而钢的中心部分温度低的状态，我们一般称之为“黑心钢”。轧制“黑心钢”时会造成钢的延伸不均，使轧件产生应力，并容易产生裂纹，有时因为钢的内部温度过低，还会导致发生断辊的生产事故。 三是沿钢坯长度方向上的温度不均。轧制这种钢坯时轧机的辊跳值发生波动，造成轧件在长度方向上的尺寸不一致，给成品尺寸的公差控制带来困难。 防止钢坯加热不均可以采用以下措施： 1、控制钢坯的加热速度，确保加热时间。防止因速度过快、 时间过短造成钢坯的内外温差大，要尽量在低温阶段使 钢温达到一定温度后再考虑提高加热速度； 2、经常观察加热炉内钢坯的温度分布情况，正确调整加热 炉的温度，使沿炉宽各点的温度尽量保持均匀，以减少
坯料长度方向上的温度差； 3、均热段要有足够的保温时间，使钢坯的内外温差减小， 以保证在钢坯断面上的温度均匀； 4、在供热条件上（烧嘴的布置上）要保证钢坯的均匀受热。 由于燃料燃烧时热气流上升，所以炉内下加热的供热条 件比上加热差，因此在热负荷的分配上要注意下加热的 供热能力，确保下加热的温度比上加热温度高30℃左 右，以减少上下面的温度差； 5、采用无水冷滑轨或实底的均热床，尽量清除炉筋管处钢 坯的“黑印”； 6、采用炉体结构相对合理的加热炉，尽量增加钢坯受热面 的数量。如：以双面加热的推钢式加热炉（两个受热面）代替以单面加热的推钢式加热炉（一个受热面）；以步 进底式炉（三个受热面）代替双面加热的推钢式加热炉； 以步进梁式炉（四个受热面）代替步进底式炉等。 棒材厂：熊斌
钢的加热工艺 一、钢的加热缺陷 钢在加热过程中，炉子的温度和气氛必须调整得当，如果操作不当，会出现各种加热缺陷，如氧化、脱碳、过热、过烧等。这此缺陷影响钢的加热质量，重则造成废品，所以加热过程中必须严格执行工艺，避免上述缺陷产生。 (一)钢的氧化及其影响因素 钢在高温炉内加热时，由于炉气中含有大量的O2、CO2、H2O（六轧厂使用的燃气为高炉煤气，主要由可燃成分CO、H2、CH4和不可燃成分CO2、N2组成，其中CO占30%左右，H2和CH4的数量很少，高炉煤气含有大量的CO2和N2，约占60%～70%）。钢的表面层要发生氧化。氧化不仅造成钢的直接损失——成材率下降，而且在除鳞不净的情况下轧制会将氧化铁屑压入钢的表面而造成成品钢材表面麻点缺陷。如果氧化层过深，会使钢锭的皮下气泡暴露，轧后造成废品。氧化铁皮的导热系数比钢低，所以钢表面上覆盖了氧化铁皮，双恶化了传热条件，降低了炉子生产率，增加了能源的消耗。 钢的氧化影响因素有：加热温度、加热时间、炉气成分、钢的成分，这此因素中加热温度、炉气成分、钢的成分对氧化速度有较大的影响，而加热时间主要影响钢的烧损量。 1、加热温度的影响： 因为氧化是一种扩散的过程，所以温度的影响非常显著，温度愈高，扩散愈快，氧化速度愈大，常温下钢的氧化速度非常缓慢，600℃以上时开始有显著变化，钢温达到900℃以上时，氧化速度急剧增长，氧化铁皮生成量与温度之间有如下关系： 钢温/℃900 1000 1100 1200 烧损量比值 1 2 3.5 7 2、钢的成分： 对于碳素钢随其C含量的增加，钢的烧损量有所下降，这是由于钢中的C 氧化后，部分生成CO而阻止了氧化性气体向钢内扩散的结果，因此在同样的 加热条件下，高碳钢相对低碳钢的烧损要轻。合金元素如Cr、Ni等极易被氧化成为相应的氧化物，但是由于它们生成的氧化物薄层组织结构十分致密又很稳 定，这一薄层氧化膜起到了防止钢的内部基体免遭再氧化的作用，因此铬钢、 铬镍钢、铬硅钢等都具有很好的搞高温氧化的性能。 3、加热时间的影响： 在同样的条件下，加热时间越长，钢的氧化烧损量就越多，所以加热时应尽可能缩短加热时间。 (二)脱碳 钢在加热时，在生成氧化铁皮的基础上，由于高温炉气的存在和扩散作用，未氧化的钢表面层中的碳原子向外扩散，炉气中的氧原子也透过氧化铁皮向里扩散，当二种扩散会合时，碳原子被烧掉，导致未氧化的钢表面层中化学成分贫碳，这种现象叫做脱碳。 碳是决定钢性质的主要元素之一，脱碳使钢的硬度、耐磨性、疲劳强度、冲击韧性、使用寿命等力学性能显著降低。对工具钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、高碳钢等
钢坯加热工艺 加热工艺制度包括加热温度、加热速度、加热时间、加热制度等。 一、加热温度 钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕出炉时的表面温度。确定钢的加热温度不仅要根据钢种的性质，而且还要考虑到加工的要求，以获得最佳的塑性，最小的变形抗力，从而有利于提高轧制的产量、质量，降低能耗和设备磨损。实际生产中加热温度主要由以下几方面来确定。 A 加热温度的上限和下限 图1-1 Fe-C合金状态图（其中指出了加 热温度界限）
碳钢和低合金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图（图1-1）。当钢处于奥氏 体区其塑性最好，加热温度的理论上限应当是固相线AE （1400~1530℃），实际上由于钢中偏析及非金属夹杂物的存在，加热还不到固相线温度就可能在晶界出现熔化而后氧化，晶粒间失去塑性，形成过烧。所以钢的加热温度上限一般低于固相线温度100~150℃。碳钢的最高 线30~50℃。加热温度和理论过烧温度见表3-1。加热温度的下限应高于A c3 根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。终轧温度对钢的组织和性能影响很大，终轧温度越高，晶粒 集聚Array长大 的倾 向越 大， 奥氏
度还需结合压力加工工艺的要求。如轧制薄钢带时为满足产品厚度均匀的要求，比轧制厚钢带时的加热温度要高一些；坯料大加工道次多要求加热温度高些，反之小坯料加工道次少则要求加热温度低些等。这些都是压力加工工艺特点决定的。 高合金钢的加热温度则必须考虑合金元素及生成碳化物的影响，要参考相图，根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。 目前国内外有一种意见，认为应该在低温下轧制，因为低温轧制所消耗的电能，比提高加热温度所消耗的热能要少，在经济上更合理。 二、加热速度 钢的加热速度通常是指钢在加热时，单位时间内其表面温度升高的度数，单位为℃/h。有时也用加热单位厚度钢坯所需的时间（min/cm）；或单位时间内加热钢坯的厚度（cm/min）来表示。钢的加热速度和加热温度同样重要。在操作中常常由于加热速度控制不当，造成钢的内外温差过大，钢的内部产生较大的热应力，从而使钢出现裂纹或断裂。加热速度愈大，炉子的单位生产率愈高，钢坯的氧化、脱碳愈少，单位燃料消耗量也愈低。所以快速加热是提高炉子各项指标的重要措施。但是，提高加热速度受到一些因素的限制，对厚料来说，不仅受炉子给热能力的限制，而且还受到工艺上钢坯本身所允许的加热速度的限制，这种限制可归纳为在加热初期断面上温差的限制，在加热末期断面上烧透程度的限制和因炉温过高造成加热缺陷的限制。下面分述它们对加热速度的影响： A 在加热初期，钢坯表面与中心产生温度差。表面的温度高，热膨胀较大，中心的温度低，热膨胀较小。而表面与中心是一块不可分割的金属
轧钢高线车间工艺操作规程 目录
1.上料工工艺规程 2 2.一号台操作工工艺规程 3 3.二号台操作工工艺规程 5 4.加热工工艺规程 6 5.三号台操作工工艺规程 19 6.粗轧调整工工艺规程 32 7.高线中轧调整工工艺规程 35 8. 高线预精轧350轧机调整工工艺规程 37 9. 高线预精轧2架轧机及精轧调整工工艺规程 39 10 A线双模块轧钢调整工工艺规程 54 11导卫工工艺规程 58 12装配工工艺规程 62 13风冷线管理工工艺规程 65 14集卷双芯棒操作工工艺规程 66 15头尾在线剪切工工艺规程 67 16打捆工工艺规程 68 17.盘卷称重工工艺规程 69 18标牌打印工工艺规程 70 19挂牌工工艺规程 70 20卸卷操作工工艺规程 71 21成品管理与码垛工工艺规程 71 22轧辊车工工艺规程 72 23铣工工艺规程 75 24样板工工艺规程 77 25辊环磨工工艺规程 78 工艺操作规程 1.上料工工艺规程 1.1岗位名称：上料工 1.2岗位职责：负责配合质量站检查验收入厂钢坯，并据质保书将钢坯堆放在批定垛位。对库存进行管理，对钢坯进行组坯入炉跑号，对不合格钢坯进行剔除。 1.3岗位工艺流程: 1.框图 2.工艺概述:炼钢厂连铸车间运送过来的钢坯,有冷坯和热坯经检查合格后,需要轧制的直接放在步进式上料台架上,经上料机构逐根向前移动移至挡钢钩，挡钢钩落下时单支落到钢槽。再由拨钢机逐根转入进炉辊道向前运行，辊道间有测长辊，用于钢坯测量。入炉辊道两侧有剔废装置如有弯曲、超差、超长、超短、脱方等不合格钢坯，经剔废装置剔出到剔废平台上，多根再一起吊走。合格钢坯逐步在入炉辊道上运行至步进炉内的悬臂辊上，经液压推钢机推入步进炉的静梁上。
轧钢生产工艺流程介绍 1、棒材生产线工艺流程 钢坯验收f加热f轧制f倍尺剪切f冷却f剪切f检验f包装f计量f入库 (1)钢坯验收=钢坯质量是关系到成品质量的关键，必须经过检查验收。 ①、钢坯验收程序包括：物卡核对、外形尺寸测量、表而质量检查、记录等。 ②、钢坯验收依据钢坯技术标准和内控技术条件进行，不合格钢坯不得入炉。 (2)、钢坯加热 钢坯加热是热轧生产工艺过程中的重要工序。 ①、钢坯加热的目的 钢坯加热的目的是提高钢的塑性，降低变形抗力，以便于轧制；正确的加热工艺，还可以消除或减轻钢坯内部组织缺陷。钢的加热工艺与钢材质量、轧机产量、能量消耗、轧机寿命等各项技术经济指标有直接关系。 ②、三段连续式加热炉 所谓的三段即：预热段、加热段和均热段。 预热段的作用：利用加热烟气余热对钢坯进行预加热，以节约燃料。(一般预加热 到 300?450°C) 加热段的作用：对预加热钢坯再加温至1150?1250°C,它是加热炉的主要供热段，决定炉子的加热生产能力。 均热段的作用：减少钢坯内外温差及消除水冷滑道黑印，稳定均匀加热质量。 ③、钢坯加热常见的几种缺陷 a、过热钢坯在高温长时间加热时，极易产生过热现象。钢坯产生过热现象主要表现在钢的组织晶粒过分长大变为粗晶组织，从而降低晶粒间的结合力，降低钢的可塑
性。过热钢在轧制时易产生拉裂，尤其边角部位。轻微过热时钢材表面产生裂纹， 影响钢材表而质M和力学性能。 为了避免产生过热缺陷，必须对加热温度和加热时间进行严格控制。 b、过烧 钢坯在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织，同时晶粒边界上的低熔点非金属化 合物氧化而使结晶组织遭到破坏，使钢失去应有的强度和塑性，这种现象称为过 烧。 过烧钢在轧制时会产生严重的破裂。因此过烧是比过热更为严重的一种加热缺陷。 过烧钢除重新冶炼外无法挽救。 避免过烧的办法：合理控制加热温度和炉内氧化气氛，严格执行正确的加热制度和 待轧制度，避免温度过高。 ( C、温度不均 钢坯加热速度过快或轧制机时产量大于加热能力时易产生这种现象。温度不均的钢坯，轧制时轧件尺寸精度难以稳定控制，且易造成轧制事故或设备事故。 避免方法：合理控制炉温和加热速度；做好轧制与加热的联系衔接。 d、氧化烧损 钢坯在室温状态就产生氧化，只是氧化速度较慢而己，随着加热温度的升高氧化速度加快，当钢坯加热到1100-1200°C时，在炉气的作用下进行强烈的氧化而生成氧化铁皮。氧化铁皮的产生，增加了加热烧损，造成成材率指标下降。 减少氧化烧损的措施：合理加热制度并正确操作，控制好炉内气氛。 e、脱碳 钢坯在加热时，表面含碳量减少的现象称脱碳，易脱碳的钢一般是含碳量较高的优
一、项目背景及需求 某钢厂现有一钢坯加热产线需要对钢坯加热的温度进行测量以提高钢坯的塑性，加热温度需要控制在850℃左右，不能超过900℃。需要解决现有的点位仪测温范围局限以及测温过程中测温人员的人身安全等问题，要求设备可靠、耐用、操作简便。我司为多家大型钢铁厂提供了行之有效的红外热成像可行性冶金钢包、高炉、回转窑、铁水罐、鱼雷罐、热风炉等红外监控方案，深入解决了多家冶金行业客户的难题，获得了客户的广泛信赖，更多详细方案介绍、业绩及技术咨询可至我司官网，我司致力于为冶金行业智能化、自动化贡献更多力量，携手冶金行业客户共赢未来。 钢坯加热 项目现场图
二、系统检测原理 需要选用某一仪器仪表对加热的钢坯进行测温，以保证钢坯加热的温度；测温方式简单、安全： 测温范围：最高温不超过900℃； 测温精度：高于5.8％ 红外热像仪是一种通过被动接收被测物的红外辐射，通过接收的红外辐射来进行成像、测温的仪器；使用红外热像仪测温可以远离被测热源，同时还能够获得被测物的全幅热像图，在视场范围内的每一个点的温度都可以得到，避免了点温仪测温以点代面易出现误判的问题。 三、系统特点 红外热像仪配套软件支持测温对象的编辑，可以在测量的画面内添加任意多边形选择框框选被测物以屏蔽其他区域内温度的影响。同时、设定温度预警值当钢坯的温度，高于或者低于某一温度值时即发出告警，提醒工作人员注意，保证钢坯加热温度的稳定性。 具体的温度值的设定可根据现行实际进行调整、修改。 不同的测温对象 四、用户效益
连续化、自动化是工业生产效率的保障。为了提高生产效率，可以通过红外热像仪的一路开关信号输出与钢坯加热装置的传到装置进行联动。当传动装置将钢坯传动到合适的加热位置之后开始加热，同时热像仪开始测温，当钢坯的温度加热到合适的温度之后，热像仪给出开关信号，加热设备的传动装置收到这个开关信号之后，将钢坯传动出来。 红外热像仪是高性能、高准确度的在线式测温型红外热像仪，其选用进口探测器，工作稳定、性能卓越，配合独有的测温校正算法、易用的用户界面以及多样的测温范围选择成为众多测温领域的首选应用。其中X384D1000系列热像仪的测温范围100℃-1000℃，测温精度±2％能够很好满足该项目的需求。 格物优信为多家大型钢铁厂提供了行之有效的红外热成像可行性冶金钢包、鱼雷罐、转炉、电炉、高炉、料面、烧结、铁水罐、热风炉、热风支管、连铸、矿热炉、铁水包等红外监控预警方案，深入解决了多家冶金行业客户的难题，获得了客户的广泛信赖，更多详细方案介绍、业绩及技术咨询可至我司官网，我司致力于为冶金行业智能化、自动化贡献更多力量，携手冶金行业客户共赢未来。
钢坯加热温度范围的制定 摘要：钢的加热对于钢材质量、产量、能耗以及机械寿命等都直接相关，采取正确的加热温度可以提高钢的塑性，降低热加工时的变形抗力按时为轧制机械提供加热质量优良的钢坯，以保证轧制优质、高产低耗。反之，如果加热不当则可能会造成过热过烧、加热不均等缺陷，严重影响钢材的质量，同时会使设备磨损增加动力的消耗。由此可见加热温度范围制定的重要性。为此我们应当掌握加热工艺的基本知识，参考铁碳相图、塑性图、及变形抗力图等资料，分析不同因素对加热温度的影响才能综合确定以便能够正确制定钢的加热温度，尽量防止加热缺陷的产生。以便获得良好的钢材质量和组织性能。 关键词：加热温度加热工艺奥氏体合金元素 前言 随着钢材生产技术的不断发展及市场对钢材产品质量要求的不断提高，在激烈竞争的条件下，为了获得良好的钢材表面质量和组织性能，对加热工艺、热处理工艺及加热温度制定的研究和应用就显得非常重要了。 1钢坯的加热温度 1.1钢坯加热温度的概念 钢的加热温度就是指钢料在炉内加热终了出炉时钢料表面的温度。 1.2 钢坯加热的目的 （1）提高钢的塑性，以降低钢在热加工时的变形抗力，从而减少轧制中轧辊的磨损和断辊等机械设备事故。 （2）使钢锭内外温度均匀，初轧前在均热炉中对钢锭的加热主要目的就是为了缩小表面和中心的温差，以避免由于温度过大而造成成品的严重缺陷和废品。
（3）改变金属的结晶组织或消除加工时所形成的内应力。轧材成品经过加热退火或常化等热处理过程后可以等到所要求的金相组织，从而使成材的机械性能得到了很大的提高。有时钢锭在浇铸过程中会带来组织缺陷：比如高速钢中组织的偏析，通过高温下长时间保温后，就可以消除或减轻这类缺陷。 1.3钢坯的最高加热温度、最低加热温度 根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程的热损失及工艺要求，便可确定钢的最低加热温度。 确定最高加热温度按照固相线以下100～150℃而定。下表1为碳钢的最高加热温度（Tm）和理论过烧温度T与含碳量间的值，其间大致关系如表1： Tm＝0.95T℃ 表1 1.4不同钢种的加热温度 1.4.1优质碳素结构钢 对优质结构碳素钢选择加热温度时，除参考铁碳平衡相图外还要考虑钢表面脱碳问题，为了不至使脱碳层超出规定的标准，应适当降低一些加热温度。钢的加热温度也不应该过低，即加热温度的下线应保证终轧温度在奥氏体区即一般为A 以上30～50°C，固相线以下100～150°C左右的地方。终轧温度对钢的组织和c3 性能影响很大。一般来说终轧温度越高晶粒集聚长大的倾向越大，而奥氏体晶粒
轧钢生产工艺流程 1、棒材生产线工艺流程 钢坯验收→加热→轧制→倍尺剪切→冷却→剪切→检验→包装→计量→入库 (1)钢坯验收〓钢坯质量是关系到成品质量的关键，必须经过检查验收。 ①、钢坯验收程序包括：物卡核对、外形尺寸测量、表面质量检查、记录等。 ②、钢坯验收依据钢坯技术标准和内控技术条件进行，不合格钢坯不得入炉。 (2)、钢坯加热 钢坯加热是热轧生产工艺过程中的重要工序。 ①、钢坯加热的目的 钢坯加热的目的是提高钢的塑性，降低变形抗力，以便于轧制；正确的加热工艺，还可以消除或减轻钢坯内部组织缺陷。钢的加热工艺与钢材质量、轧机产量、能量消耗、轧机寿命等各项技术经济指标有直接关系。 ②、三段连续式加热炉 所谓的三段即：预热段、加热段和均热段。 预热段的作用：利用加热烟气余热对钢坯进行预加热，以节约燃料。（一般预加热到300～450℃） 加热段的作用：对预加热钢坯再加温至1150～1250℃，它是加热炉的主要供热段，决定炉子的加热生产能力。 均热段的作用：减少钢坯内外温差及消除水冷滑道黑印，稳定均匀加热质量。 ③、钢坯加热常见的几种缺陷 a、过热 钢坯在高温长时间加热时，极易产生过热现象。钢坯产生过热现象主要表现在钢的组织晶粒过分长大变为粗晶组织，从而降低晶粒间的结合力，降低钢的可塑性。 过热钢在轧制时易产生拉裂，尤其边角部位。轻微过热时钢材表面产生裂纹，影响钢材表面质量和力学性能。 为了避免产生过热缺陷，必须对加热温度和加热时间进行严格控制。 b、过烧 钢坯在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织，同时晶粒边界上的低熔点非金属化合物氧化而使结晶组织遭到破坏，使钢失去应有的强度和塑性，这种现象称为过烧。 过烧钢在轧制时会产生严重的破裂。因此过烧是比过热更为严重的一种加热缺陷。过烧钢除重新冶炼外无法挽救。 避免过烧的办法：合理控制加热温度和炉内氧化气氛，严格执行正确的加热制度和待轧制度，避免温度过高。 c、温度不均 钢坯加热速度过快或轧制机时产量大于加热能力时易产生这种现象。温度不均的钢坯，轧制时轧件尺寸精度难以稳定控制，且易造成轧制事故或设备事故。 避免方法：合理控制炉温和加热速度；做好轧制与加热的联系衔接。 d、氧化烧损 钢坯在室温状态就产生氧化，只是氧化速度较慢而已，随着加热温度的升高氧化速度加快，当钢坯加热到1100—1200℃时，在炉气的作用下进行强烈的氧化而生成氧化铁皮。氧化铁皮的产生，增加了加热烧损，造成成材率指标下降。 减少氧化烧损的措施：合理加热制度并正确操作，控制好炉内气氛。
钢坯加热工艺 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
钢坯加热工艺 加热工艺制度包括加热温度、加热速度、加热时间、加热制度等。 一、 加热温度 钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕出炉时的表面温度。确定钢的加热温度不仅要根据钢种的性质，而且还要考虑到加工的要求，以获得最佳的塑性，最小的变形抗力，从而有利于提高轧制的产量、质量，降低能耗和设备磨损。实际生产中加热温度主要由以下几方面来确定。 A 加热温度的上限和下限 碳钢和低合 图1-1 Fe-C 合金状态图（其中指出了加热温度界限） 1—锻造的加热温度极限；2—常化的加热温度极限； 3—淬火时的温度极限； 4—退火的温度极限 表1-1 碳钢的最高加热温度和理论过烧温度 含碳量（%） 最高加热温度（℃） 理论过烧温度（℃） 0.1 0.2 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1350 1320 1250 1180 1120 1080 1050 1490 1470 1350 1280 1220 1180 1140
金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图（图1-1）。当钢处于奥氏 体区其塑性最好，加热温度的理论上限应当是固相线AE （1400~1530℃），实际上由于钢中偏析及非金属夹杂物的存在，加热还不到固相线温度就可能在晶界出现熔化而后氧化，晶粒间失去塑性，形成过烧。所以钢的加热温度上限一般低于固相线温度100~150℃。碳钢的最高加热温度和理论过烧温度见表3-1。加热温度的下限应高于A c3线30~50℃。根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。终轧温度对钢的组织和性能影响很大，终轧温度越高，晶粒集聚长大的倾向越大，奥氏体的晶粒越粗大，钢的机械性能越低。所以终轧温度也不能太高，最好在850℃左右，不要超过900℃，也不要低于700℃。 B 加热温度与轧制工艺的关系 上面讨论的仅是确定加热温度的一般原则。实际生产中，钢的加热温度还需结合压力加工工艺的要求。如轧制薄钢带时为满足产品厚度均匀的要求，比轧制厚钢带时的加热温度要高一些；坯料大加工道次多要求加热温度高些，反之小坯料加工道次少则要求加热温度低些等。这些都是压力加工工艺特点决定的。 高合金钢的加热温度则必须考虑合金元素及生成碳化物的影响，要参考相图，根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。 目前国内外有一种意见，认为应该在低温下轧制，因为低温轧制所消耗的电能，比提
钢坯轧制过程温度确定的研究 不同的钢种、不同的板坯规格、采用不同的轧机型式，以不同的轧制速度进行轧制，对于轧制不同厚度的成品而言，要求采用不同的钢坯加热温度和和钢坯的加热时间。本文以成品不同温度时的晶相组织为依据，结合不锈钢轧制时的热应力分析，再参考铁碳相图，制定成品不同厚度的终轧温度，再通过建立轧制过程热模型，反算出板坯的出炉温度，从而对各种形式的加热和轧制提供加热依据。 1、不锈钢加热温度的确定依据 对于金属的压力加工来说，金属轧制前的加热，是为了获得良好的塑性和较小的变形抗力，加热温度主要根据加工工艺要求，由金属的塑性和变形抗力等性质来确定。不同的热加工方法，其加热温度也不一样。 金属的塑性和变形抗力主要取决于金属的化学成份、组织状态、温度及其它变形条件。其中，温度影响的总局势是，随温度升高，金属的塑性增加，变形抗力降低，这是因为温度升高，原子热运动加剧，原子间的结合力减弱，所以变形抗力降低，同时可增加新的滑移系，以及热变形过程中伴随回复再结晶软化过程，这些都提高了金属的塑性变形能力。但是，随着温度的升高，金属的塑性并不直线上升的，因为相态和晶粒边界同时也发生了变化，这种变化又对塑性产生影响。 钢的加热温度不能太低，必须保证钢在压力加工的末期仍能保持一定的温度（即终轧温度）。由于奥氏体组织的塑性最好，如果在单相奥氏体区域内加工，这时金属的变形抗力最小，而且加工后的残余应力最小，不会出现裂纹等缺陷。这个区域对于碳素钢来说，就是在铁碳平衡图的AC3以上30-50℃，固相线以下100-150℃的地方，根据终轧温度再考虑钢在出炉和加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。钢的终轧温度对钢的组织和性能影响很大，终轧温度越高，晶粒集聚长大的倾向越大，奥氏体的晶粒越粗大，钢的机械性能越低。所以终轧温度也不能太高，根据铁碳相图最好在850℃左右，最好不要超过900℃，也不要低于700℃。 金属的加热温度，一般来说需要参考金属的状态相图、塑性图及变形抗力图等资料综合确定。确定轧制的加热温度要依据固相线，因为过烧现象和金属的开始熔化温度有关。钢内如果有偏析、非金属夹杂，都会促使熔点降低。因此，加热的最高温度应比固相线低100-150℃。 不锈钢属于一种高合金钢，钢中含有较多的合金元素，合金元素对钢的加热温度也有一定的影响，一是合金元素对奥氏体区域的影响，二是生成碳化物的影响。 对于不锈钢中合金元素如镍、铜、钴、锰等，它们都具有与奥氏体相同的面心立方晶格，都可无限量溶于奥氏体中，使奥氏体区域扩大，钢的终轧温度可相应低一些，同时因为提高了固相线，开轧温度（即最高加热温度）可适当提高一些。对于不锈钢这样的高合金钢，其加热温度不仅要参照相图，还要根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。 轧制工艺对加热温度也有一定的要求。轧制道次越多，中间的温度降落越大，加热温度
?③、钢坯加热常见的几种缺陷 a、过热 钢坯在高温长时间加热时，极易产生过热现象。钢坯产生过热现象主要表现在钢的组织晶粒过分长大变为粗晶组织，从而降低晶粒间的结合力，降低钢的可塑性。 过热钢在轧制时易产生拉裂，尤其边角部位。轻微过热时钢材表面产生裂纹，影响钢材表面质量和力学性能。 为了避免产生过热缺陷，必须对加热温度和加热时间进行严格控制。 b、过烧 钢坯在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织，同时晶粒边界上的低熔点非金属化合物氧化而使结晶组织遭到破坏，使钢失去应有的强度和塑性，这种现象称为过烧。 过烧钢在轧制时会产生严重的破裂。因此过烧是比过热更为严重的一种加热缺陷。过烧钢除重新冶炼外无法挽救。 避免过烧的办法：合理控制加热温度和炉内氧化气氛，严格执行正确的加热制度和待轧制度，避免温度过高。 c、温度不均 钢坯加热速度过快或轧制机时产量大于加热能力时易产生这种现象。温度不均的钢坯，轧制时轧件尺寸精度难以稳定控制，且易造成轧制事故或设备事故。 避免方法：合理控制炉温和加热速度；做好轧制与加热的联系衔接。 d、氧化烧损 钢坯在室温状态就产生氧化，只是氧化速度较慢而已，随着加热温度的升高氧化速度加快，当钢坯加热到1100— 1200℃时，在炉气的作用下进行强烈的氧化而生成氧化铁皮。氧化铁皮的产生，增加了加热烧损，造成成材率指标下降。 减少氧化烧损的措施：合理加热制度并正确操作，控制好炉内气氛。 e、脱碳 钢坯在加热时，表面含碳量减少的现象称脱碳，易脱碳的钢一般是含碳量较高的优质碳素结构钢和合金钢等。这些钢都有其特殊用途，脱碳后，由于钢的表面与内部含碳量不一致，降低了钢的强度和影响了使用性能。尤其对要求具有高耐磨性、高弹性和高韧性的钢来讲，由于脱碳而大大降低表面硬度和使用性能，甚至造成废品。 控制方法：严格加热制度，合理控制炉温和炉内氧化气氛。
一.钢的加热工艺 1.为什么钢在轧制或锻造前必须进行加热？ 钢经过加热，性质会变得比较柔软，具有较大的塑性和较低的强度，容易延伸和变形。钢对外力的抵抗能力随着温度的提高而减弱。如以常温为标准，那么800?C时它将减为常温的30％，1000?C时减为20％，1100?C时减为14％，而1200?C时减为4%左右。所以为了易于进行轧制或锻造，对钢进行加热是十分必须的，加热温度一般以1100~1200?C为宜。 轧制经过加热的钢锭和钢坯可以提高轧机产量、减少电耗、减少轧辊的磨损。 2. 对钢的加热有哪些要求？ 钢的加热是整个热加工生产过程中极为重要的环节，加热操作的好坏对产品质量、数量、节约能源及设备的安全均有重要影响。因此，钢的加热应当满足下列要求： a）加热温度应该达到规定的温度，且不产生过热和过烧； b）坯料的加热温度应沿长度、宽度和整个断面均匀一致； c）钢在加热过程中所产生的氧化烧损应最少。 3. 什么叫加热温度差，钢加热的允许温差应该是多少，温度差过大有什么不好？ 加热温度差是指加热终了时在钢锭或钢坯断面上存在的温度不均匀性。 要求钢锭或钢坯在加热终了时沿整个断面温度完全均匀一致是比较困难的。在保证产品质量和轧制顺利的前提下，允许存在一定的温度差。允许温差以坯料断面每米厚度（或直径）所具有的温度差来表示。对于一般轧机，温度差不大于150～300℃／m；对于无缝钢管穿孔，温度差应不大于80～100℃／m 。对加热温度低和变形抗力较大的坯料，允许的加热温差应取下限。 钢锭或钢坯的加热温度差一般情况下无法捡检，通常只能通过坯料钻孔试验制订合理的加热制度来保证。但利用先进技术，可以通过建立加热炉数学模型计算出在炉钢坯的截面温度差并在计算机里实时显示出来。 产生加热温度差太大的主要原因是加热速度太快和均热时间太短，应该延长加热时间和均热时间。 4. 什么叫钢的加热制度? 在钢的加热过程中，炉子操作必须遵守的各种规定总称为加热制度。 钢的加热制度的内容包括坯料加热温度、断面允许的温度差、各阶段允许的加热速度、温度制度和加热时间等。某一钢种的加热制度既与炉子的生产率和炉子构造有关，也和钢的性质、坯料尺寸和形状以及在炉内布置的情况有关。选定钢的加热制度除理论计算外，一般根据生产的实际资料来决定。 一般来说，钢的加热制度有3种：一段加热制度、两段加热制度和三段加热制度。 5. 什么是一段加热制度，适合于加热什么样的坯料？ 一段加热制度是只有单一加热阶段的加热制度。这种加热制度没有预热阶段，坯料从装炉开始就以较快的速度加热，直至达到所规定的加热温度，又不需进行均热即可出炉。 一段加热制度适用于薄料的加热，如加热钢板，薄板坯和薄壁钢管等。因为薄料既不会产生断面温差或热应力，又不需要有均热过程。 6. 什么是两段和三段加热制度，各适用于加热什么坯料？ 两段加热制度是由加热和均热两个阶段所组成的加热制度。这种加热制度适合于在加热过程中不会产生热应力的厚料，所以 第 1 页共 5 页
加热质量 钢坯的加热式轧钢工艺过程中很重要的一环，加热质量的好坏直接影响到后续的轧制过程以及最终的产品质量。优质钢材对加热的要求更高，钢坯加热不均匀或者表面质量不好都有可能使最终的成材成为废品。 1加热质量的衡量指标 加热质量的衡量指标主要包括温度和表面两个方面。 A温度 温度包括金属加热温度和温差。金属的加热温度是指加热终了时钢坯出炉前的表面温度。根据钢坯的不同和轧机的能力确定一个温度范围，不能太高也不能太低。温差主要是指断面温差，另外还有上下表面的温差和沿长度方向上的温差。一般来说，钢坯的温差越来越小越好，通常要求最大温差不超过50℃。 B表面质量 表面质量包括钢坯氧化、脱碳和表面裂纹。钢坯氧化是指钢坯在加热过程中，钢坯表面与烟气中的参与氧气发生反应，氧化越多，则得到的钢坯越少，因此希望氧化越少越好，通常氧化的多少用氧化率来表示。钢坯加热时表面碳分降低的现象称之为脱碳。对于大多数钢种，脱碳均被认为是钢的缺陷，特别是高碳工具钢、滚珠轴承钢、高速钢和弹簧钢，脱碳造成的危害更为严重。表面裂纹则可能因其轧制过程中的事故和最终产品的质量，甚至直接使产品报废。 2加热温度与产品质量的关系
一般来说，加热温度越高，对热加工过程越有利。因为加热温度较高，金属的塑性较好，加工时的变形阻力小，能耗消耗小；同时，加热温度较高，轧机可以增大压下量，提高轧制速度，从而使产量增加，减轻设备的磨损。但是，提高加热温度受到金属过热、过烧以及氧化铁皮熔化、表面脱碳等因素的限制。因此，每一种金属的加热温度都有一个“上限”，即最高加热温度。此外，加热温度越高，加热能耗越高。 金属加热温度亦不能太低。加热温度过低，不但使热加工无法顺利进行，而且还往往因为保证不了最终加工温度，产品性能达不到一定要求。这是因为多数钢种在高温下的奥氏体组织具有良好的塑性，在这种结晶组织下加工的材料，不会有很大的残余应力。当钢在过低的温度下进行压力加工时，就不能保证在奥氏体范围内进行变形，这不但使金属的变形抗力增大，造成压力加工困难，甚至还会损坏压力加工设备，另一方面还可能使加工后产品出现残余应力，有时可能困难因此产生裂纹。所以钢的压力加工终了温度，一般应高于Ac3以上30--50℃。这一温度加上金属出炉和加工过程中的温度降落，就是金属加热的“下限”。 因此，每种金属都有一个较合适的加热温度范围。在轧钢生产中，终扎温度对刚的组织和性能影响很大，终扎温度越高，晶粒集聚长大的倾向越大，奥氏体的晶粒越粗大，钢的力学性能越差。而加热温度主要是影响终轧温度，从而影响到最终产品的质量。一般认为温度低一点能够使晶粒细化，有利于提高最终产品的性能。
钢坯加热燃烧控制 加热炉的燃烧控制主要是通过对炉温、钢坯出炉温度、煤气流量、煤气压力、空气流量、烟气温度、煤气预热温度、空气预热温度等参数的控制，使加热炉内实现燃料的最佳燃烧，温 度的合理控制。主要有以下几个方面： 1炉温控制： 根据不同的轧制速度、不同的轧制钢种、不同的轧制规格，调整不同的炉温保证钢坯出炉温度。生产工艺要求钢坯的出炉温度为900—1100℃，头尾部温度比中部高20—30℃，钢坯上下温差<30℃。在实际生产中，由于钢坯在炉内的加热时间长短不同，造成炉温和钢坯出炉温度相差50—150℃左右，出钢节奏快，温差大，出钢节奏慢，温差小。根据生产工艺要求，在实际操作中，头部温度低则侧重均上右、均下右煤气供给，尾部温度低则侧重均上左、均下左煤气供给，并调节合适的空燃比。当钢坯有黑印上下温差大时，则侧重加热段下 部煤气供给，并调节合适的空燃比。 在轧制Ф6.5规格建材、拉拔材时，出钢节奏较慢，钢坯在炉内的加热时间较长。在轧制Ф8.0、Ф10.0大规格产品时，由于轧制速度高、出钢节奏快，钢坯在加热炉内的加热时间较短，容易造成钢坯断面温差较大的现象，所以炉温控制相应高，在充分保证线材成品性能和轧件控冷工艺的前提下，根据温度要求范围比较大的特点，制定了《加热炉各段温度控制》制度。并根据实际生产情况和钢坯出炉温度进行炉温的上下限控制。 2空燃比控制： 空燃比控制的目的是保证煤气的充分燃烧，而燃烧的条件之一就是煤气和空气要有充分的混合，否则，煤气在炉膛内不能完全燃烧，所以在实际生产中，给出的实际空气量比理论计算量要多一些，用以保证煤气的充分燃烧。煤气配比不同，所给的实际空气量不同，也就是空燃比不同。不同的实际空气量，会得到不同的燃烧效果。若实际空气量过少，将导致煤气的不完全燃烧；实际空气量过多，固然对燃烧有帮助，但不仅会增加废气量，降低炉膛温度和增加废气带走的热量，造成热损失，降低炉子的热效率，同时也增加钢坯的氧化烧损， 所以实际空气量必须控制适当。 3 调火操作控制： 调火操作控制采用“双交叉限幅燃烧方法”，既燃料量和空气量增减同步，既在增加煤气量时，先增加空气量，再增加煤气量，在减少煤气量时，先减煤气量，再减空气量。并且幅度不能很大。这样操作的目的，就是避免调节过程中的煤气不完全燃烧，最大限度的减少
40万吨棒材线钢坯加热炉 ——炉区设备工艺说明 1、炉区设备 .1 Equipments in furnace area 1.1 加热炉 1.1 Heating furnace 数量：1 座 Quantity: 1 set 型式：推钢式连续加热炉（三段式） Type: pusher tye continuous heating furnace (three-s ection type) 装出料方式：端进侧出 Loading and unloading method: end-in side-out 加热炉加热能力：60t/h Heating capacity of heating furnace: 60t/h 加热炉燃料：重油 Fuel of heating furnace: heavy oil 燃料、发热值重油,9600×4.18KJ/kg Fuel, calorific value heavy oil, 9600×4.18KJ/kg 钢坯尺寸： 130×130×6000mm 150X150X6000 Billet size: 130×130×6000mm 150X150X6000 钢种：碳结钢、低合金结构钢等 Steel grade: 钢坯装炉温度： 钢坯出炉温度：1100-1180℃ Furnace unloading temperature of billets: 1100-1180℃ 额定产量 60t/h（冷装） Rated output 60t/h (cold loading) 断面温差≤30℃ Temperature difference in cross section ≤30℃