不锈钢板材加热的理论与实践

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1、不锈钢板坯加热的理论与实践作者：权方民摘要：本文根据不锈钢在轧制过程中轧制难度大、废品率较高、产品质量不易控制的状况，根据多年的不锈钢轧制经验，结合国内外一些不锈钢轧制生产方法，在不断进行技术改进和操作优化的过程中，摸索出了一些不锈钢加热方面的设备维护和生产操作经验，并在实际生产中进行了实施，取得了良好的效果。关键词：不锈钢 加热 理论与实践2000年以来，是我国不锈钢行业50年发展历程中产量增长最快的几年，与全国成品钢材的增长几乎同步，即成品钢材每年平均以21.52%的高速增长。产量居世界第位，成为名副其实的不锈钢管大国。我国的生产技术装备状况自从改革开放以来，尤其是进入21世纪以来，一大批

2、具有国际先进水平和接近国际先进水平的不锈钢管生产技术装备，在不锈钢管行业的生产中起到了主导作用。我国不锈钢的品种质量状况由于技术装备发生了质的变化，具有先进技术水平的“短流程”生产工艺：炼钢（精炼）-连铸管坯-连轧管在无缝管企业大量涌现，其产品质量普遍接近或达到国际先进水平。 一、不锈钢与碳钢相比在加热过程中性能下图是不锈钢与碳钢相比的升温曲线、比热曲线、强度曲线及不锈钢的300系列和400系列比热曲线、不锈钢在炉内布置的悬臂量示意图。碳钢不锈钢升温曲线碳钢低合金钢不锈钢比热曲线300不锈钢400不锈钢比热曲线温度温度温度时间比热比热坯厚3001200悬壁量悬壁量曲线钢坯强度曲线600温度不锈

3、钢碳钢强度 从上图可以看出，不锈钢与碳钢相比由于化学成份的不同，其物理性能有较大的差别，特别是加热过程中的比热和强度曲线有很大的不同，这就需要对不锈钢加热过程进行深入的研究，才能保证不锈钢的加热质量。一般奥氏体不锈钢板坯出炉温度为1250，铁素体不锈钢为1140；加热速率300系列不锈钢为0.9min/mm，400系列不锈钢为0.6-0.65 min/mm；加热温度300系列不锈钢为1150-1250，400系列不锈钢为1100-1150，炉底水梁垫块承受压力300系列不锈钢为15 kg/cm2，400系列不锈钢为10-15，对燃料的要求300系列不锈钢为S0.1%，400系列不锈钢无特殊要求

4、，对炉内残氧控制要求均为1-2%。二、原料方面1）加热炉所用的原料板坯即可从炼钢厂通过辊道输送到炉卷车间，如果输送热板坯，且热板坯温度在600以上时，需在辊道上部需设置保温罩，以减少板坯在运输过程中的温降。2）因不锈钢板坯在连铸浇注完毕后的凝固和降温过程中，板坯表面容易出现裂纹及其它缺陷，板坯在通过辊道运送到上料辊道以后需要离线进行上下表面质量检查，表面质量检查需设置板坯检查装置。3）对于300系列不锈钢热送板坯如果不能直接入炉，可设置不带加热装置的保温坑进行保温，也可在原料库中进行自然冷却。4）如果是400系列的不锈钢，由于其本身塑性较低且其强度较大，在冷却过程中很容易产生裂纹，必须控制其冷

5、却速度，在冷却过程中一般不能直接在空气中进行，应在带有加热装置的保温坑中进行缓慢冷却。5）不锈钢板坯的修磨量一般在20%左右，板坯的修磨温度一般在400以下进行，对于高于400的板坯则必须冷却到要求温度以下。板坯冷却的方式对于300系列不锈钢可直接进行空冷，对于400系列的不锈钢则必须进行炉内缓冷。对于修磨的板坯则需在原料跨设置冷却坯位，并增设缓冷坑。6）修磨的板坯要求肉眼看不到裂纹7）对于回炉的板坯应全部进行修磨后再回装入炉重新使用。2、原料质量检查方面1）允许偏差、外形（1）允许偏差厚度允许偏差：2mm宽度允许偏差：08mm长度允许偏差：030mm（2）外形镰刀弯：每米不得大于3.5mm；

6、全长不得大于30mm。平直度：每米不得大于3.5mm；全长不得大于30mm。宽面鼓肚：小于2mm。表面凹坑：小于15mm。边部沿厚度方向裂纹：小于15mm。板坯角部缺肉：小于10mm。窄面鼓肚：铁素体不得大于6mm；奥氏体不得大于4mm。横截面脱方：小于2mm。楔形（两头）：小于10mm。楔形（头和中间）：小于7mm。（2）表面质量连铸板坯不得有裂纹、重叠、翻皮、结疤、夹杂、深度或高度大于1mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、冷溅、皱纹、耳子、凸块、凹坑和深度大于1mm的发纹。连铸板坯横断面不允许有缩孔及其它影响轧制质量的缺陷。连铸板坯表面如存在上述缺陷，必须清除。清除后若板坯仍不满足要求，则视为废

7、坯。连铸板坯端部宽度方向的切斜不得大于20mm；厚度方向切斜不得大于10mm。连铸板坯端部因剪切变形造成的宽展不得大于厚度的10%。3、设备结构方面1）加热炉内耐热垫块不锈钢在加热时由于加热时间较长，一般容易出现垫块压痕的缺陷，一般需对垫块的结构由长方形接触面改为圆柱形垫块，以增加垫块的接触面积，避免压痕缺陷的产生。2）下部炉膛烧咀加热炉下部烧咀一般采用调焰烧咀进行侧烧，由于加热炉炉膛较宽，侧向烧咀火焰较长，火焰中心与头部和尾部温差较大，平均在100以上，这就不可避免地造成板坯沿长度方向的一定温差，在加热碳钢时由于板坯长度方向的允许温差范围较大，其加热质量能满足生产工艺要求，而加热不锈钢时由于

8、其加热的允许温差范围较小，只能通过手动调节火焰长度可改善板坯的加热质量，但由于不锈钢板坯的长度和宽度差异较大，人工调节火焰长度存在着一定的误差，这就给不锈钢板坯的加热带来了一定的困难，这需要通过自动控制方面对烧咀的控制加以解决。4、电气方面1）一级控制方面（1）燃控方面炉内的残氧一般应控制在1-3%之间。当残氧量小于1%时容易造成燃料的不完全燃烧，不完全燃烧的燃料在换热器内继续进行二次不完全燃烧，容易烧坏换热器，同时造成燃料的浪费。当残氧量大于3%时，容易造成大量的氧化烧损，特别对于不锈钢而言，过多的氧化铁皮容易使粗除鳞机不能彻底清除干净，清除不掉的氧化铁皮在轧制过程中压入钢板表面，造成产品表

9、面质量问题。（2）顺控方面板坯在加热过程中，如果按常规的活动梁处于低位进行加热，则板坯的水梁黑印较为明显，在轧制过程中就容易出现轧制困难和板坯沿长度方向温度不均的现象。为了解决这些问题，在板坯加热的过程中，活动梁需上升至等高的位置，这样通过活动梁的遮蔽和传热现象就使板坯下表面水梁黑印温度均匀化，由于水梁的遮蔽和传热使板坯下表面的温度温度降低，为了强化下部炉膛的加热，一般将下部炉膛温度比上部炉膛温度高出20，才能保证板坯下表面与上表面的温度相同。（3）热风温度控制方面热风放散是为保护换热器高温烧坏而设置的一种装置，在实际操作过程中为调整换热器温度而调整热风放散量，容易出现的风压过低现象，一般可采

10、用降低加热炉预热段温度，从而降低换热器前烟气温度的方法，来减少热风量的放散。（4）出钢时间间隔方面的控制根据各种炉子的设计情况，对于160mm厚的板坯，炉内加热时间一般为200min，由于加热炉炉体较大热惰性较大，频繁较大的出炉时间间隔变化，使二级控制系统不能很好地对加热炉进行控制，同时容易造成加热炉出钢温度波动较大的现象。这就需要尽量缩短停轧时间，加强设备维修质量，以便按加热炉的正常生产节奏出钢。（5）换辊时间影响一般轧机换辊时间较长，平均在8-15min，较长的换辊时间使加热炉在较长时间不能正常出钢，从而引起炉温和钢温的较大波动，影响加热炉烧钢和二级控制系统的动态稳定性。应尽量缩短换辊时间

11、，同时对二级系统采取输入延迟时间的方法，来合理调整加热炉各段的温度，这样即利于加热炉的正常烧钢，也可在一定的程度上提高轧机产量。（6）加热炉各段残氧的控制当氧化铁皮粘附于金属表面且在轧制前未能清除时，在轧制过程中将压入钢材表面，在冷轧的酸洗或喷丸后留下麻点，对钢材的质量造成较大的影响。实验表明，疏松多孔的氧化铁皮不易脱落，致密的容易脱落。不锈钢在加热过程中，因为镍比铁难于氧化，在氧化皮形成过程中，固溶体中的铁优先进行扩散和氧化，因而镍在氧化层内面局部富集，富镍的金属基体与氧化皮呈现严重的“相间嵌入”的状态，氧化铁皮疏松就造成了不锈钢氧化铁皮难于清除的原因。目前大多数加热炉只在炉尾预热段顶部设置

12、了1个残氧仪，为了准确控制各段的空燃比，尽量降低各段的残氧含量，在可能的情况下，应在加热炉的预热段末端和加热段末端各设置1个残氧仪，以便为各段空燃比的准确控制提供依据。（7）炉内板坯之间间隙的调整一般加热炉为了尽量提高炉内板坯的装入量，应尽量缩短板坯之间的间隙。铁素体不锈钢晶体结构属于体心立方，而碳钢晶体结构属于面心立方，面心立方晶体结构的钢在加热时热膨胀很小，而体心立方晶体结构的钢在加热时热膨胀较大，从常温加热到1200其每米长伸长为12-15mm，如果板坯之间的间隙较小，在不锈钢加热过程中就容易因热膨胀使水梁承受较大的膨胀力，甚至可以损坏水梁。炉内炉内加热不锈钢板坯时，板坯之间的间隔一般应

13、调整为100-120mm左右，这样可在保证最大限度地装钢量情况下，保证生产不锈钢的安全。2）钢坯加热过程控制方面不锈钢的加热曲线根据其导热热特性，钢温在550以前的低温段塑性较差，要求缓慢加热，钢温高于600以后塑性较好可以适当快速加热，加热过程中需要有严格的升温曲线和控制措施，如果加热过程控制不好，板坯极容易出现裂纹、氧化严重、过热、过烧等缺陷。加热炉的二级模型一般没有板坯在炉内各个位置的温度设定值，只有板坯在炉内某几个固定点（如预热段、加热段、均热段末端）的温度设定值，只有每块板坯在进入预热段、加热段和均热段的最低温度达到要求的温度时，才允许板坯进入下一个炉段。这就需要根据二级数学模型提供

14、的优化曲线，显示出每块板坯在炉内的任意一个位置上的二级设定钢温、实际钢温、热流密度或升温速度，使操作工在操作的过程中有一个操作依据，并设置每块板坯在任一位置上的钢温达不到二级设定值是不能往前步进的，从而保证每块板坯在达到出炉端后就能准确加热到要求的温度。3）热工测量仪表方面由于下部炉膛温度的测量点距离烧咀较近，测量的炉气温度和实际温度差别较大，建议由原来的上下段独立控制改为主从控制，从而提高温度的控制效果，同时为了提高下部炉膛温度测量的准确性，建议在可能的情况下采用炉底开孔加设测温装置，以避免各段供热烧咀的影响。4）不锈钢与碳钢之间的温度过渡从碳钢过渡到不锈钢或从不锈钢过渡到碳钢进行轧制，都需

15、要一个板坯温度的过渡过程。一般从碳钢过渡到不锈钢轧制，需要在炉内空出8-10的坯位（至少6块）进行温度的过渡，这些空位在炉内的加热过程中，可使轧线停轧后，对轧线设备进行修磨和认真的检查。从不锈钢过渡到碳钢可采用4块轧制产品厚度较厚的不锈钢板坯和4块轧制温度较高的碳钢板坯进行过渡。5）板坯出炉温度反馈检查板坯加热质量的检查：可根据粗轧机最后一个道次和精轧机入口处高温计测量的温度高低进行判断。在粗轧机轧制完毕以后，若是双排布料的其粗轧温度范围应在110020，若是单排布料其粗轧温度范围应在108020，若不在上述温度范围内，可根据上述信息进行温度和温差的调整，也可根据粗轧机在轧制过程中的轧制力变化

16、范围来判断加热炉的加热状况。停产时对加热炉炉温调整要求：加热炉的停产控制主要是温度和加热时间的控制，应严格控制炉内板坯的加热温度，杜绝板坯的过热过烧现象发生。板坯在炉内加热时间应求小于400min，如果较长时间不轧钢，则应严格按不同的停轧时间调整不同的炉膛温度。5）出钢温度变化较大应最好采用二级模型进行控制一般加热炉钢坯的出炉温度在1210-1260之间变化，变化范围较大，若炉内板坯前部出炉温度低而后部出炉温度高，则在两种出炉温度的交界处，前部的钢坯出完以后，后部的板坯需要保温较长时间才能出炉，这种情况下就需要采用二级模型进行控制。6）板坯布料方面根据不锈钢的加热质量要求，板坯的头尾温差要求在16以内，为了达到这个要求的温度，对于较短的坯料要求采用炉内中心布料的方式，较长的坯料可采用炉内两端布料的方式。5、结论某钢厂的加热炉通过以上措施的实施，不锈钢的加热质量得到了较好的控制，加热缺陷大量降低，板坯加热的合格率由以前的不到80%提高到到了95%以上，产量也由以前的70吨/小时提高到100吨/小时以上，创造了较大的经济效益。