钢坯、钢锭等在轧制前,一般都要在一定温度下含氧化性气氛的加热炉中加热或均热。目前,轧钢加热炉多采用以空气为助燃剂的加热方式,钢坯在加热炉内加热时间一般在2-3小时甚至更长,其表面与气氛中的氧化性气氛在高温下发生强烈的氧化反应而生成大量的氧化铁皮,资源浪费的同时往往还会影响到成品的表面质量,造成表面缺陷,降低钢铁制品的成材率。富氧燃烧(oxygen enriched combustion)是指用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气作为助燃剂进行燃烧,简称OEC,该技术作为一种节能新工艺自上世纪问世以来就受到了广泛的关注,但由于制氧成本的限制,该技术在工业上一直未能得到广泛推广。随着膜法制氧、变压吸附PSA法等新型制氧技术的发展利用和日渐成熟,富氧成本不断降低,为扩大富氧燃烧技术的应用领域创造了条件。在此背景下,论文针对轧钢过程中钢坯的再加热过程,从经济节能角度出发,将富氧燃烧技术应用于轧钢加热炉上,对富氧燃烧加热炉中存在的两个问题——热工特性和高温氧化特性进行研究。在热工特性研究方面,论文结合推钢式加热炉实际情况,以目前最常见的三种气体燃料(即天然气、高焦混合煤气、高炉煤气)为研究对象,建立富氧燃烧加热炉模型,从理论角度研究富氧燃烧技术。主要研究了富氧后煤气理论燃烧温度、燃烧过程中CO2、H2O热分解、富氧后煤气燃烧所需的空气量及产生的烟气量与成分的变化、富氧后加热炉内传热特性、富氧后加热炉钢坯加热时间、富氧后加热炉热平衡及燃料消耗量等问题,并且定性的分析了富氧燃烧技术下加热炉中钢坯的氧化特性。论文还通过设计的实验装置对富氧燃烧加热炉中钢坯的高温氧化特性进行了研究。结合理论研究和实验研究结果,通过合理假设和数据处理,建立了天然气-富氧燃烧加热炉的钢坯高温氧化模型,得到钢坯在富氧燃烧、700℃-1250℃下的氧化模型,其中高温(1000～1250℃)氧化模型为：低温(700～900℃)氧化模型为：并将高温氧化模型应用于论文所建立的推钢式加热炉模型上,计算了钢坯在加热段和均热段的氧化烧损量。综合热工计算与钢坯高温氧化实验结果，助燃剂含氧量在28%~35%时，可以实现缩短加热时间、提高生产效率、减少氧化烧损的目标。