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【摘 要】钢材作为国民经济发展的重要原材料，其质量严重影响到国民生活的各个方面。在钢材的生产过程中，加热处理必不可少，然而在加热过程中，钢坯氧化程度高一直是困扰生产企业的难题。本文分析了钢坯在加热炉内氧化烧损的原因，并对降低氧化烧损技术和对策做了相关探讨。
【关 键 词】加热炉；防烧损；氧化；研究
【中图分类号】TG155.1+2【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0215-01
钢铁工业是国民经济发展的基础原材料工业，被应用于国民生活的方方面面，对国民经济的发展具有重要影响。在钢铁工业的发展过程中，节能减耗，提高经济效益一直是钢铁企业的发展战略。加热炉作为钢铁工业加热的基础设备，在加热过程中，由于工作特性和操作等因素，会造成钢坯表表面氧化烧损，严重影响工作效率和原材料利用率。因此，研究加热炉氧化烧损的原因及防烧损技术，对提高企业效益具有重要意义。
一、加热炉概述
在钢铁工业中，加热炉加热是轧钢的重要工序，产品的好坏直接受到加热温度的影响。加热炉主要由以下几个部分组成：加热炉本体，冷却系统，燃烧系统，进出料，排烟系统，余热回收系统，自动控制系统等，通常分为推钢式和步进式两种。钢坯加热是通过炉内热交换过程进行的，主要有三种方式：对流传热、传导传热以及辐射传热。
二、加热炉氧化烧损的原因分析
加热炉的烧损主要表现为加热炉的钢坯氧化烧损，即在加热过程中，钢坯被缓慢氧化生成氧化物，生成氧化铁皮，主要受到加热温度、加热时间和加热炉内的气氛等因素的影响。
1.加热温度
钢坯的氧化是一个缓慢的过程，通常情况下，常温下钢坯就会发生一定程度的氧化，随着温度的升高，钢坯的氧化速度也随之加快。加热炉的加热温度与钢坯氧化烧损直接呈现指数关系，随着温度的升高，氧化铁皮量的增加速度也越大，如下表1所示。
在生产过程中，加热炉的加热段和均热段的温度一般都在1200-1300℃之间，这个温度段刚好是钢坯氧化速率很快的温度段。
2.加热时间
在相同情况下，加热炉钢坯的氧化铁皮量与加热时间成正比例关系，即加热时间越长，氧化铁皮量就生成的越多，钢的氧化烧损越严重，特别是在高温的环境中，这种关系表现的更加明显。
3.炉内气氛
加热炉内的炉气通常情况下有CO2、H2O、O2、SO2、CO、H2和N2等，这些气体成分主要取决于加热炉用到的燃料成分、燃烧完全程度以及空气消耗系数，这些气体与钢铁发生的反应也不同。其中与钢铁发生氧化反应的为氧化性气体，主要有O2、CO2、H2O、SO2等，氧化性最强的是O2。
其中O2能和铁发生反应生成铁的含氧化合物，这些反应为不可逆的氧化反应。CO2和铁以及铁的氧化物能产生可逆的化合反应，生成CO，因此在高温的环境中，可以通过增加CO的浓度来抑制铁的氧化。H2O和铁及其氧化物发生可逆反应生成H2，因此增加H2的含量对防止水氧化钢铁有重要作用。另外，SO2能和铁的氧化物产生反应生成FeS，使氧化铁皮的熔点降低从而使铁皮的熔化加剧。
三、降低加热炉氧化烧损的技术及对策
对钢材的加工需要多次的加热过程，在每次加热过程中都会产生一定的氧化铁皮，据不完全统计，整个钢材的生产过程会造成4%-5%的铁皮氧化，这不仅仅是原材料的浪费，还会因钢材氧化造成严重后果，因此研究降低加热炉氧化烧损的技术和对策对提高钢铁企业原材料利用率及控制钢材质量具有重要意义。
1.优化工业炉型
根据上述分析可知，钢铁的氧化烧损和在炉内加热时间成正比例关系，因此，在设计工业加热炉时应遵循减少加热时间的原则。通常可采用延长预热段，在预热段使钢材温度达到800℃。充分利用余热，进入加热段后，钢材温度能快速升温。与此同时，也可以降低燃烧产生的气体的排放温度。另外，在均热段可利用耐热滑轨设施，注重炉底水管绝热的使用。这样不仅可以使均热时间得到减少，还可以有效控制氧化量，提高加热效率。
2.控制空气过剩系数
加热炉内的空气气氛对钢材的加热效果以及氧化程度具有重大的影响，因此控制好炉内的空气过剩系数具有重要意义。根据加热炉的不同组成部分的不同作用，在加热段，其主要作用是快速加热，使钢材快速升温，因此该段要保证燃料的充分燃烧，空气过剩系数应保持在1.05-1.10之间，为弱氧化性环境。在均热段，炉内环境应为还原气氛，空气过剩系数应相对较小，保持在0.90-0.95之间为宜。在实际的操作应用中，企业应根据实际的需要，不断总结经验教训，探索合适的空气过剩系数，降低钢坯的氧化烧损量。
3.采用合理的钢坯加热升温曲线
研究表明，钢坯的氧化速率与加热时间和加热温度成正比例关系，因此在对钢坯的加热过程中，采用合理的加热升温曲线对降低钢坯的氧化量具有重要意义。当钢坯处于600-700℃时，钢坯的氧化程度很低，因此，此阶段的加热可以采用缓慢加热。达到700℃时，钢坯的氧化速率开始加快，这时应该加快加热，减少钢坯在高温环境中的加热时间。
4.推行热送热装制度
采用热装板坯可以使钢坯的入炉温度达到800℃，入炉后可以快速进行加热加工，大大缩短了钢坯在加热炉内加热的时间，对降低钢坯在炉内高温环境中的氧化具有显著作用。
5.加强仪表及热工管理
对炉内温度及空气气氛的控制离不开精确的测量仪器，以及良好的仪表管理制度。在日常的工作中，应按时检测仪表的准确度，防止因仪表出现故障或失灵造成炉内温度和空气气氛测量数据不准，影响到钢坯的加热质量。
四、结束语
钢铁的氧化烧损在生产过程中不可避免，采用多种方法和技术优化加热设备，加强加热过程的控制，在实践中不断总结经验和教训，对降低钢坯的加热烧损具有重要意义。
参考文献
[1] 霍健.加热炉内钢坯氧化烧损影响因素分析[J].辽宁：冶金能源， 2012（2）：36-38
[2] 刘金英，张艳峰.加热炉氧化烧损严重的原因[J].北京：金属世界， 2010（3）：55-57
[3] 刘占增，郑兆平，丁翠娇，曾汉生，张道明.加热炉氧化烧损原因与对策分析[J].辽宁：冶金能源，2004（2）：30-32
[4] 何涛.蓄热式加热炉氧化烧损控制研究[J].北京：冶金能源，2012（6）： 34-36
[5] 夏宏钢.浅谈如何有效降低加热炉钢坯氧化烧损[J].黑龙江：黑龙江冶金，2012（2）：28-29
【关 键 词】加热炉；防烧损；氧化；研究
【中图分类号】TG155.1+2【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0215-01
钢铁工业是国民经济发展的基础原材料工业，被应用于国民生活的方方面面，对国民经济的发展具有重要影响。在钢铁工业的发展过程中，节能减耗，提高经济效益一直是钢铁企业的发展战略。加热炉作为钢铁工业加热的基础设备，在加热过程中，由于工作特性和操作等因素，会造成钢坯表表面氧化烧损，严重影响工作效率和原材料利用率。因此，研究加热炉氧化烧损的原因及防烧损技术，对提高企业效益具有重要意义。
一、加热炉概述
在钢铁工业中，加热炉加热是轧钢的重要工序，产品的好坏直接受到加热温度的影响。加热炉主要由以下几个部分组成：加热炉本体，冷却系统，燃烧系统，进出料，排烟系统，余热回收系统，自动控制系统等，通常分为推钢式和步进式两种。钢坯加热是通过炉内热交换过程进行的，主要有三种方式：对流传热、传导传热以及辐射传热。
二、加热炉氧化烧损的原因分析
加热炉的烧损主要表现为加热炉的钢坯氧化烧损，即在加热过程中，钢坯被缓慢氧化生成氧化物，生成氧化铁皮，主要受到加热温度、加热时间和加热炉内的气氛等因素的影响。
1.加热温度
钢坯的氧化是一个缓慢的过程，通常情况下，常温下钢坯就会发生一定程度的氧化，随着温度的升高，钢坯的氧化速度也随之加快。加热炉的加热温度与钢坯氧化烧损直接呈现指数关系，随着温度的升高，氧化铁皮量的增加速度也越大，如下表1所示。
在生产过程中，加热炉的加热段和均热段的温度一般都在1200-1300℃之间，这个温度段刚好是钢坯氧化速率很快的温度段。
2.加热时间
在相同情况下，加热炉钢坯的氧化铁皮量与加热时间成正比例关系，即加热时间越长，氧化铁皮量就生成的越多，钢的氧化烧损越严重，特别是在高温的环境中，这种关系表现的更加明显。
3.炉内气氛
加热炉内的炉气通常情况下有CO2、H2O、O2、SO2、CO、H2和N2等，这些气体成分主要取决于加热炉用到的燃料成分、燃烧完全程度以及空气消耗系数，这些气体与钢铁发生的反应也不同。其中与钢铁发生氧化反应的为氧化性气体，主要有O2、CO2、H2O、SO2等，氧化性最强的是O2。
其中O2能和铁发生反应生成铁的含氧化合物，这些反应为不可逆的氧化反应。CO2和铁以及铁的氧化物能产生可逆的化合反应，生成CO，因此在高温的环境中，可以通过增加CO的浓度来抑制铁的氧化。H2O和铁及其氧化物发生可逆反应生成H2，因此增加H2的含量对防止水氧化钢铁有重要作用。另外，SO2能和铁的氧化物产生反应生成FeS，使氧化铁皮的熔点降低从而使铁皮的熔化加剧。
三、降低加热炉氧化烧损的技术及对策
对钢材的加工需要多次的加热过程，在每次加热过程中都会产生一定的氧化铁皮，据不完全统计，整个钢材的生产过程会造成4%-5%的铁皮氧化，这不仅仅是原材料的浪费，还会因钢材氧化造成严重后果，因此研究降低加热炉氧化烧损的技术和对策对提高钢铁企业原材料利用率及控制钢材质量具有重要意义。
1.优化工业炉型
根据上述分析可知，钢铁的氧化烧损和在炉内加热时间成正比例关系，因此，在设计工业加热炉时应遵循减少加热时间的原则。通常可采用延长预热段，在预热段使钢材温度达到800℃。充分利用余热，进入加热段后，钢材温度能快速升温。与此同时，也可以降低燃烧产生的气体的排放温度。另外，在均热段可利用耐热滑轨设施，注重炉底水管绝热的使用。这样不仅可以使均热时间得到减少，还可以有效控制氧化量，提高加热效率。
2.控制空气过剩系数
加热炉内的空气气氛对钢材的加热效果以及氧化程度具有重大的影响，因此控制好炉内的空气过剩系数具有重要意义。根据加热炉的不同组成部分的不同作用，在加热段，其主要作用是快速加热，使钢材快速升温，因此该段要保证燃料的充分燃烧，空气过剩系数应保持在1.05-1.10之间，为弱氧化性环境。在均热段，炉内环境应为还原气氛，空气过剩系数应相对较小，保持在0.90-0.95之间为宜。在实际的操作应用中，企业应根据实际的需要，不断总结经验教训，探索合适的空气过剩系数，降低钢坯的氧化烧损量。
3.采用合理的钢坯加热升温曲线
研究表明，钢坯的氧化速率与加热时间和加热温度成正比例关系，因此在对钢坯的加热过程中，采用合理的加热升温曲线对降低钢坯的氧化量具有重要意义。当钢坯处于600-700℃时，钢坯的氧化程度很低，因此，此阶段的加热可以采用缓慢加热。达到700℃时，钢坯的氧化速率开始加快，这时应该加快加热，减少钢坯在高温环境中的加热时间。
4.推行热送热装制度
采用热装板坯可以使钢坯的入炉温度达到800℃，入炉后可以快速进行加热加工，大大缩短了钢坯在加热炉内加热的时间，对降低钢坯在炉内高温环境中的氧化具有显著作用。
5.加强仪表及热工管理
对炉内温度及空气气氛的控制离不开精确的测量仪器，以及良好的仪表管理制度。在日常的工作中，应按时检测仪表的准确度，防止因仪表出现故障或失灵造成炉内温度和空气气氛测量数据不准，影响到钢坯的加热质量。
四、结束语
钢铁的氧化烧损在生产过程中不可避免，采用多种方法和技术优化加热设备，加强加热过程的控制，在实践中不断总结经验和教训，对降低钢坯的加热烧损具有重要意义。
参考文献
[1] 霍健.加热炉内钢坯氧化烧损影响因素分析[J].辽宁：冶金能源， 2012（2）：36-38
[2] 刘金英，张艳峰.加热炉氧化烧损严重的原因[J].北京：金属世界， 2010（3）：55-57
[3] 刘占增，郑兆平，丁翠娇，曾汉生，张道明.加热炉氧化烧损原因与对策分析[J].辽宁：冶金能源，2004（2）：30-32
[4] 何涛.蓄热式加热炉氧化烧损控制研究[J].北京：冶金能源，2012（6）： 34-36
[5] 夏宏钢.浅谈如何有效降低加热炉钢坯氧化烧损[J].黑龙江：黑龙江冶金，2012（2）：28-29