張彥鵬，吳玉霄，鄭巖巖，秦世寬

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司063000）

0 引言

加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備之一，而爐內(nèi)水梁則是步進(jìn)式加熱爐最為關(guān)鍵的設(shè)備，是加熱爐加熱質(zhì)量良好和安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要部分，板坯的承重和在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是靠爐內(nèi)水梁前后的循環(huán)運(yùn)動(dòng)完成。唐山不銹鋼有限責(zé)任公司（后稱不銹鋼公司）1580熱軋生產(chǎn)線有兩座加熱爐，每座加熱爐各有6根固定梁和4根活動(dòng)水梁。大多數(shù)加熱爐存在水梁結(jié)瘤現(xiàn)象，一般結(jié)瘤不會(huì)嚴(yán)重堆積過高，但也存在部分加熱爐水梁結(jié)瘤嚴(yán)重，導(dǎo)致板坯在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)中發(fā)生歪斜，嚴(yán)重影響了產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，并需要定期進(jìn)行爐內(nèi)水梁結(jié)瘤的清理。同時(shí)板坯會(huì)在結(jié)瘤位置形成較深凹坑，軋制過程中會(huì)造成帶鋼嚴(yán)重的氧化鐵皮、翹皮、夾雜等質(zhì)量問題，對(duì)表面質(zhì)量要求高的板帶鋼種，影響更加嚴(yán)重。

1 加熱爐存在的問題

不銹鋼公司1580熱軋線2015年開始批量試制汽車鋼等表面要求高的鋼種，發(fā)現(xiàn)此類鋼種表面問題缺陷較多，并在之后發(fā)現(xiàn)加熱爐水梁結(jié)瘤現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致板坯在行進(jìn)過程中發(fā)生歪斜，嚴(yán)重時(shí)只能停止出鋼，被迫利用出鋼機(jī)推動(dòng)爐內(nèi)板坯將其推正或者拖出至出鋼輥道上利用輥道邊板將其推正，但兩者都會(huì)嚴(yán)重影響軋線的生產(chǎn)效率，并造成板坯溫度降低影響軋制穩(wěn)定性。另在爐內(nèi)板坯運(yùn)動(dòng)過程中下表面與堆積的氧化鐵皮刮蹭，會(huì)造成板坯下表面劃傷、凹坑，形成軋制后氧化鐵皮、翹皮、夾雜等一系列質(zhì)量問題，產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量損失。

每當(dāng)出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象后，結(jié)瘤還會(huì)隨著時(shí)間而逐漸長大，等結(jié)瘤長大到一定程度后，只能被迫進(jìn)行清理，清理時(shí)選用2～3塊涼坯并排裝入爐內(nèi)，利用步進(jìn)梁前進(jìn)將結(jié)瘤刮掉，這種方法需要清空加熱爐爐內(nèi)板坯，非檢修時(shí)間很難有機(jī)會(huì)進(jìn)行，而且這種刮蹭方式會(huì)對(duì)水梁滑塊造成一定損傷，有可能導(dǎo)致滑塊掉落，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)造成水梁漏水，若刮掉的結(jié)瘤掉進(jìn)裙罩內(nèi)未及時(shí)清理，在步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)水梁立柱造成難以修復(fù)的損傷。爐內(nèi)水梁結(jié)瘤形狀及結(jié)瘤形貌見圖1。

為了解決上述問題，對(duì)兩座加熱爐分別進(jìn)行熄火停爐檢查，利用工具取下水梁上的結(jié)瘤，如圖1所示，結(jié)瘤高出水冷固定梁上表面50～100 mm，步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)過程中，活動(dòng)梁的上限位高出固定梁100 mm，當(dāng)結(jié)瘤長大到一定程度時(shí)，就會(huì)阻礙步進(jìn)梁托運(yùn)板坯的運(yùn)動(dòng)，還會(huì)對(duì)板坯下表面造成刮痕和凹坑，是產(chǎn)生質(zhì)量問題的直接原因；從（b）可以看出，結(jié)瘤的外觀為一層層堆疊而成，粘結(jié)在一起，結(jié)合其不斷長大的特性，可初步判斷結(jié)瘤是由氧化鐵皮不斷累積而成的。

圖1 （a）為爐內(nèi)水梁結(jié)瘤形狀；（b）結(jié)瘤形貌

2 結(jié)瘤原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)瘤位置均發(fā)生在三加和均熱段，都屬于溫度較高段。除兩側(cè)兩根梁外，其他固定梁和移動(dòng)梁均不同程度發(fā)生過結(jié)瘤。初步判斷氧化鐵皮的堆積可能跟氧化鐵皮產(chǎn)生較多且較厚，并且爐溫控制過高、駐爐時(shí)間過長有關(guān)，據(jù)此制定了相應(yīng)的初步工藝調(diào)整參數(shù)，希望通過減少氧化鐵皮的生成量達(dá)到氧化鐵皮在水梁上的堆積減少。采取減少氧化鐵皮生成的措施，嚴(yán)格控制爐內(nèi)氧含量殘留，減少駐爐時(shí)間，由于要滿足軋制生產(chǎn)要求無法降低加熱爐溫度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在以上措施的實(shí)施后，并未取得明顯效果，水梁結(jié)瘤頻次并未降低，但結(jié)瘤厚度增長有所放緩。

通過對(duì)爐內(nèi)結(jié)瘤取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)瘤中的主要成分為Fe元素，且其含量達(dá)76%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常氧化鐵皮中Fe的含量，并且結(jié)瘤中存在微量單質(zhì)鐵，存在氧化鐵皮還原成單質(zhì)鐵的現(xiàn)象[1]，據(jù)此判斷可能有部分Fe3O4和Fe2O3被還原為熔點(diǎn)較低的 FeO，F(xiàn)eO被還原為 Fe。結(jié)瘤中 FeO、Fe2O3、Fe3O4含量及熔點(diǎn)對(duì)比見表1。

正常情況下，加熱爐爐內(nèi)板坯在加熱過程中表面和氧氣接觸不斷生成氧化鐵皮，板坯表面形成的氧化鐵皮一般為脆性物質(zhì)。板坯側(cè)邊上產(chǎn)生的氧化鐵皮一部分會(huì)掉落爐內(nèi)；板坯其余大部分氧化鐵皮會(huì)隨板坯被帶出加熱爐，經(jīng)高壓水除鱗后除去[2]；還有一少部分氧化鐵皮會(huì)因板坯運(yùn)動(dòng)時(shí)與步進(jìn)梁滑塊擠壓掉落至爐膛底部，且會(huì)有一些殘留在滑塊上方，若在煤氣熱值好、風(fēng)機(jī)風(fēng)量足和空燃比配置合理的情況下，氧化鐵皮與水梁滑塊之間是不會(huì)發(fā)生粘結(jié)。

表1 結(jié)瘤中FeO、Fe2O3、Fe3O4含量及熔點(diǎn)對(duì)比表

據(jù)了解，由于新開發(fā)的汽車鋼的軋制溫度要求較高，為了滿足軋制需求，加熱工有時(shí)為了提高爐溫會(huì)盲目的增加煤氣量，造成空燃比過低；而且在高爐煤氣熱值較低時(shí)，加熱工為了保持三加熱段和均熱段爐溫會(huì)選擇只減少風(fēng)量而不調(diào)節(jié)煤氣流量的操作，而這種操作方式勢必會(huì)造成爐內(nèi)，尤其是三加熱段和均熱段殘余煤氣量大增，形成還原性氣氛，從而造成Fe3O4和Fe2O3被還原成FeO和金屬鐵。

由于被還原出的FeO熔點(diǎn)較低，且在堆積的氧化鐵皮的外表層，造成在高溫段局部高溫位置氧化鐵皮粘性增大，同時(shí)后續(xù)板坯在隨步進(jìn)梁運(yùn)動(dòng)中不斷與水梁墊塊發(fā)生擠壓，導(dǎo)致氧化鐵皮粘結(jié)在水梁滑塊上，長時(shí)間的共同作用使得粘結(jié)的氧化鐵皮一層層累積，便在水梁上形成塊狀氧化鐵皮堆積物，阻礙板坯運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板坯歪斜和板坯下表面劃傷、凹坑，這也與結(jié)瘤外表堆疊的形貌相對(duì)應(yīng)。

3 控制措施

根據(jù)上述分析中出現(xiàn)的問題，重新制定工藝調(diào)整參數(shù)，防止加熱爐內(nèi)呈現(xiàn)還原性氣氛，保持弱氧化性，控制氧化鐵皮最外層FeO的生成?？刂萍訜釥t尾氣內(nèi)殘氧含量，在生成氧化鐵皮和水梁結(jié)瘤的殘氧含量之間取平衡值，保持在最少氧化鐵皮生成的情況下爐內(nèi)氣氛為弱氧化性。通過調(diào)節(jié)爐內(nèi)板坯間距減少待軋板坯在爐內(nèi)的停留時(shí)間，減少板坯表面的氧化鐵皮生成?？刂迫缦拢?/p>

3.1 控制爐內(nèi)氣氛為弱氧化性

將爐內(nèi)氣氛控制為弱氧化性，杜絕了氧化鐵皮最外層FeO的生成。根據(jù)煤氣和助燃空氣不同管徑和不同燒嘴結(jié)構(gòu)，將原來加熱爐各段空燃比參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修改，調(diào)整空燃比，控制檢查爐內(nèi)殘氧含量為2～4%，保持在最少氧化鐵皮生成的情況下爐內(nèi)氣氛為弱氧化性。通過對(duì)兩爐各段空燃比進(jìn)行逐一實(shí)驗(yàn)校核，兩座加熱爐新制定的空燃比見表2。

表2 兩座加熱爐新制定的空燃比

3.2 調(diào)整板坯間距

通過對(duì)加熱爐自動(dòng)化控制程序的調(diào)整，取消程序內(nèi)對(duì)裝爐板坯間距的單一限制，在滿足生產(chǎn)節(jié)奏和駐爐時(shí)間要求的情況下，制定不同寬度的板坯裝爐間距。通過爐內(nèi)板坯間距的調(diào)整，盡可能的縮短板坯在爐時(shí)間，減少氧化鐵皮生成。另外，擴(kuò)大特窄斷面的板坯間距，有利于墊塊上初期原存留粘結(jié)的氧化鐵皮暴露在爐內(nèi)氧化性氣氛環(huán)境中，并再次氧化成為脆性更高Fe3O4或Fe2O3，更易于脫落，防止了氧化鐵皮持續(xù)堆積，同時(shí)可以降低煤氣消耗。兩座加熱爐調(diào)整后板坯間距見表3。

4 結(jié)語

表3 兩座加熱爐調(diào)整后板坯間距

自2016年3月該操作法正式投入使用后，截止目前兩座加熱爐未發(fā)生過水梁結(jié)瘤現(xiàn)象，可得出結(jié)論：水梁結(jié)瘤與爐內(nèi)氣氛、加熱溫度和駐爐時(shí)間都有密切關(guān)系。實(shí)行在保證性能的同時(shí)降低溫度、控制爐內(nèi)呈弱氧化性氣氛、在要求范圍內(nèi)減少駐爐時(shí)間等措施可以有效的消除水梁結(jié)瘤。經(jīng)過生產(chǎn)的實(shí)踐檢驗(yàn)，該控制方法取得了良好的生產(chǎn)實(shí)踐效果。消除了因結(jié)瘤造成板坯下表面劃傷、凹坑而形成的質(zhì)量問題，并徹底消除了板坯歪斜對(duì)生產(chǎn)效率的影響，提高了生產(chǎn)效率，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。