热工技术基础知识

1、职工培训教材热工技术基础知识 2004年4月15日目录 第一章 钢铁基础知识第一节 钢与铁的差别第二节 钢铁生产的工序排布及我公司的设备配置第三节 我们这条线（棒材）的配置第二章 热工基础知识第一节 概念第二节 热工工艺第三章 炉子的操作第一节 炉子的组成第二节 烘炉第三节 点炉第四章 安全知识第一节 安全规程第二节 煤气中毒的产生、预防第三节 煤气着火事故的发生、预防和处理第五章 HTAC高温空气燃烧技术第一节 概述第二节 原理第三节 优势第四节 HTAC技术的开发与应用进展 第一章 钢铁基础知识第一节 钢与铁的差别 铁：是金属，铁的化学符号 Fe；钢是一种铁的合金，除含铁外还可以加有：C、

2、Mn、Si、P、S、Cr、Co、Ti、等元素。根据品种不同，各种元素含量也不同。含碳量小于等于2.3%是钢，大于2.3%是铁。具体各类钢的元素含量，大家可以查阅相关的国家相关标准。钢的生产过程就是：尽量减少有害元素P，S等的含量，保证添加的各种合金元素满足要求。其中我们生产的光圆Q235是低碳钢， C含量在.0.25 范围。光圆45钢的C含量在（0.250.5）%范围属于中碳钢。螺纹钢HRB335、HRB400的C含量为0.25%，属于低合金钢。钢的主要元素有：Fe、C、Si、Mn、P、S几种元素。另外，各类特钢还要添加很多种元素，如：Mn、Cr、Ni、W、Ti等等。钢材的比重一般在：（7.8

3、07.85）g/ 钢的性质主要是与化学成分：C、Mn、Si、S、P及其它合金元素等的含量有着密切关系。分述如下：C 为各种元素中对钢的性质影响最大者。增加钢的含碳量，其钢的脆性、硬度、强度均增加，并且易熔化，同时焊接性能随之降低。减少钢中含碳量，则其韧性、可朔性、可锻性及焊接性均随之增强，熔化也较难，但硬度随之减小。高碳钢和中碳钢易于淬火，而低碳钢则无淬火性能。含碳0.25%为低碳钢，含碳（0.250.5）%为中碳钢，含碳0.5%为高碳钢。还有如Mn钢、Si钢、Cr钢等各类钢种，其性能不同。由铁转变成钢，其钢的性能有很大的提高，适用于机械加工业，建筑业和各类制造业。钢铁在国民经济中所占的重要性

4、，如果把石油比做血液，那么钢铁就是国民经济的骨架了。我们国家现在（2003年底）年产钢2.2亿吨，是世界上最大的产钢大国，也是世界最大的钢铁消费大国。现在，中国已经成为世界的制造中心，钢铁业的发展前景是广阔的。 第二章 热工基础知识（金属加热工艺）前言金属在加热炉内进行加热，首先要保证加热质量，这样加工或热处理才能正常进行。金属加热的主要目的是提高金属的可塑性。加热温度、加热速度、加热制度的确定是从金属本身出发的，它主要决定于金属的性质以及在加热过程中的变化以及压力加工工艺和设备对金属性质的要求。它着重考虑金属加热的质量、缺陷和消耗问题。在此我们主要介绍与加热工艺密切相关的金属热物理性质和机械

5、性质、金属加热时的氧化、脱碳、过热与过烧等问题。加热的目的是把坯料加热到均匀的、适合与轧制的温度。温度提高以后，首先是提高了钢的塑性，降低变形抗力，使钢坯容易变形。如T12钢室温下的变形抗力约为600Mpa，加热到1200时变形抗力下降到30Mpa左右，只相当室温下变形抗力的二十分之一。加热温度合适的钢，轧制时可以有较大的压下量，减少因磨损和冲击造成的设备事故，提高轧机的生产率和作业率，而且轧制能耗也较少。其次，加热能改善钢锭和钢坯的内部组织和性能。不均匀组织和非金属夹杂通过高温加热的扩散作用而均匀化。加热温度和均匀程度是加热质量的标志，加热质量好的钢，容易获得断面形状正确、几何尺寸精确的成品

6、。加热炉是小型连续轧钢车间内将钢坯加热到满足轧制要求温度的一个主要设备。加热炉的能耗要占车间工序能耗的6070左右。轧钢生产的产量、质量、能耗以及经济效益和加热炉的生产操作情况有很大的关系。 第一节 概念1） 钢的概导热系数 钢的导热系数：单位时间单位长度每升高一度能传递多少热量。符号 “”，单位 “W/m.K” （注）1=273K（看一下P96页冶金炉热工与构造、P120页火焰炉两书中图、表。） 常温下C钢的导热系数经验公式：=69.8-10.1C-16.7Mn-33.7Si，式中C、Mn、 Si分别代表碳、锰、硅含量的百分数。从图中我们的出以下结论：1.随着合金化程度的增加，钢的导热系数是

7、下降的，尤其在800以前差别更大。如在：0时20#钢的=52W/mK，1Cr13的=27W/mK，而1Cr18Ni9的=16W/mK。彼此相差数倍。 2.各种钢的导热系数随着温度的变化也是不一样的。在800以前碳钢随着温度的升高其导热系数是下降的，低合金也一样，而合金钢的导热系数随着温度的变化则比较小。3.导热系数在800以后，不同钢种的导热系数趋于一致，稍有升高。2） 钢的平均热容量（也叫比热容）符号“c”，单位“KJ/kgK”平均热容量：是指钢在某个温度范围内的热容量平均值。在（17100）范围内，C钢的平均比热容经验公式：c=0.466+0.0188C钢的热容量与它的化学成分，温度，组织

8、结构等有关。这里主要讲解碳钢的热容量。从图62中可的出以下结论：（1） 钢的化学成分对钢的热容量影响不大。（2） 随着温度的增加，C钢及合金钢的热容量稍有增加。（3） 在相变温度范围内，热容量有较大的波动。 （注）讲解P98页 图62、另书P123表3） 钢的导温系数（金属的热扩散率）代表金属所具有的温度变化（加热和冷却）的能力。它是金属的导热系数与容积比热容之比，即 a=/c，其中“”是金属的密度，符号 “a”， 单位 cm/s、/h。C钢在室温下导温系数和它的化学成分有关，其值波动在（0.040.06）/s。见图P98页 63图和62表。（金属的机械性质部分）4） 脆性：当物体受到冲击，弯

9、曲或其他变形时而破裂的性质。5） 弹性：物体受力后发生变形，当作用于物体的外力去掉时，发生变形的物体，即刻恢复其原来形状，物体的这种特性就叫弹性。可以用压缩或拉伸的方法来进行。金属的弹性不是无限度的。钢的弹性决定于拉伸的弹泊松比性模量E和（表示式样横向收缩和纵向伸长之比，钢的泊松比约为0.3）。 6） 可塑性：是金属的最主要的性质之一，即当加于物体上之力超过弹性极限时，使物体形状发生永久变形，虽然外力除去，也不能完全恢复原来状态。具有可塑性的物体可以变形很大。在轧钢过程中就是利用这种性质使金属受力变成所需要的形状。钢的塑性愈好，愈容易进行压力加工，钢的塑性常以相对延伸率和断面收缩率表示。钢的弹

10、性和塑性主要与钢种、化学成分和温度有关。常温下各种钢可按塑性高低分为三类：（1） 低塑钢：相对延伸率小于15%，如高碳钢和高合金钢；（2） 中塑钢：相对延伸率在15%25%之间，如中碳钢和一些合金结构钢；（3） 高塑钢：相对延伸率大于25%，如低碳钢。随着温度的升高，钢的弹性下降，朔性提高。温度超过（500550），各种钢将失去弹性，进入塑性区。温度愈高，塑性愈好，轧制前的加热目的就是提高钢的可塑性。钢的可塑性在热状态时比冷状态时有所增加，因而容易使其变形。所以一般在轧制或锻造之前都将钢加热，以提高其可塑性。（拉伸强度）：为了检验钢材的性质，取样做拉伸实验，逐步的增加拉力，当式样被拉短时，其拉

11、力的大小即该钢材的强度拉伸强度。这是钢材检验中主要的性能指标。7） 硬度：是物体抵抗外物压入的一种特性。钢的硬度随钢的化学成分及其他因数之影响而有很大的差别。8） 焊接性：也是金属的主要性质之一，即两块或多块金属在一定的温度与压力下 能够紧密的联接。含杂质很少的软钢具有很好的焊接性，钢质越硬，杂质越多，其焊接性越差。9） 比重：单位体积的质量叫比重，也叫密度。单位 “ kg/m”。钢的密度在（78007850）kg/m。第二节 热工工艺金属加热工艺包括：1）金属的加热温度和加热的均匀性；2）加热速度；3）加热制度。在这里我们讲授的是钢的加热工艺。1. 加热温度和加热质量 金属加热温度是指加热终

12、了时金属出炉前的表面温度。正确选择加热温度对热加工是十分重要的，尤其是高合金钢，不适合的加热温度，往往是无法进行热加工的。一般说来，加热温度越高，对热加工过程越有利。因为较高的加热温度，金属的塑性较好，加工时的变形阻力小，能量消耗少；同时，较高加热温度，轧机可以增大压下量，提高轧制速度，从而使产量增加，设备磨损减轻。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。因此，加热温度越高，加热能耗越多。金属加热温度也不能过低。过低的温度，不但使热加工无法顺利进行，而且还往往因保证不了终加工温度，产品性能达不到一定

13、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，在这种结晶组织下进行压力加工的钢材，不会有很大的残存应力。当钢在过低的温度下 钢坯的加热温度实际上包括表面温度和沿断面上的温差，有时还包括沿坯料长度方向上的温度差。钢坯在炉内的最终加热温度是考虑了轧制工艺、轧制的结构特点以及炉子的结构特点等实际情况后规定的。加热到规定的温度和断面温差所需的时间，取决于坯料的尺寸、钢种、是一面加热还是几面加热、采用的温度制度以及一些其他条件。 钢坯在炉内以对流方式和辐射方式得到热量，前者是指炉气冲刷坯料表面，传热量和炉气、钢坯表面间的温差成比例；后者的热源是炉气和炽热的炉衬，传热量和热源、钢坯表面的绝对温

14、度的四次方之差成比例。钢坯进入加热炉的预热段后，每平方米表面积接受辐射和对流综合在一起的热量（即热流）开始增大，在加热段内热流值保持不变或开始减小，出炉前一段区间内钢坯表面温度应基本保持不变而断面温差则逐步缩小。钢坯表面得到的热量以热传导的方式向内部扩散。传给钢坯表面的热流越小而受热面积越大、钢坯的断面尺寸越小、钢的热导率越大，断面温差就越小。各钢种的热导率在低温下相差颇大（100时低碳钢的热导率约为55W/m，镍铬不锈钢的仅为16W/m），温度超过900后，各种钢的热导率十分接近。因此，在其他条件相同时，镍铬不锈钢加热需要的时间要比低碳钢加热所需的时间长。单面加热时受热面和贴着炉低那一面的断

15、面温差最大，双面加热时受热面和坯料中部的断面温差最大。加热温度以及均匀程度等基本要求满足后，还需要考虑的问题就是经济效益，以及是否出现影响轧件成品质量的加热缺陷（影响轧件质量的还有原料质量和轧钢本身）。加热的开始阶段（例如600以下），对高碳工具钢、高锰钢、轴承钢、高速钢等这类热导率小的钢，如果升温速度过快，表面温度聚然升高而断面温差过大，将产生热应力，导致出现裂纹。低碳钢的朔性和导热率都很好，升温速度便不受限制。在加热后期，要特别注意防止过热和过烧等缺陷。加热温度过高或在高温下停留时间过长，会使钢的晶粒过分长大，晶粒间的联系削弱，钢变脆，这称为过热。过热的坯料轧制时会产生裂纹；即使轧制中没有

16、开裂，成品的力学性能也不能满足要求。除了莫些铁素体和奥氏体组织的钢坯外，这种钢坯多数情况下进行正火可以挽救，即再次加热使之超过相变温度2030，冷却后经相变使晶粒细化，但增加了额外的消耗。过热进一步发展，晶粒继续长大，而且晶界出现氧化或熔化，轧制时往往碎裂或崩裂，这称为过烧。过烧的坯料是不可挽回的废品，可能出现过烧的的标志是氧化铁皮溶化。过烧还和炉内气氛性质有关，低碳钢过烧的开始温度，在氧化性气氛下要比还原性气氛下低6075。高碳钢较低碳钢低，如温度控制不当，很容易造成过热或过烧。轧制作业突然出现故障停轧时，炉温控制不及时，同样容易出现过热或过烧现象。对轧制质量有影响的还有钢坯厚度、宽度、长度

17、上的加热温度的均匀性。钢坯上下温度不均匀轧制时容易产生弯曲、扭转现象，甚至发生缠辊等事故。端出料的炉子通过出料炉门吸入大量冷空气时，使出炉的钢坯侧面被冷却，造成宽度上的温度不均，轧件可能出现镰刀弯或缠辊。长度上的温度不均匀如水管黑印，轧制时能使同一轧件尺寸波动，不宜控制成品尺寸公差。钢坯长度上的温度不均匀由以下原因造成：各烧嘴操作不正常或烧嘴配置不合理；均热床长度不够或支撑梁垫块结构不完善，以致水管黑印未能消除；步进炉底缝隙的严密性不足并吸入外界冷空气等。 在各类连续加热炉内将钢坯加热到能保证轧件质量要求的温度，即使加热未完全均匀坯料也可以出炉。某些情况下还有意识地让长度上的温度不均匀，例如棒

18、线材轧机与炉子的距离近，长坯料的头尾温度降低快，要求坯料加热时尽量做到头尾温度比中间温度高些（长12m的150mm×150mm方坯，中间温度要高出3560）。钢的加热温度指的是加热完后钢的表面温度，与炉子加热温度（我们在控制室内看到的炉温）是有差别的。不同的钢种（品种、规格）及轧制设备对钢坯加热温度要求是不同的。（注）主要针对我们公司的实际情况讲解，具体可列举一些例子。钢加工最适合的温度主要由钢的塑性及变形抗力来决定，即希望在该加热温度下能获得最佳的塑性，最小的变形抗力，这样有利于提高产品质量，减少动力消耗和设备磨损。这是个非常复杂的综合技术，对于高合金钢和合金钢来说需经过较多的实验

19、数据来解决。我们这里主要要学习掌握碳钢和低合金钢的一般规律。 从图中得出以下结论：钢加热温度范围在上部临界点以上3050固相线以下100150，我们生产的钢种加热范围在：（8501320）。钢加热温度一般随钢中含碳量的增加而降低，这对碳钢及合金钢都是适应的，这个趋势和铁碳平衡图上AC线的变化趋势也是一直的。对于高合金钢来说加热温度范围比较窄，而对于普碳钢及低合金钢则要宽的多。例如对C0.20.4的碳钢最大塑性温度在8001200，最大塑性温度间隔为400。对一些不锈耐热钢如Cr25Ni20最大塑性温度在10001150，最大塑性温度间隔只有150。而Ni基合金的锻造温度范围在10251150，

20、温度间隔只有125。因此对高合金钢及合金钢必须精确控制加热温度，否则会引起裂纹。炉子的热工制度涉及燃料与空气进入炉内的情况、燃烧情况、燃烧产物的排除情况以及余热回收利用等情况。热工制度包括温度制度、炉压制度和炉子燃烧制度。其中温度制度是主要的，是实现加热工艺的保证；也是炉子进行操作与控制的最直观的参数。燃料准备情况对热工调节有一定影响，如煤气热值、煤气和燃油的压力、燃油黏度等都应恒定在规定范围。为了保证坯料的最终表面温度及温差要求，炉温必须沿整个炉长形成合理的分布，即炉温制度合理。装料侧钢温和出炉坯料的温差最大，出料侧钢坯与出料钢坯温差最小。坯料断面尺寸较小或对坯料内外温差要求不高（例如普通碳

21、素钢）的炉子，多采用两段式炉温制度，即只有加热段和不供热的预热段，在预热段钢坯被缓缓地加热到700800，这时钢坯的氧化实际上并不重要；在加热段钢坯被迅速地加热到规定的最终温度并短暂均热（或不均热）。为了强化小钢坯斜底推钢式炉的供热，加热段增加供热点的数目；仅有两个上部供热点的推钢式炉常用于加热长的方批坯。断面尺寸较大或要求温差小的炉子则采用三段式炉温制度，即在出炉区再设一个均热段，均热段有一个或几个供热的区间，其温度低于加热段而略高于坯料的最终表面温度，供热强度较小，以期坯料内外温差缩小到允许范围内。通常推钢式炉的均热段有个实底均热床，用于消除水管黑印；带热滑轨的推钢式炉没有实底均热床。在炉

22、长方向上设置的上下炉喉（或隔墙、隔帘）和端烧咀，在莫种程度上说明了各供热段的界线。采用侧烧咀和炉顶烧咀的炉子有的不设置炉喉，炉子结构简化，但各供热段的界限难以明确，或者说各供热段易于互相干扰。按三段式炉温制度设计的炉子可按两段式炉子制度操作。加热厚度小于90100mm的坯料时，炉子可选用单面加热即没有下加热的推钢式炉或用步进底式炉，其单位面积产量适中而热耗较低；加热厚度大于100120mm的坯料时，可选用双面加热即上下加热的推钢式炉或步进梁式炉。由于步进式炉内坯料之间有间隙，大于150mm的方坯也可选用步进底式炉。鉴于炉内滑道（纵水管、步进梁与固定梁）中心距结构上的限制，短坯料不用采用上下加热

23、方式。推钢式炉坯料长度应大于1000mm，步进梁式炉坯料长度宜大于1900mm。否则坯料底面被水管（还有隔热包扎材料）遮蔽过多，受热差；且运行不可靠，容易出现“掉道”事故。与炉温制度相对应的是炉子内形。采用两段式炉温制度的加热炉，其炉膛相应划分为两段：加热段为燃料燃烧区域，炉膛较高以保证有较大的燃烧空间并增强辐射给热；预热段为余热利用区，用较低的炉膛加大炉气流速，强化对流给热。它们交界处的炉顶和炉底是个斜面，以减少加热段向想预热段辐射热量，有利于加热段保持恒定高温。炉子的供热点一般为两点（端加热与下加热或两个端加热），也有三点的，即增加一个上加热（多为侧加热）。采用三段式炉温制度的加热炉，结构

24、上必须实现均热段和加热段分别供热，两段之间应尽量隔开以减少相互辐射供热。一般有三个供热点，即均热段、上加热、下加热。三段式加热炉如减少上下加热段的供热量，使炉温和钢温一直升高，高温区前移，在均热段内达到出钢温度后再转入平缓，这就是两段式炉温制度。产量较大、炉体较长的加热炉，供热量较大，往往在预热段设供热点或增设第二个上下加热点以及将均热段下部架空供热，即多点供热，有的称之为多段式炉。就炉温制度而言，仍可按两段式炉温制度或三段式炉温制度操作。2. 炉压制度：连续加热炉内炉压大小以及其分布是调整温度场、控制火焰及炉内气氛的一个重要手段。它影响坯料加热速度和加热质量，也影响着燃料利用的好坏。特别是炉

25、子出料端（均热段）处炉膛压力尤为重要。炉压延炉长方向上的分布，随炉型、燃料燃烧方式及操作制度而异。烧嘴供入炉内的能量使炉压增高，配置多排烧嘴会使炉压累加，而使用反向烧最其结果则相反。由于热气体的位差作用，炉内还存在着垂直方向的压差（在通常的操作温度范围内每米炉高约10Pa）。装炉顶平焰烧嘴的炉子的一个优点是可以用烧嘴流股的动量造成向下递增的垂直压力分布，而向炉长方向的动量很小，所以这种炉子沿炉长的炉压分布较均匀，并与供热量的分布情况相近似。在逆流式连续加热炉内炉压分布由出料侧向进料侧递增，总压差达2040Pa，原因是烧嘴流股动量较大，部分动量转化为静压。对炉压制度的基本要求是保持炉子出料端坯料

26、表面（或炉底平面）附近的压力为零压或微正压，同时炉内气流通畅。一般在出料端坯料表面附近的侧墙上或出料端炉顶处装设侧压管，并以此处炉压为基准调节烟道闸门的开启度。燃料燃烧方面提出的基本要求是保证燃料在炉膛范围内燃烧完全，同时空气系数要小，这就为节约燃料创造了条件。过剩空气量偏大时，一部分燃料便用于加热过剩空气；离开炉子的烟气量同时增大，因而烟气带走的热量增多。空气量不足，炉内形成不完全燃烧的产物，同时使热损失增加。所以选择空气系数要兼顾这两个方面。就每个供热段而言，一般是让燃料在这一段内完全燃烧；有时需要微氧化加热，即最终加热段或均热段的燃料以=0.851.0燃烧，燃料的未燃尽部分在炉子的后续各

27、段继续燃烧，同时增大空气通入量。按照仪表显示的经由管路通入的空气量和燃料量，能求出它们之间的比值，从而推断空气系数的值。但此值和按燃烧产物成分分析求的空气系数值不一样，炉子的某些部位（如下加热段的各个侧炉门、步进炉底侧面的缝隙）很难避免入外界的冷空气，致使（为实际空气系数）。调试时可根据肉眼观察火焰的形状来判断燃烧情况：冒烟的火焰含有碳黑（未燃尽的碳），说明燃烧不完全；完全透明的炉膛不仅证实燃烧已完全，还说明有过多的空气。或者由炉门处冒出的火焰颜色来判断：无色而透明的火焰表示过剩空气相当多；淡淡的青色火焰表示以接近1.0的值在正常燃烧。3.加热速度金属的加热速度我们通常只能运用经验公式。经验公

28、式：1） 平板加热速度公式 c=2.1a/Es22） 柱体加热速度公式 c=5.6a/Es2 其中：c 加热速度，单位/h。a 金属的导温系数，单位/h 任意处的温度应力，=E E 弹性模量，物体之弹性应变。线膨胀系数，单位1/s 金属加热时的透热深度，单位 m。4. 加热制度通常有几种形式：1）一段制度；2）两段制度；3）三段制度；4）多段制度。一段制度：是指一般均热炉和小型断续加热炉只有加热段的一种炉子。现在已经没有这种炉型。二段制度：通常有加热和均热段两段，还有预热段和加热两段。.适合生产小规格坯料。在三段炉操作中也有使用两段操作制度，这要根据生产节奏决定。慢节奏可以这样操作。三段制度：

29、预热段、加热段和均热段，是现在连轧生产线最为钟情的一种制度。已成为最为适用的加热制度。多段制度：适合于轧制特殊钢种，或工艺排布不均匀情况。5. 钢的热压力加工的主要方法a) 锻造：用锤子的打击使金属变形，我们常见的就是用气锤，其动力使用蒸气、压缩空气。b) 冲压：模内锻造。在大批量生产中，成本比自由锻造低。c) 拉制：拉拽（适用于钢丝等小断面的钢材）使钢坯形成需要规格状态。d) 轧制：钢坯或钢锭被咬入于两个旋转轧辊所组成的缝隙（孔型）之中，钢被轧辊压扎并使其向长的方向伸长。通常轧钢就是这种热压力加工方式。可生产出各类钢材：圆钢、螺纹钢、方钢、扁钢、钢板、钢轨、工字钢、槽钢、角钢、管材及各类异性

30、钢。是应用最广泛的热压力加工方法。生产一般分三个工序：（1）钢在炉内加热； （2）轧机将钢坯轧制成所需要的形状； （3）精整，包括：冷却、剪切、退火、矫直、堆放、检查、打包和检斤入库。6. 均匀性：钢加热最理想的情况是能把它加热到里外温度都相等，但实际上很难做到，所以根据热加工的许可范围，允许加热终了钢坯（锭）内外温度存在一定程度的不均匀性。一般规定断面允许温差为：t/S=100300/m式中 t钢最终加热时断面温差， ； S钢加热时的透热深度，m 。7 加热时间经验公式为：T=CB h式中 T加热时间，h；B钢坯厚度，；C系数，h/在连续加热炉内C的数值为： 低碳钢 C =0.10.15；

31、中碳钢及低合金钢 C=0.150.20； 高碳钢及高合金结构钢 C=0.200.30； 高合金工具钢 C=0.300.40。 8 氧化和脱碳 钢在加热时，往往在表面发生氧化、脱碳。在少数情况下，也有可能发生过热与过烧。这些加热过程中的缺陷，不但影响钢材的质量和产量，而且有可能使被加热的金属报废，在加热过程中应尽量减少或避免。氧化过程和脱碳过程是同时进行的，它们都和加热条件（温度、炉内时间、炉内气氛以及坯料的化学成分）有关。一般说来，温度小于750时氧化和脱碳都不明显。温度越高、炉内时间越长，氧化层和脱碳层都增加。温度不小于1200它们增加的特别快，温度不小于1300时铁的氧化速度超过碳的氧化速

32、度，残余脱碳层深度减少，但是加热到这样高的温度氧化铁皮可能熔化，从钢表面上掉下来，露出新的钢表面，烧损迅速增加。纯氧化铁熔点为13771565，但含有杂质使熔点降低到13001350。炉气中含硫时生成易熔的化合物FeS，进入氧化铁皮后其熔点还要降低因而以含硫重油为燃烧时烧损比以混合煤气（炼铁煤气和脱硫后的炼焦煤气）为燃料时大的多。炉气成分对氧化和脱碳的影响并不相同，可使氧化铁还原但能引起钢脱碳，甲烷则是增碳剂。炉气中含有的大量的氮实际上对铁和碳都是中性的。燃料以大于1的空气系数（实际空气量和理论需要空气量之比，即空气过剩系数）完全燃烧，炉气中只有氧化性气体和氮。由1.0增加到1.21.3，烧损

33、率大致和成比例；再继续增加烧损率增长减慢，因为游离氧的含量虽然增加但氮含量增加的更快。燃料以1的空气量燃烧时炉气呈还原性，氧化铁皮生成量比呈氧化性气氛时少，但不宜剥落；1时炉气呈强还原性，能做到微氧化或无氧化加热。为了防止脱碳，值还要进一步降低。但此时难以保证需要的炉温和钢温，温度控制困难；还容易大量析出碳黑，提高了燃料耗量，经济上不合理，因而此项措施未能在加热炉上普遍推广。钢坯氧化烧损后，必然影响成材率；氧化铁皮的热导率比钢坯差得多，对钢坯的加热时间有影响；氧化铁皮脱落并堆积在出钢槽或推钢式炉的均热床上，使侧出料或推钢不能顺行；步进底和固定底上氧化铁皮淤积过多钢坯易跑偏；下加热区中氧化铁皮淤

34、积过多甚至影响烧咀砖出口处火焰的正常燃烧；人工清理宽炉底上结渣的工作是很艰苦的，停炉清渣显然影响炉子的年产量。因此，在不影响质量的前提下要尽量降低加热温度和缩短在高温区的停留时间。有的设定均热段的空气系数1同时使燃料在加热段完全燃烧，效果也不错。实际的烧损率也涉及操作条件和坯料的表面清理情况，一般约0.51.5。1）氧化在钢材生产过程中，金属要经过多次加热和冷却。总的氧化烧损达4%5%，以2003年我国钢产量2.6亿吨计算，烧损总量达10401300万吨。钢的氧化不但增加金属的损耗，而且还引起一系列不良后果。如轧制时因钢表面的氧化皮未脱落而压入钢坯，将严重影响钢材的质量；由于氧化皮的存在，使精

35、密模锻无法进行；为了清除钢表面的氧化铁皮，须增设高压水冲洗、酸洗、喷丸等设备，增加了生产工序；此外，生成的氧化铁皮，落在加热炉内，不但侵蚀炉体，影响炉体寿命，而且为了清除炉渣须增加繁重的体力劳动，影响了作业率。钢的氧化过程：从钢锭表面取下一块氧化铁皮，就可以发现它往往是分层的，如图所示。分析一下它们的化学成份，最外层为Fe2O3，中间为Fe3O4，最外层为FeO。一般情况下，Fe2O3约占10%，Fe3O4约占50%，FeO约占40%。研究证明：钢的氧化是由于两种元素的相反的方向上扩散的结果，即炉气中的氧原子通过表面向钢坯内部扩散，而铁离子则由钢坯内部向外扩散，当两元素相遇，在一定条件下，发生

36、化学反应而生成氧化物。铁在氧化时，内层的铁离子较多，氧较少，常生成低价的氧化物，而外层则多为高价氧化物。FeO的熔点为1370，Fe3O4的熔点为1538，Fe2O3的熔点为1560。由于这三种氧化物在氧化铁皮中成固溶体而存在且含有杂质，故氧化铁皮的熔点通常认为是（13001350）。因为氧化过程不仅是化学反应过程，而且更主要的是扩散过程，故在金属表面上已生成的氧化铁皮将阻碍氧化的继续进行。氧化铁皮在炉内的融化和脱落，是金属露出更新的表面，将促进氧化迅速进行，从而使氧化铁皮增多，烧损率高。（1）化学反应方程式：2Fe+O22FeO 6FeO+O22Fe3O4 4Fe3O4+O26Fe2O3 F

37、e+CO2FeO+CO 3 FeO+CO2Fe3O4+CO Fe+H2OFeO+H2 3FeO+H2OFe3O4+H2 2Fe3O4+H2O3Fe2O3+H2 3Fe+4H2OFe3O4+4H2其他如SO2能大大提高铁的氧化速度。（2）影响氧化的因素 （I）温度随着温度的升高，钢的氧化加剧。因为钢的温度升高，各种成分的扩散加速，炉气和钢化学反应的平衡常数也有显著的变化，为加速氧化创造条件。在650以下，基本不生成氧化铁皮；而当温度为760时，氧化铁皮量就可以测量了。温度再升高，氧化损失迅速增加，且与温度成指数曲线关系。必须说明，这里所说的温度的影响是指金属表面的温度而不是炉气温度，因为氧化反应

38、和扩散过程都是在金属表面上进行的。在实际炉子上，如果控制的好，提高炉温不仅不会增加氧化，反而有可能因加热时间的缩短而使氧化损失减少。 （II）时间 在氧化时间范围内，时间越长氧化铁皮产生的越多。所以在炉子的实际操作中，尽量减少加热时间。 （III） 炉气成分炉气中O2、H2O、CO2氧化物要尽量减少；特别是过剩空气含量要减少。（3）措施（1） 炉温不宜过高；（2） 尽量减少加热时间；（3） 减少冷空气吸入；（4） 采取特殊措施控制炉内气氛。实际上，燃料在炉内并非完全燃烧，特别是热值较低的燃料，在炉内理论燃烧温度与实际燃烧温度差别很大。为了提高燃料不完全燃烧时的理论燃烧温度，一般有以下几个途径：

39、（1） 预热燃料和空气；（2） 用氧助燃；（3） 预热空气，并用少量氧气。2） 脱碳 钢在加热时，表面碳的成分降低的现象叫脱碳。 在生产含硅电工钢时，为了获得良好的电磁性能，要求尽可能地脱碳以保证最低的含碳量。除此以外，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、高速钢及弹簧钢，脱碳造成的危害更为严重。 钢的表面脱碳将使表层的机械性能降低，对于需要淬火的钢，往往达不到要求的硬度。工具钢和滚珠轴承钢表面脱碳后会形成淬火软点。高速工具钢表面脱碳以后将使红硬性能降低。 钢的表面脱碳以后由于表面与内部组织具有不同的膨胀系数，淬火时有产生裂纹的可性。此外，脱碳使钢的疲劳强度显著降

40、低，这种现象在弹簧钢制件中尤为显著。弹簧钢表面脱碳以后，对长期反复载荷的抗力降低。板簧和螺旋弹簧在弯曲和扭转时，外部组织的载荷最大，容易产生裂纹，从而引起弹簧在工作时疲劳断裂。钢的表面脱碳，不但使钢材性能下降，而且增加了除去脱碳层的生产工序和劳动量，影响生产成本。 钢材脱碳是炉气与钢表面层的碳化铁反应的结果。在火焰炉内，脱碳的炉气成分有H2O、CO2、O2、和H2。 （I）方程式Fe3C+H2O3Fe+CO+H2Fe3C+CO23Fe+2CO2Fe3C+O26Fe+2COFe3C+2H23Fe+CH4实际证明，水蒸气的脱碳能力最强，其次是CO2、O2和H2。在脱碳过程中，脱碳气体和碳或碳化铁（

41、Fe3C）进行相互扩散。钢的氧化与脱碳是同时发生的，随着氧化铁皮的生成，钢的脱碳将被减弱或抑制，而且氧化铁皮越厚、脱碳越薄。当钢表面生成致密的氧化铁皮时，脱碳层就比较薄。影响钢材脱碳的因数是：炉气成分、加热温度、加热时间、钢的种类以及钢的表面状态（主要是原始脱碳厚度）。（1） 加热温度的影响 一般情况下随着钢加热温度的升高，脱碳层就愈加深，脱碳越多。但对某些具体的钢种，情况不尽相同。可看钢的脱碳厚度与加热温度的曲线图。（略）从图中可见，碳素工具钢T12和滚珠钢GCr15在800以前只有轻微脱碳，在900以后随着加热温度升高脱碳层迅速增加。尤其是T12，脱碳层随着温度的增加更为显著。硅弹簧钢60

42、Si2Mn和合金工具钢9SiCr，在（8001150）温度范围内，随着金属温度的升高，脱碳层迅速增加，在1150附近曲线出现“峰值”，在峰值以后，脱碳层厚度又随着温度增高而显著减小。 （2） 加热时间的影响 加热时间越长，钢材的脱碳层越厚，而且两者间的关系基本是符合于抛物线规律。需要指出，在加热温度较低的情况下（800900），即使加热时间较长，脱碳层也并不显著。因此，控制钢的加热时间尤其是高温下停留时间，是减少钢材脱碳的主要措施。对于较厚的优质钢材，采取“慢预热”（使其在预热期间断面温度尽量均匀）和“快加热”（减少金属在高温下停留时间）的加热方法可减少钢材的脱碳，并保证良好的断面温度均匀性。

43、（3） 钢的成分对脱碳的影响 一般情况下，含碳量越高越容易脱碳。除含碳量以外，钢中的合金元素对脱碳影响很大。含Si、Co和Al的钢，由于这些元素不形成碳化物，而且有使碳游离或石墨化的倾向，对脱碳起促进作用。W、Mo虽然形成碳化物，但它们也有使碳石墨化或在高温下游离的倾向，使钢容易脱碳。Cr、B和稀土元素加入钢中，可以减少钢的脱碳。易脱碳的钢种有：碳素工具钢、模具钢、硅锰弹簧钢、合金工具钢和高速工具钢。（4）炉气成分的影响 炉气成分的影响本来是根本性的，但一般火焰炉内的燃烧产物对易脱碳钢来说都是饱和性脱碳气氛，因而在生产实际中，即使减少炉气的脱碳（氧化）能力，也并不能有效地减少脱碳，实践证明，即

44、使在敞焰无氧化气氛中（空气消耗系数为0.50.55），仍不能避免钢材表面的脱碳。相反，对于多数钢种来说，其最小的可见脱碳层是在氧化性气氛中得到的。 （II）措施（1） 尽可能实现高温下的快速加热，缩短金属在高温段停留的时间。（2） 对有脱碳“蜂值”的钢种，应使加热避开“蜂值”的温度范围。（3） 选择灵活的先进炉型，如采用步进式炉和分式式快速加热炉。（4） 合理安排装料与出料。 9过热与过烧 钢在加热过程中，当温度过高时很容易产生过热和过烧现象。应引起高度的重视。 1） 过热 钢加热温度超过Ac3，即固相线以上时，就会使晶粒粗化，形成过热的组织。钢过热后，不仅使机械性能下降，而且也给加工工艺性能

45、带来很不利的影响。如锻造过热的钢件容易产生裂纹；在热处理时过热也往往使淬火零件的内应力增高，产生变形乃至开裂；此外，过热不可避免地使钢出现严重的氧化和脱碳。过热与那些因数有关 （1）与钢的本质晶粒度大小有关。可分为：本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢。本质粗晶粒钢是指只有锰铁脱氧（如沸腾钢）或只有锰铁、硅铁脱氧的钢；本质细晶粒钢除了用上述脱氧剂以外，并用铝脱氧的钢。看图加热温度在Ac1以上不多时，本质粗晶粒钢即开始长。本质细晶粒钢在930950的温度下尚不显著长大，只有在超过这个温度以后才开始粗化，并且温度的继续升高，它的长大趋势比本质粗晶粒钢还要大。 （2） 加热温度与时间的影响 对于钢的晶粒长大，

46、加热的温度及时间有着决定性的作用，加热的温度越高，高温下停留的时间越长，钢的晶粒越大。 （3） 合金元素的影响 分两类：1）增加晶粒长大倾向的有Mn、P、C等；2）减小晶粒长大倾向的有V、Ti、Al、Zr、W、Mo、Cr、Si、Ni等。可以看出，大多数合金钢的过热敏感性都要比普碳钢低。2）过烧 即钢在高温下加热，晶粒间界面氧化而出现氧化物或局部熔化的现象。过热和过烧都是钢在超过正常加热温度的情况下形成的缺陷，两者所不同的是过烧形成的温度较过热的温度更高。过热可以挽救而过烧是无法挽救的。防止过热与过烧的方法1） 根据钢的成分及零件的几何形状，制定正确的加热工艺制度并严格执行。2） 最高加热温度应

47、比钢的熔点至少低100200。3） 控制加热炉的气氛，使之不具有过于强烈的氧化性。4） 在火焰炉中，不得使火焰与加热件直接接触，以防止局部过烧。第三章 炉子的操作前言现代化的连续式加热炉是个复杂的机械化的热工设备，它由炉子本体及下列设施组成：坯料的运送设施、运送各项介质（燃料油或煤气、空气、蒸汽、压缩空气、水、液压油、润滑剂）的炉前管道系统、燃料的燃烧系设施、燃烧产物的排放和预热回收设施、热工制度的控制系统、各部件的冷却系统、加热中生成氧化铁皮的清除设施等。炉子作业指标（产量、经济性、可靠性）的好坏，不仅取决与设计是否优良，还取决于生产人员是否熟练掌握这套热工设备。轧钢加热炉通常是三班连续生产

48、的。生产人员要做的工作涉及：坯料的装炉、钢坯在炉内的运行、坯料出炉送往轧机；钢的加热制度和炉子热工制度的控制；炉子清理氧化铁皮和炉渣；按计划停炉检修或事故停炉；检修后的开炉等等。热工制度的控制炉区主要设备配置及相关工种职责 总的职责：将炼钢产的150×150×12000规格的钢坯，通过我们大家的正确操作设备，使这些合格的钢坯加热到轧钢工艺所要求的温度，并尽量降低能耗，确保安全。合乎技术条件要求的原料，按照生产作业计划由连铸热运送到加热炉旁的提升机，经提升到上料台架，再将坯料送到入炉辊道上。在此期间不允许发生不同钢号、不同炉罐号的钢坯混杂在一起的混钢事故。钢坯应符合入炉条件（

49、例如步进炉内钢坯弯曲度不大于510mm/m，全长最大弯曲度一般小于100mm，扭转度小于1020），不符合条件的钢坯要有剔除装置剔除。合格钢坯由推钢机、辊道或步进机构运入炉内。入炉钢坯由炉内用输送机构（推钢机、步进机构）从装料侧连续地向出料侧运出，经过炉子的预热段、加热段（有时还有均热段）加热到最适合于轧制的温度。最后，根据出钢信号用设置在出料侧的出钢机械及时加热好的坯料送向初轧机。热送辊道、提升装置。将炼钢产的150×150×12000钢坯运至炉区上料平台上。此项工作由轧钢第一个工种接料工完成。接料工主要职责：1）保证及时运料，满足生产要求；2）剔除不合格品；3）搞好钢种

50、、批号的交接工作。（附）对照接料工操作规程讲解工作职责。一 接料工操作规程1. 钢种及规格 1.1 钢种碳素结构钢Q235，优质碳素钢45#，低合金钢20Mn。1.2 规格 150×150×12000，少部分150×150（1000012000），热（冷）连铸坯。2 原料工序流程图 坯料验收（合格）供坯3 坯料验收规程3.1 坯料严格执行YB201183，YB/T1541999的规定。全长总弯曲度70。3.2 接料员首先要进行交接工作，清楚上班接料、供料、退料情况；双方确认签字接班。做好工作记录，如：钢种、批号、根数、吨位、规格尺寸。与炼钢交接的物流卡和实物不符及

51、不合格坯料有权拒收。3.3 批号间放置隔离物，如：坯料上放耐火砖，不得混号与跑号员做好交接工作。优先上热料。掉队钢允许同钢号组批，但应符合GB70079、GB195179的规定。推钢机、出钢机推钢机：160t液压式推钢机；出钢机：5t出钢机。CSI操作工职责：1）将接来的合格钢坯推入加热炉内；2）发现不合格品要提示接料工剔除；3）发现加热炉有问题及时反映解决。（附）参照CSI操作工操作规程讲解工作内容。二 推钢、出钢操作规程1 上岗首先要仔细检查推钢机、出钢机及操作系统。2. 随时观察坯料在炉内的运行情况，防止刮墙、掉道、起摞，发现问题及时停止推钢，尽快解决并及时汇报。3. 与接料工、加热工及

52、生产工段密切配合，掌握生产节奏。4. 对不合格的坯料有权责令接料员剔除，各批号间要有明显标记物。5. 发现设备有异常，要及时与维修工联系，解决后方可使用。发现加热炉有异常现象，及时与加热工联系，杜绝野蛮作业。6. 做好值班记录，交接班工作。7. 操作台的操作要点（空）加热炉这是一座较为先进的蓄热推钢式加热炉。燃烧系统为目前世界上最为先进的双蓄热烧嘴式及全自动控制系统，燃气比自动配置，炉体保温采用复合式结构，能耗及经济技术指标是先进的。几个主要的经济指标指标：1）能耗 1.2GJ/t（41kgE/t冷装）；2）氧化烧损 0.9%；3）无污染、无噪音、维修周期长。此项工作由加热工完成。主要职责：1

53、）按工艺要求，产出合格的热钢坯；2）尽力节约能耗，提高经济效益；3）发现推钢机刮炉墙等现象，及时通知CSI台操作工，协助解决；4）巡检设备、液压润滑及输送系统，确保安全。（附）：加热炉操作技术规程三 汽化系统操作规程1. 技术参数（空）2. 点炉上水前，仔细检查附属设备，如：水泵、除氧系统、软化水箱的水位是否正常。3. 点炉前，仔细检查汽包的安全、显示附件（水位计、压力表、安全阀）及阀门是否可靠，灵敏；电控系统、自控系统是否正常。4. 汽包系统压力小于0.25Mpa时，要用蒸汽引流。待汽包能正常循环后，方可关闭引流蒸汽。5. 正常运行汽包压力大于0.6Mpa，方可与公司蒸汽管网并网。6. 每隔

54、4小时排污一次，2小时冲洗水位计一次，每班安全阀手动提升一次，每隔半小时上汽化楼巡检一次，发现问题及时处理。处理问题要严格按压力容器操作、维修规范要求做。7. 遇到以下情况，按事故停炉处理。a) 安全阀水汽压迅速上升，超过允许工作压力，虽然排空气压继续上升。b) 出现严重缺水（水位计已经看不到水位）。c) 虽然水注入，水位仍然下降。d) 安全阀、水位表、排污阀、汽化管路、炉筋管及汽包给水设备损坏（包括控制系统）。e) 车间内发生事故危及汽化系统正常运行。 8. 做好值班记录及交接班工作。 （附）四 加热工操作规程i. 加热炉技术性能1） 炉型：蓄热式推钢加热炉2） 炉子有效尺寸：20996×128003） 加热钢种：碳素结构钢、优质碳素钢、低合金钢4） 钢坯规格：150×150×120005） 加热