高溫防氧化涂層對鋼坯燒損的研究和實踐

李卯華 劉艷華 趙德忠

摘 要：通過防氧化涂層的使用，分別進行實驗室和工業化對比試驗，結果表明，采用在鋼坯表面涂刷防氧化層的方式，使得鋼坯氧化燒損得到有效控制，效果明顯，推廣意義大。

關鍵詞：防氧化涂層；燒損；耐火度；

前言

鋼坯在加熱過程中，表面層金屬與爐氣中的氧化性氣體（O2 ，CO2 ，H2O及SO2）進行化學反應使鋼坯表面氧化生成氧化皮，導致不同程度的氧化燒損，造成一定量的金屬損失，發生氧化反應的現象是必然的。因而，對于熱軋廠而言，加熱爐過程中的氧化燒損是一定存在的，說明，加熱過程中的氧化燒損客觀存在，不能完全消除，只能通過一定的方法和手段控制和降低不僅因表面生成氧化鐵皮造成金屬損失，還會造成某些鋼種表面脫碳，表面合金元素貧化、機械性能降低以及表面氧化鐵皮富集、粘附，軋制后形成表面缺陷[1]。鋼坯氧化后產生的氧化鐵皮堆積在加熱爐爐底，不僅侵蝕耐火材料，嚴重時將迫使停爐扒渣，影響加熱爐作業率同時會惡化傳熱，使爐子產量降低，煤氣消耗增加。因而，如何最大限度的降低氧化燒損，成為所有熱軋廠礦永遠追求的目標。為此，本鋼特鋼廠于2012年分別進行實驗室和工業化對比試驗，試驗表明，采用在鋼坯表面涂刷防氧化層的方式來減少氧化燒損，效果明顯。

1.實驗室試驗過程

分析鋼坯表面氧化鐵皮生成機理[2]，可得出這樣的結論：若想降低鋼坯在加熱過程中的金屬損失，第一方案靠改造加熱爐的工藝、設備來改善加熱爐內氣氛，第二方案在鋼坯表面建立一個涂層，使其鋼坯表面與爐內氣體充分隔絕，最大限度地減少氧原子與鋼坯表面鐵離子結合，借以減少氧化鐵皮生成量。若想實現第一方案難度相當大，而第二方案實現起來相對簡單一些。實踐表明，這一方案最簡捷、最經濟、最有效。

為了實現這一方案，特鋼廠加熱車間與本鋼第三軋鋼廠技術人員組建攻關小組，模擬加熱爐加熱曲線見圖1，經過在電阻爐多次用小樣試驗，最后篩選出優質、價廉的高溫防氧化燒損耐火涂料[3]，并具備了如下功能：

1.1.涂層和鋼坯表面以及涂層層與層之間物理粘結性合理，熱膨脹系數匹配。

1.2.涂層體系中的耐火材料具備足夠的耐火度。

1.3.整個涂層體系致密，預熱段（低溫區）涂層具有足夠的粘結力，高溫區燒結、涂層不開裂。

1.4.涂料采用水性體系，可直接噴涂鋼坯表面，適用溫度范圍為室溫至750℃。

1.5.物美價廉，制備工藝簡單，適用于各個鋼種。

涂料篩選出后，經800生產線加熱爐多次小樣試驗最終定型，并進行了多次工業化生產實驗，實踐證明，該涂料防氧化燒損效果顯著，在加熱過程中，不會對鋼坯表面造成不良影響。是一種理想的鋼坯高溫防氧化燒損涂料。

2.加熱爐試驗及數據分析

加熱爐對小試樣反復多次實驗，解決了涂料粒度梯度、原材料耐火度、粘結劑的種類及用量等試驗中出現的各種問題，成功研制出了高溫防氧化燒損涂料，選用于各種鋼種鋼坯表面涂覆用的鋼坯高溫防氧化燒損涂料。

加熱爐燃料為高焦混合煤氣，空燃比為7：3，加熱工藝曲線見圖1，鋼坯尺寸規格及涂層厚度見表1：

圖1 加熱工藝曲線

類 型 尺寸規格 備 注

尺寸（mm） 350×4700×3800～4100 一部分空白樣、一部分涂涂料

涂層厚度（mm） 1.5 鋼坯表下面未涂涂料

表1 鋼坯尺寸規格及涂層厚度

進行試驗的鋼坯在加熱前后的重量要檢斤，涂刷后的鋼坯和沒有涂刷的鋼坯在加熱爐相同環境下進行加熱，白色表示未噴涂防氧化層的鋼坯（如1#、7#、8#等），深色表示已涂刷防氧化層的鋼坯（如2#、3#、4#等），涂刷前后氧化燒損量對比，詳見圖2和表2。

圖2 加熱爐內鋼坯位置

試驗次數 是否噴涂 加熱前重量Kg 加熱后重量Kg 燒損量Kg 燒損率% 降低燒損率%

1 是 16220 15990 230 1.42 -0.70

否 5430 5315 115 2.12 0

2 是 27150 26950 200 0.74 -0.99

否 27425 26950 475 1.73 0

3 是 47605 47150 455 0.96 -1.08

否 47530 46560 970 2.04 0

4 是 19040 18765 275 1.44 -0.88

否 19150 18705 445 2.32 0

5 是 46620 46190 430 0.92 -1.04

否 46520 45609 911 1.96 0

6 是 21680 21490 190 0.88 -0.95

否 21820 21420 400 1.83 0

7 是 21840 21630 210 0.96 -0.81

否 22020 21630 390 1.77 0

8 是 22020 21805 215 0.98 -1.04

否 22000 21555 445 2.02 0

9 是 46225 45785 440 0.95 -0.74

否 46200 45420 780 1.69 0

表2 涂刷試驗數據統計對比

表2的試驗次數為隨機選取的9次實驗數據，每次試驗生產的鋼種不同，出現的燒損量不同，鋼坯防氧化層為人工涂刷，涂刷厚度視為均勻，平均在爐時間為5小時30分鐘。

3.結論

從表2可以看出，涂刷防氧化層的鋼坯與未涂防氧化層的鋼坯相比較平均降低燒損率0.92%，降低氧化燒損效果明顯。不同組別鋼種所體現出的數據差別，除加熱時間長短、加熱溫度高低不同因素之外，起決定作用的是防氧化層噴涂厚度及厚度均勻度。即便如此，在下表面涂層效果不太明顯的前提下，平均氧化燒損率降低0.8﹪以上，減少加熱爐內均熱段積渣量和延長加熱爐運行周期，經濟效益相當可觀。

若采用自動噴涂設備進行在線噴涂，即可保證連續生產，又可得到厚度均勻的涂層，實現了降低鋼坯高溫氧化燒損，提高成材率的目的，具有明顯的推廣意義。

參考文獻：

[1] 劉文，王興珍 軋鋼生產基礎知識問答（第2版） 冶金工業出版社[M] 1994 p235-241，

[2] 崔忠圻 劉北興 金屬學與熱處理原理 哈爾濱工業出版社[M] 1998 p106-122

[3] 毛玉軍 淺談軋鋼加熱爐節能及降低氧化燒損的途徑[J].工業爐 2007，29[3]：21-23

作者簡介：李卯華 （1979— ） ， 男 ， 本鋼特鋼廠加熱車間技術員 2004年6月蘭州理工大學畢業 ，從事技術質量工作

劉艷華 ，工程師 1997年畢業于遼寧工學院材料工程系，在職研究生，現從事遼寧冶金職業技師學院材料學的教學與研究工作。

趙德忠 ， 高級工程師 1997年畢業于遼寧工學院材料工程系，一直從事技術質量工作，現任本鋼特鋼廠加熱車間技術組長。