軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制探討

宋廣成 徐敦好

1.弗馬斯精密鍛件（大連）有限公司 遼寧大連 116000 2.東北特殊鋼集團股份有限公司 遼寧大連 116000

1 軋鋼加熱爐加熱缺陷

1.1 過熱和過燒

如果生產鋼產品的坯料長時間處在過高加熱溫度的環境下，就會對鋼晶粒體造成不利影響，使晶粒體過分長大，這樣一來，鋼產品晶粒間的聯系就會被削弱，導致產品易脆。在這種過熱的生產條件下，坯料在軋制過程中，就會出現大量的裂紋，鋼產品的內部結構與形狀就會發生改變。假如晶粒繼續長大，甚至晶界出現熔化和氧化現象，坯料就會碎裂，這種情況稱之為過燒，過燒的坯料屬于廢品，已經失去生產與使用價值?？梢娙绻麥囟仁Э?，就會出現過熱與過燒的情況，進而給企業造成巨大的經濟損失。

1.2 氧化與脫碳

軋鋼生產過程也屬于化學反應過程，當爐體加熱到一定溫度時，坯料內部的金屬元素就會與加熱爐內的氧化性氣體發生化學反應，而生成氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵等，如果脫碳后的鋼件表面在淬火時達不到要求的硬度，就會影響鋼坯料的后續加工流程。加熱爐內的氧化與脫碳過程是同時進行的，如果爐內溫度小于750℃，氧化與脫碳現象不明顯，如果溫度達到800℃以上，氧化與脫碳的速度也成倍增長[1]。

1.3 鋼坯料開裂

對于高碳鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這些導熱率相對較小的鋼，如果在700℃的初始溫度的基礎上，快速升溫，這些鋼坯料的斷面溫差就會增大，而產生熱應力，在熱應力作用下，鋼坯料極易出現開裂現象，甚至存在的斷鋼的風險。

2 控制軋鋼加熱爐溫度的現實意義

2.1 節省投入成本

據實際生產數據表明，軋鋼加熱爐的加熱流程所耗費的能源量占據軋制全過程能耗總量的70%以上，因此合理控制加熱溫度，能大幅降低噸鋼能耗，進而節省大量的生產成本[2]。

2.2 降低能源消耗，減少環境污染

近年來國家針對工業生產企業提出了“節能降耗”的要求，而加熱爐在加熱過程中使用的燃料通常為高爐煤氣以及轉爐煤氣，這些燃料都是在煤炭未經完全燃燒情況下產生的工業生產用氣，這些氣體均屬于一次性能源，這就對自然生態環境造成了嚴重的負面影響。

2.3 減少溫室效應的社會意義

在軋鋼加熱爐持續運轉過程中，將產生大量的廢熱氣體，當這些氣體排放到空氣當中，極易加劇溫室效應，而給自然氣候條件造成影響。因此冶金生產企業為嚴格控制二氧化碳的排放量，應當將加熱溫度控制在合理范圍之內，減少生產環節中廢熱氣體的排放量，進而實現經濟效益與社會效益雙豐收的美好愿景。

3 軋鋼加熱爐溫度控制措施

下面以三段連續式梁式加熱爐為例，圍繞加熱爐在實際生產過程中的溫度控制措施予以闡述。

3.1 溫度控制要求

為防止加熱缺陷，需要保證鋼坯料具有足夠的可塑性，但并不能無限升高加熱溫度，以避免產生過熱與過燒現象。結合鋼種、鋼斷面及鋼坯形狀，在均熱的前提下，應將加熱溫度控制在1050-1100℃之間，在這一溫度區間能使鋼坯料的長度與斷面保持均勻一致，進而提升鋼坯的加熱質量[3]。

3.2 正常軋制時的溫度控制措施

三段連續式梁式加熱爐在正常生產加熱時，爐內各個階段的溫度基本保持恒定，因此溫度控制的高低直接決定出鋼溫度的高低。結合軋制的標準規范要求，針對普碳鋼與低合金鋼，均熱上溫度區間為1100-1280℃，均熱下溫度區間為1100-1290℃，加熱上溫度區間為1000-1290℃，加熱下溫度區間為1000-1300℃。

3.3 軋制不順暢情況下的溫度控制措施

軋制不順暢通常表現軋線經常出現換輥、換槽、檢修等問題，此時，應當及時采取降溫措施，調整煤氣供給量。當保溫待軋時間滿足標準要求后，可以在開始軋制之前逐漸升溫。以Φ16HRB335螺紋鋼為例，開始軋制后，一切順利，軋制節奏為每小時軋制140支鋼坯，每軋制45min，記錄一次爐溫。由于爐尾待溫時的鋼坯預熱溫度過高，導致加熱段與均熱段的升溫速度較快，但是后續裝入鋼坯始終處于順軋狀態，這就使加熱爐的溫度逐步升到正常值，因此，在軋制不順暢的情況，預熱段溫度要低于順軋時的溫度。

而對于后續入爐鋼坯來說，溫度相對較低，因此，這時可以采取升溫措施，使后續鋼坯的溫度高于正常溫度，以防止溫度脫茬情況的發生。已知鋼坯順軋時間為45min，軋制鋼坯數量為105支，爐尾推鋼段裝鋼45支，動梁裝鋼120支，由此可以計算出換輥時爐尾最后一根鋼軋處于的爐內位置距入爐處的距離為18.58m，此時鋼坯溫度處于正常軋制溫度以下，在未經加熱的情況下，極易出現溫度脫茬現象。如果提高加熱溫度，使鋼坯溫度處于正常軋制溫度之上時，則可以滿足軋制要求。

3.4 創新溫控技術

隨著計算機技術的迅猛發展，在軋鋼加熱爐溫控系統中植入了供坯節奏、熱平衡、數字模型等模塊，借助于計算機技術，可以對加熱溫度進行實時計算和控制，使加熱爐逐步實現自動化管理。尤其是二級控制系統的實際應用，能夠對加熱爐各部分的主要啟動程序進行科學控制，其中，神經網絡系統具有強大的非線性映射功能與較強的學習能力，該系統能夠自主靈活的創建控制模型，同時具有結構簡單、噪音小等優勢，在軋鋼加熱爐溫度控制領域得到廣泛應用。此外，近年來，也出現了RBF網絡模型以及模糊邏輯控制等智能控制技術，模糊邏輯控制技術常被應用在復雜的加熱爐系統當中，該技術總結了實際溫度控制經驗及固定的控制規則，不僅節省了生產成本，而且也促進了生產效率的大幅提升。

4 結語

合理控制軋鋼加熱爐溫度是冶金生產企業提質增效的一條有效路徑，因此，在實際生產過程中，應當不斷優化生產工藝流程，嚴格控制加熱溫度，在保證軋鋼產品質量的前提下，降低能源消耗、節約投入成本，使企業在激烈的市場競爭當中贏得一席之地。