加熱爐爐內(nèi)水梁結(jié)瘤的控制和預(yù)防

張彥鵬，吳玉霄，鄭巖巖，秦世寬

（唐山不銹鋼有限責任公司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)定運行的一個重要部分，板坯的承重和在爐內(nèi)的運動是靠爐內(nèi)水梁前后的循環(huán)運動完成。唐山不銹鋼有限責任公司（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)瘤不會嚴重堆積過高，但也存在部分加熱爐水梁結(jié)瘤嚴重，導(dǎo)致板坯在爐內(nèi)運動中發(fā)生歪斜，嚴重影響了產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，并需要定期進行爐內(nèi)水梁結(jié)瘤的清理。同時板坯會在結(jié)瘤位置形成較深凹坑，軋制過程中會造成帶鋼嚴重的氧化鐵皮、翹皮、夾雜等質(zhì)量問題，對表面質(zhì)量要求高的板帶鋼種，影響更加嚴重。

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)嚴重，導(dǎo)致板坯在行進過程中發(fā)生歪斜，嚴重時只能停止出鋼，被迫利用出鋼機推動爐內(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，但兩者都會嚴重影響軋線的生產(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)板坯運動過程中下表面與堆積的氧化鐵皮刮蹭，會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)生嚴重的質(zhì)量損失。

每當出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象后，結(jié)瘤還會隨著時間而逐漸長大，等結(jié)瘤長大到一定程度后，只能被迫進行清理，清理時選用2～3塊涼坯并排裝入爐內(nèi)，利用步進梁前進將結(jié)瘤刮掉，這種方法需要清空加熱爐爐內(nèi)板坯，非檢修時間很難有機會進行，而且這種刮蹭方式會對水梁滑塊造成一定損傷，有可能導(dǎo)致滑塊掉落，嚴重時還會對造成水梁漏水，若刮掉的結(jié)瘤掉進裙罩內(nèi)未及時清理，在步進梁運動時會對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，對兩座加熱爐分別進行熄火停爐檢查，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，步進梁運動過程中，活動梁的上限位高出固定梁100 mm，當結(jié)瘤長大到一定程度時，就會阻礙步進梁托運板坯的運動，還會對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，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，嚴格控制爐內(nèi)氧含量殘留，減少駐爐時間，由于要滿足軋制生產(chǎn)要求無法降低加熱爐溫度。實驗發(fā)現(xiàn)，在以上措施的實施后，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。

通過對爐內(nèi)結(jié)瘤取樣進行化學成分分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)瘤中的主要成分為Fe元素，且其含量達76%，遠遠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被還原為熔點較低的 FeO，F(xiàn)eO被還原為 Fe。結(jié)瘤中 FeO、Fe2O3、Fe3O4含量及熔點對比見表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掉落爐內(nèi)；板坯其余大部分氧化鐵皮會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因板坯運動時與步進梁滑塊擠壓掉落至爐膛底部，且會有一些殘留在滑塊上方，若在煤氣熱值好、風機風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發(fā)生粘結(jié)。

表1 結(jié)瘤中FeO、Fe2O3、Fe3O4含量及熔點對比表

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，加熱工有時為了提高爐溫會盲目的增加煤氣量，造成空燃比過低；而且在高爐煤氣熱值較低時，加熱工為了保持三加熱段和均熱段爐溫會選擇只減少風量而不調(diào)節(jié)煤氣流量的操作，而這種操作方式勢必會造成爐內(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，同時后續(xù)板坯在隨步進梁運動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，阻礙板坯運動，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。控制加熱爐尾氣內(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)的停留時間，減少板坯表面的氧化鐵皮生成。控制如下：

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)進行適當修改，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。通過對兩爐各段空燃比進行逐一實驗校核，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

通過對加熱爐自動化控制程序的調(diào)整，取消程序內(nèi)對裝爐板坯間距的單一限制，在滿足生產(chǎn)節(jié)奏和駐爐時間要求的情況下，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間，減少氧化鐵皮生成。另外，擴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、加熱溫度和駐爐時間都有密切關(guān)系。實行在保證性能的同時降低溫度、控制爐內(nèi)呈弱氧化性氣氛、在要求范圍內(nèi)減少駐爐時間等措施可以有效的消除水梁結(jié)瘤。經(jīng)過生產(chǎn)的實踐檢驗，該控制方法取得了良好的生產(chǎn)實踐效果。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)濟效益。