轧钢过程中控制氧化烧损探讨

　　在钢坯的加热过程中，钢坯表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生反应，生成铁的氧化物，造成金属的损失，这种现象称为钢坯的氧化烧损。氧化烧损必然降低钢坯的成材率。如果钢坯表面的氧化铁皮在轧制过程中不能脱落，轧后氧化铁皮脱落则会造成钢坯表面压痕，直接影响钢材表面质量。当炉内氧化烧损严重时，氧化铁皮在炉内堆积是炉低增高，给炉低的维护和钢坯在炉内运行带来困难。
   连铸坯直接作为线材用坯时，由于连铸坯表面氧化铁皮较多，又很粗糙，因此，连铸坯表面的氧化烧损大，给炉子带来的危害也大。显然，减少氧化烧损，对线材生产具有重要意义。
　　一、炉内气氛对氧化烧损的影响
　　炉气的氧化能力取决于氧化性气氛的浓度与还原性气氛的浓度之比，氧化性气体含量越多，炉气的氧化能力越强。炉中的ＳＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２和ＣＯ２具有较强的氧化能力，其中ＳＯ２的氧化能力最强。当炉气中有ＳＯ２时，在１１００℃以上，钢坯表面产生ＦｅＯ·ＦｅＳ低熔点化合物，钢坯不断暴露新表面，造成激烈的氧化。当ＳＯ２的含量达到０．１％－０．２％时，烧损增加１－２倍。炉气中的Ｈ２Ｏ的氧化能力也较强，是ＣＯ２和Ｏ２的２倍。过剩空气对氧化烧损的影响不明显，空气过剩系数由０．９逐步增加时，氧化烧损有所增加，超过１．２时烧损并不显著增加，因为此时氧化速度主要取决于氧气的扩散速度，钢坯表面的氧化反应如下：
   Ｆｅ＋Ｏ２＝ ＦｅＯ    ３Ｆｅ＋２Ｏ２＝ Ｆｅ３Ｏ４
   ４Ｆｅ＋３Ｏ２＝ ２Ｆｅ２Ｏ３    Ｆｅ＋ＣＯ２＝ ＦｅＯ＋ ＣＯ
   ３Ｆｅ＋４ＣＯ２＝ Ｆｅ３Ｏ４＋ ４ＣＯ   
   Ｆｅ＋ Ｈ２Ｏ ＝ ＦｅＯ＋Ｈ２
    ３ＦｅＯ＋４Ｈ２Ｏ ＝ Ｆｅ３Ｏ４＋ Ｈ２
    在还原性气氛中生成的氧化铁皮其质地致密，粘着在钢坯表面不易脱落，容易造成线材表面缺陷。当钢内有些合金成分如Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ的含量增高时，生成氧化铁皮的过程加剧。钢坯的氧化速度随着温度的升高而加快，在７０００℃以下氧化不显著，９０００℃开始加剧，１１０００℃时氧化量急剧上升。若以钢坯在９０００℃时氧化烧损量为１，则１００００℃时为２，１１０００℃时为４，１２０００℃时为８－９，１３０００℃时可达十几或更多。在１２７００℃以下生成的氧化铁皮量脱落，在１３０００℃以上生成的氧化铁皮不易脱落。钢坯的加热时间对氧化烧损的影响也很重要，加热时间越长，生成的氧化铁皮越多，铁皮层越厚，又不易脱落。尤其在高温段停留的时间越长氧化烧损越严重。在１１０００℃温度下每多停留１小时，氧化烧损率增加０．５％以上。
　　二、加热温度控制对氧化烧损的影响
　　钢坯的加热温度主要根据铁－碳相图中组织转变温度来确定，同时必须满足轧钢工艺的要求，一般钢坯的加热温度都在１０５０－１２５００℃，具体确定加热温度还要看钢种、钢坯断面规格、控热开始温度和轧钢工艺及设备的条件。
   从轧钢角度看，温度高时钢坯的塑性好，变形抗力小；温度低时塑性差，变形抗力大。但随着加热温度的提高，钢中化学元素的行为发生变化，轧制后往往发生钢材力学性能的改变，而且钢的氧化烧损率也随着加热温度的升高而急剧增加，若氧化铁皮不易脱落，在轧钢时会造成轧件的表面缺陷。另外加热温度高，必然降低加热炉的寿命，也明显增加燃料消耗。因此，应从工艺钢种、规格、质量、成材率和节能降耗等诸多因素综合考虑，合理选择加热温度。从低碳钢、高碳钢及低合金钢的轧钢加热实践看，１０５０－１１８００℃的加热温度是比较适宜的。
　　现在轧钢厂加热炉均采用两段供热方式，供热点布置在加热段和均热段。具体操作方式：第一种是预热、加热和均热的加热方式，钢坯在预热段内得以充分的预热，进入加热段后进行快速加热，钢坯表面温度达到高于出炉温度，在均热段，在低于加热段温度的条件下进行短时间的均热，完成钢坯温度的均匀化。第二种是预热，加热，再加热的强化加热方式，称为快速加热法，在第一种加热方式中，加热段的热负荷最大，温度最高，均热段仅用作钢坯温度的均匀化，而在第二种方式中，均热段的热负荷最大，温度最高，均热段起着强化钢坯加热的作用。在第一种加热方式中，钢坯温度从预热段至加热段逐步升高，在加热段达到高峰后缓缓转入平缓。在第二种方式中，钢坯温度一着上升，到均热段达到高峰后转入平缓。加热速度大时，能充分发挥炉子的加热能力，在炉时间短，必然烧损率小，燃耗低。因此在可能的条件下应尽量提高加热速度来追求较先进的生产指标。不过应避免钢坯表面和内部产生过大的温差，否则钢坯将会产生弯曲和由热应力引起的内裂。在操作时要根据实际情况随时调整热工系数，使钢坯在尽量短的时间内得到充分的加热。
　　三、低温轧制对氧化烧损的影响
    低温轧制即轧件在稍低于结晶温度下轧制。开轧温度低达８００－９０００℃，有的只有７５００℃。但轧制温度降低时，轧件的变形抗力增大很多，轧制过程中做很大的变形功，而变形功转变为热能，使轧件的温度逐步回升。实践证明：在棒线材轧机的终轧速度达到３０ｍ／ｓ时，终轧温度与开轧温度无关，当钢坯分别加热至１０５００℃和１１５００℃时，并经２５道次轧制成相同尺寸的线材时，其终轧温度分别是８０００℃和８３００℃。降低轧制温度时粗轧机的负荷增加较大，而精轧机的负荷没有多大变化，因此，要采用低温轧制工艺，必须对现有的机组，特别是对粗轧机组进行改造。
     在低温轧制时，虽然轧机的电能消耗增加，但总的消耗却降低３０％，节能效果显著。由于，钢坯加热温度低，因而提高了加热炉的加热能力和寿命，减少了钢坯的氧化烧损，提高了成材率。低温轧制时，钢材力学性能有所提高，表面质量大有改善。
     总之，氧化铁皮的生成不仅影响成材率和钢材质量，而且给炉低的维护带来很大的困难。降低氧化烧损对保持炉况正常，生产顺行，具有重要的意义。为了减少钢坯的氧化烧损，应在可能的情况下尽力降低钢坯的加热温度，实行快速加热，缩短钢坯的加热时间，控制氧化气氛。