轧钢加热炉及轧制的原理

　　一、加热炉的原理

　　1、目的

　　加热的目的是把坯料加热到均匀的、适合轧制的温度（奥氏体组织）。温度提高以后，首先是提高钢的塑性，降低变形抗力，使钢容易变形。如T12钢室温下变形抗力约为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，轧制时可以用较大的压下量，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，而且轧制耗能也较少。其次，加热能改善钢坯的内部组织和性能。不均匀组织和非金属夹杂物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。

　　2、加热过程

　　钢坯的加热温度包括表面温度、沿断面上的温度差及沿坯子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、轧机的结构特点以及炉子的结构特点等实际情况后规定的。加热到规定温度所需时间，取决于钢坯的尺寸、钢种、采用的温度制度及一些其他条件。

钢坯在炉内以对流方式和辐射方式得到热量，前者是炉气冲刷钢坯表面；后者是炉气和炽热的炉衬辐射热。我们加热炉沿长度方向上分三段控制：即预加热段、加热段和均热段。钢坯进入加热炉预热段，热流逐渐增大，钢坯到二加热段，热流基本保持不变，钢坯到均热段，热流逐渐减小。钢坯在均热段内，钢坯表面温度基本保持不变，而断面温差逐步缩小，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、受热面积越大、钢坯的断面尺寸越小、钢的导热率越大，断面温差就越小。一般断面大的钢坯要比断面小的钢坯加热时间要长，合金钢要比碳钢的加热时间要长。

　　3、加热缺陷

　　合金钢开裂：加热开始阶段（700℃以下），对高碳工具钢、高锰钢、轴承钢、高速钢等这类导热率小的钢，如果升温速度过快、表面温度骤然升高而断面温差过大，将产生热应力，导致出现裂纹。

　　过热和过烧：加热温度过高或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；即使轧制没有开裂，成品的力学性能也不能满足要求。过热钢坯进行正火可以挽救。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救的废品。在轧制作业突然出现故障停轧时，容易出现过热或过烧现象；高碳钢如温度控制不当，也很容易造成过热或过烧现象。

　　钢坯的氧化和脱碳：钢坯在炉内加热的过程中，钢中金属元素和炉内的氧化性气氛发生反应并生产氧化铁皮（氧化铁皮的内层是氧化铁、中间层是四氧化三铁、最外层是三氧化二铁）。脱碳是钢中的碳元素向表面扩散并和炉内气氛反应而引起的。轴承钢、工具钢、弹簧钢和其他一些钢种，钢的脱碳是有害的，脱碳后的钢件表面在淬火时达不到所要求的硬度，此外还使抗压性能、耐磨性能、弹性降低。

　　氧化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。一般来说，温度小于750℃时氧化和脱碳都不明显。但温度大于800℃时增加的特别快。

　　特别注意的是：对于碳钢加热温度一般不能大于1300℃，大于此温度，其一，钢坯表面的氧化铁皮会熔化（纯氧化铁皮的熔点为1377~1565℃，含有杂质时降到1300~1350℃），从钢表面上掉下来，露出新的表面，烧损迅速增加。其二，当加热温度大于1300℃时，钢坯很有可能会出现过热或过烧。生产其它钢种时更应该注意最高加热温度。

　　钢坯氧化烧损后，必然影响成材率；氧化铁皮的热导率非常差，对钢坯的加热时间有影响；氧化铁皮脱落并堆积在炉低，人工清理非常困难，工作非常辛苦。

　　4、热工制度

　　热工制度涉及燃料于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。

　　测量炉温和钢温的感受元件是热电偶，测的是炉膛温度，一般比钢坯表面温度高20℃以上。

　　5、炉压制度：

　　加热炉内炉压大小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，它影响加热速度和加热质量，也影响燃料利用的好坏。特别是炉子出料段处炉膛压力尤为重要。

　　炉压设定应比大气压力高出0~30Pa左右。炉压过大则装料口、出料口、观察孔等开口部位都会往外冒火，其结果是：⑴炉气损失增大，使热损失增大；⑵SO2等有害气体进入车间使作业环境污染；⑶冒火部位的炉墙、附近的钢结构或机械设备受损或者变形。反之，炉压过低，则吸收车间冷空气将使⑴炉温降低燃料消耗量增加；⑵低温空气对坯料冷却导致温度不均；⑶炉气的含氧量增加导致烧损增加。

　　6、燃烧制度：

　　其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α要小。空气过剩则烟气量大，带走的热量增多；空气量不足，炉内形成不完全燃烧，同样使热损失增加。

　　7、炉子的操作

　　承德建龙棒材加热炉是步进梁蓄热式加热炉，它是一座复杂的机械化与自动化的热工设备。它由炉子本体（步进系统）、坯料的运输设施、输送各项介质（高炉煤气、转炉煤气、空气、氮气、压缩空气、水、液压油、润滑剂）的管道系统、燃料的燃烧设施、燃烧产物的排放和余热回收设施、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。只有生产人员很好的了解和掌握了这套工艺设备，才能正确的维护和操作，加热炉才能有好的指标。生产人员的工作涉及：钢坯的装炉、钢坯在炉内运输、钢坯出炉、钢坯的加热制度和炉子的热工制度；氧化铁皮的清理；事故停炉；按计划停炉检修和检修后的开炉等。

　　加热炉的操作主要注意以下几个方面的内容：

　　在所有的调节器都投入运行的前期下热工制度的控制通常是自动的，调节器的设定来自工艺规程。在自动调节器失灵或检修后用手动操作，出现事故或自动元件损坏时可用手动操作。

　　为了保持炉子能长期有效的使用，应定期维护并注意其使用状况；定期清理氧化铁皮；经常检查炉内水冷构件的水量、水温和水压情况。

　　风机出现故障或突然断电时供风会逐渐中断，此时要迅速关掉烧嘴上的空、煤气阀门及煤气的主阀门。

　　烘炉：加热炉在生产前、大修或小修后要进行除去砌体中的水分即烘炉。烘炉时间应考虑多方面的因素。这里提供一些参考数据：某150t的步进梁加热炉生产前，用36h自室温升到150℃，保温60h；以15℃/ h的升温速度升温到350℃，保温60h；再以15℃/ h的升温速度升温到600℃，保温48h；然后以20℃/ h的升温速度升温到8000℃，保温36h；再以20℃/ h的升温速度升温到1200℃，保温36h。总的烘炉时间为14天。大修的烘炉是升温到200℃并保温4h；以20℃/ h的升温速度升温到700℃再保温4 h；再以50℃/ h的升温速度升温到1200℃后保温4h。总的烘炉时间为2天，时间富裕可以延长到3天。小修后的烘炉是以25℃/ h的升温速度升温到600℃再保温6h；再以50℃/ h的升温速度升温到1200℃后保温4h。总的烘炉时间约2天。

　　点火：新建、大小修后或长期停用后的炉前煤气管道在通煤气前必须将管道内的空气全部清楚。操作中并注意管道及其附件有无泄漏。

　　将管道及其附件内的空气驱赶到车间外大气中的操作称为放散，即现以氮气（或蒸气）驱赶空气，再以煤气驱赶氮气（或蒸气）。放散是分段进行的，并且是由总管到各主管再到各支管最后到烧嘴前煤气管。通氮气到规定的时间并确认置换良好后停止通入氮气，再通入煤气并驱赶氮气从放散管排出，此步骤完成后，从煤气管路末端的取样管取样并作爆发试验，合格后即可关闭放散阀并认为此段以放散完毕。如不合格则需再驱赶一段时间并作爆发试验直到合格为止。

　　爆发试验在直径70~100mm、长300mm左右的圆桶内进行。离煤气现场稍远的安全地点处点着一小火团置于地上，将充有试样的圆筒筒口移向火团，打开筒盖点着筒内试样，当着火和缓慢而无声地一直烧到筒底时，则认为是合格；如点着后燃烧较快，说明还有若干空气；点着后迅速燃烧或产生爆鸣，说明试样正在爆炸范围内，后两种情况都应继续进行放散，并再次作爆发试验。

　　烧嘴前点火时，先稍稍向烧嘴送风（空气碟阀打开20%~30%），然后打开烧嘴前的煤气阀（打开1/3~1/2），用燃旺的油棉纱引燃，再逐步调节煤气和空气量。煤气喷出后未点着，应立即关闭烧嘴前的煤气阀门，等炉内可燃混合物排除后再重新点火。

　　二、轧制的原理

　　1、轧辊安装及轧制调整

　　轧辊的安装和轧制调整是完成、建立稳定轧制工艺的一个核心工作。轧机调整的目的在于保证轧机运转的良好状态，保证轧制过程按照可行的工艺制度来进行，从而保证生产过程的合理性，保证产品质量，减少堆钢事故，提高轧机作业率。

　　为达到上述目的，轧机调整工应首先做好对轧辊检修段提供的轧辊、导卫及机架再确认，实施对上述部件的在线更换安装，完成轧机在线预调整。在轧制过程中，调整工根据质量情况，对生产中出现的生产事故及时作出事故原因判断，制定合理的调整方案并加以调整实施。调整应保证轧件几何形状和几何尺寸精度，确保轧机的微张力控制和活套的无张力控制，保证正常的连轧工艺。

　　轧制工艺过程的完成分为三个步骤：首先要完成轧机在线的更换安装或轧辊的更换安装；然后对轧机进行再线预调整；最后轧机启动正常轧制，并进行在线的轧机调整。

　　2、轧机在线更换和安装

换辊前要复查上线辊是否为所换架次、轧制品种、规格的轧辊；对各滑道、轧辊扁头、套内孔要进行擦洗，待擦洗干净后要涂上干净的油脂。准备工作完成后可按照换辊计划进行更换机架工作，其工作步骤是：

　　关闭轧机冷却水，拆除进出口导卫。卸开上下辊的水管接头。启动打开机架的液压锁紧装置.水平机架选择“机架横移” 使机架前进，把轧机移到操作侧的极限位置。（立轧机选择“机架提升/下降” 按钮，使机架下降，把轧机降到下极限位置。）拔出扁头套托架扳手固定销，扳动托架扳手，使机架扁头与扁头套托架分开。扳动水平轧机“机架横移”按钮，使扁头套托架后退，扁头套与轧辊扁头脱开，把扁头套托架移到传动侧的极限位置（扳动立轧机按钮，使扁头套托架上升，扁头套与轧辊扁头脱开，把扁头套托架升到传动侧的极限位置，再扳动“机架横移”按钮,把立轧机横移到外侧极限位置）。用天车把机架从轧线整体吊走。把新辊机架整体放到滑辊上，用橇杆转动轧辊，使轧辊扁头与转动轴扁头套位置相一致。确认轧机机架与轧线对中后，扳动水平轧机“机架横移”按钮，使扁头套托架向操作侧横移（扳动立轧机“机架横移”按钮，使机架后退，把立轧机移到内侧极限位置。再扳动立轧机“机架提升/下降”按钮，使扁头套托架下降）。使轧辊扁头进入传动轴扁头套，直至到极限位置。启动锁紧装置锁紧机架,把水管接头接好。安装好导卫。,并对轧机进行辊缝,导卫进行精调.

　　3、更换轧槽的方法

　　每对轧辊上刻有多个轧槽，待轧槽生产工艺规程中规定吨位后（或轧槽损伤），要更换新轧槽。其操作方法如下：

　　松开出口和入口导卫，横移到新的轧槽，对中后安装紧固；

　　参考原孔型高度和工艺规程中规定值，设定新孔型的辊缝值；

　　调整冷却水管的位置，使冷却水能准确的浇在新轧槽上；

　　横移轧机使新的轧槽出在轧线位置；

　　新轧槽应用手提砂轮机除锈，并使表面粗糙，防止轧件打滑。

　　4、换槽后的试轧

　　通常情况下，由于粗轧轧件断面较大，轧速较低，很少出现堆钢事故，一般不试轧小钢，而是直接轧制。进行中轧或精轧时，为了防止打滑或调整不规范致使速度不匹配而造成堆钢，故应试轧小钢。

　　新槽常见的问题是咬钢困难和轧件咬入后打滑，为了顺利咬入第一支钢可采取如下措施：

　　用砂轮打磨轧槽，除去油物并使表面粗糙，以增加摩擦力；

　　适当抬高新槽的孔型高度，一般可抬高0.5~1mm；

　　将新槽轧机的前面（上游）轧机串级降速3~5%；

　　关闭轧槽冷却水，以减少轧件头部温降；

　　精轧或中轧机换槽后一般要进行试轧小钢。其目的一是确认辊缝给定是否合理，轧件尺寸是否合乎要求；二是导卫安装调整是否存在问题；三是增加轧槽的粗糙度及确认轧槽对轧件的咬入是否有问题。

　　小样规格可由机组前飞剪取样或事故堆钢后留一定的小样。其规格要求与机组前轧件尺寸要求一样。小样在换槽前放在加热炉内并加热到开轧温度，轧机按“爬行”速度，人工逐架喂入，并用游标卡尺测量小样的高度尺寸。

　　5、轧机在线调整

　　轧机的在线调整主要内容有：轧辊的轴向调整、轧辊的径向调整、辊缝调整、导卫的安装与调整、轧件的测量与调整、成品的检查与调整。

　　1）轧辊的轴向调整

　　由于孔型车削误差较大，轧辊安装不良都可以导致孔型的轴向错位（俗称错辊），错辊可使轧件产生弯曲、扭转、轧件不规范或出现耳子，引起轧槽磨损不均、轧制不稳定，严重时会造成机架间堆钢和成品出现废品等事故，所以调整工必须在机架安装前或轧辊调整时进行检查确认，如发现错辊现象必须加以调整。

　　2）辊缝的调整

　　辊缝的调整是轧制工艺的重要参数之一，它的设定、调整是轧机操作的一项重要内容。特别是新换辊或换槽后的调整尤为重要。

　　粗轧机和中轧机辊缝的调整：粗、中轧轧机辊缝比较大，并且孔型车削时误差较大，一般调整工应根据孔型槽底深度来调整辊缝值，孔型槽底深度可用内卡钳来测定。调整时考虑辊缝的弹跳值，粗轧一般为1mm左右，中轧为0.5mm左右，测定的槽底深度加上辊缝弹跳则是实际轧件的红坯尺寸。

　　在生产中粗中轧轧件尺寸的测量可用外卡钳在轧件运动中测定，此时的测量值有一定的误差，调整工应测量多次。

　　粗、中轧末机架的轧件尺寸也是一个关键值，此轧件的尺寸测量可以取1#、2#飞剪的切头或切尾进行测量。

　　3）精轧辊缝的调整：

　　精轧辊缝的调整有两种方法，即用塞尺塞辊缝和小圆钢压痕法。

　　塞尺调整法比较简单，但此时测量的辊缝值还要考虑轧机的弹跳。

　　小圆钢压痕法是选用比设定辊缝值大3mm左右的较软圆钢，将轧机以“点动”速度空转，手持圆钢条，将圆钢从辊缝处轧过，然后测量压痕厚度，并与辊缝设定值相对照，反复调整，直到压痕厚度与设定辊缝值相等为止。

　　在生产中精轧的轧件尺寸测量比较困难，一般用木印法。

　　烧木印是对轧件作动态检查的简单有效手段。其方法是用一根木条正对并直接贴在运动着的轧件上，然后取出观察烧木的印迹形状，从而判断轧件的充满程度、导卫及孔型情况。

　　4）轧制线的对中

　　生产中要求各机架轧制线处于同一直线上，机架轧制线的偏移，轻者造成孔型磨损不均，损坏导卫，重者可直接造成堆钢事故。

　　轧制线的对中的含义既包括同一机架的进出口导卫与在轧孔型的对中，又包括整个机组在轧制线上的一致性。

　　在机架安装过程中，每个机架轧制线的定位通常是选择整个轧制线两端的两个坐标点，通过挂钢丝的方法确定每一个轧机的坐标。使钢丝的中心线与机架轧制线中心重合，并安装固定机架，换辊换槽后轧制线对中可通常采用如下三种方法：

　　轧制线作标记法。一般在轧机底座或牌坊位置做轧制线中心坐标标记。在机架横移或安装过程中，是导卫中心线与标记重合。

　　利用光源观察对中。一般在前一机架轧机入口导卫处设置一光源，在下一机架出口导卫出观察，以此来确定中间机架的轧制中心线。

　　数据调整法：通过轧机的相关尺寸，计算出轧机与轧机底座端部之间的尺寸，再结合轧制线的尺寸计算出一对轧辊上每一个孔型中心线与轧制线间的尺寸关系，来测量调整轧制线。

　　5）轧制过程中的调整

　　轧制过程中主要的调整过程是通过检查轧件运行及尺寸情况来判断导卫、轧槽使用、速度调整等工艺制度是否合理，从而保证不产生堆钢事故，同时轧出合格的产品。调整的依据是通过“观察”、“取样”、“木印”、“打击”等方法获取的。

　　观察轧件在机架间咬入过程中出口是否有“抬头”，如有则进口滚动导卫安装过低；反之轧件头部若有“下扎”现象，则可判断进口滚动导卫安装过高。观察通条圆轧件，若存在扭转现象，则说明进口滚动导卫导轮间隙或轧件高度尺寸过小。

　　通过对飞剪切头（尾）或是碎断轧件进行取样可以判断轧槽的磨损情况、导卫的使用对中及辊缝是否符合轧件尺寸要求，判断可分下列几种情况：

　　轧件两侧辊缝印的宽度尺寸不一样，说明进口导卫安装不正；

　　轧件高度尺寸合适，而宽度尺寸波动较小，说明来料断面尺寸不足或是张力过大；

　　耳子，其原因是多方面的。其一是来料过大，在进入下一架轧机时引起孔型过充满，这种情况，其轧件断面比较充满，轧件两边都有耳子；其二是本机架压下量过大，其轧件也是双边耳子，并高度尺寸过小；其三是入口导卫较偏，表现为轧件一边有耳子，一边尺寸比较欠缺；其四是入口导卫过大或损坏，这种情况，轧后的轧件断面不规则，两边带耳子，应及时更换导卫。

　　折叠，一般为前某一机架出现耳子或划伤后再经过轧制而所致，应及时查找原因。

　　上下不对称（椭圆度不合适），由错辊或是进口导卫过大造成的。

　　轧件上有周期性的麻面、凹坑、压痕，是因轧槽有“掉肉”、裂纹所致。

　　烧木印是对轧件作动态检查的简单有效手段。其方法是用一根木条直接贴在运动着的红钢的辊缝位置，然后取出观察烧木的印迹形象，从而判断轧件的充满程度、导卫及轧辊的使用情况等。

　　成品尺寸的调整应在上述判断方法的基础上按一定的方法来进行。下面介绍几个简单的判断调整方法：

　　通过成品尺寸取样测量或用烧木样的方法观察轧件宽度在整个轧件的头、中、尾尺寸变化为大、中、小，应判断机架间存在过大的拉钢轧制，应及时通知主控台尽快调整；

　　轧件通条尺寸变化不大，高度尺寸合适，宽度少量超差，应调整成品前孔及成品前前孔钢料。如宽度超差量大，应进行调整整个机组的轧件尺寸；

　　在各道次轧件尺寸控制过程中，应在保证基本接近标准轧件尺寸的基础上同时放大或缩小，使各道次变形均匀分配，不能存在个别道次变形大，而有的道次变形小的现象。中间道次轧件的尺寸确定可在交接班通过试轧小钢来标定。随着轧槽的磨损，班中辊缝调整可采用辊缝补偿的办法来进行，这样避免了各道次间变形量的不均，从而也使主控台操作工对轧速容易掌握及调整，使上下能结合一致。

　　由主控台的实际轧制负荷及延伸系数与理论值比较来判断各道次的变形量是否合理。

　　成品尺寸的椭圆度不合适，应检查成品轧辊孔槽或进口导卫的开口是否过大。

　　6）机架间张力的判断及调整

　　机架间张力对轧件尺寸的影响是一个很复杂的塑性力学过程。如在1号、2号孔型中产生拉钢，即2号和1号轧机之间产生张力，此张力使沿轧制方向产生阻力减小，从而使金属沿轧制方向的流动增加，而向宽度方向的流动减小，使轧件宽度尺寸变小。相反则得，堆钢过程可使轧件宽度方向尺寸变大。

　　通过以上分析可见，当轧件尾部离开前一机架时宽度又变大了，则说明前一机架与该机架之间存在张力，因为张力一旦消失后，该机架轧件宽度就变大了。宽度变化越大，则表明张力越大，这样调整工可通过测量或判断轧件头尾宽度尺寸与中间轧件宽度尺寸的变化来确定机架间是否存在张力。中间轧件宽度尺寸的变化可采用轧件两旁（辊缝处）未轧部分的宽度来判断。现场具体采用两种方式：一是用肉眼观察，二是用烧木印来判断，后者适用于较小尺寸的轧件。

　　机架间张力的大小可直接由主控台通过电机负荷电流的变化来判断。当轧件咬入第一根钢后，电流值为a，若轧件咬入第二架后电流值保持不变，则无张力，当电流值发生变化时，如小于（或大于）a值，则表明一、二架存在拉钢（或堆钢）。

　　轧机在各架轧件高度得到确认后，就可以利用轧机的调速来逐架消除张力了。调整张力应首先从第一架开始，逐架向后调整。如果从末架开始调整，就有可能调好后面，再调前几架时，又使后面的张力关系重新得以破坏，而引起事故。

　　可以使前一架升速，但升速应当是少量的、累进的，边升速边观察该机架轧件在宽度方向上是否有所增大。升速时要注意观察此两机架间轧件是否有微量立活套产生。速度一直升到该机架轧件宽度符合要求为止。如果一根轧件在宽度方向上尺寸变化无规律性，则可能由于局部钢温不均所致；如果有周期性，则可能前面若干道次中，其中有一机架轧辊偏心转动，或孔型上脱落一块，俗称“掉肉”，而引起周期性的来料大小不一致。以上情况的发生则要根据具体原因加以处理。

　　一般来说，调张力的主要方法是调整轧机的转速，但是在实现这一过程之前，必须保证各机架轧件高度尺寸符合工艺要求，切不可又调转速，同时又调辊缝，两项调整同时进行势必造成调整混乱。

                                                                                                                          文章摘自：轧钢之家