田凱

摘 要：通過(guò)加熱爐結(jié)瘤成因分析發(fā)現(xiàn)形成結(jié)瘤的主要原因有兩方面，一是加熱爐內(nèi)產(chǎn)生了過(guò)量的氧化鐵皮；二是爐內(nèi)氣體成分殘氧量過(guò)低的影響。針對(duì)氧化鐵皮過(guò)多的問(wèn)題，首先改變加熱爐溫度控制策略，其次從生產(chǎn)計(jì)劃和自動(dòng)化程序兩方面著手進(jìn)行駐爐時(shí)間的優(yōu)化。針對(duì)爐內(nèi)氣體成分殘氧量過(guò)低過(guò)低的問(wèn)題，引入煙氣分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)值來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空燃比，保證爐內(nèi)氣體成分為弱氧化性。經(jīng)過(guò)以上措施后，加熱爐爐內(nèi)沒有再次出現(xiàn)水梁結(jié)瘤的情況。

關(guān)鍵詞：加熱爐；結(jié)瘤；煙氣分析儀；弱氧化性；還原

中圖分類號(hào)：TG338 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0084-02

1 加熱爐結(jié)瘤問(wèn)題及危害

某鋼廠熱軋廠近段時(shí)間頻發(fā)翹皮類缺陷，最多時(shí)一個(gè)月發(fā)生57起，結(jié)合加熱爐爐內(nèi)板坯跑偏頻發(fā)的現(xiàn)狀，判斷為加熱爐爐內(nèi)問(wèn)題導(dǎo)致板坯跑偏和成品卷出現(xiàn)翹皮缺陷，經(jīng)檢修停車時(shí)檢查爐內(nèi)水梁，發(fā)現(xiàn)加熱爐爐內(nèi)水梁存在結(jié)瘤的情況。

加熱爐水梁一旦結(jié)瘤，當(dāng)板坯在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸到結(jié)瘤物時(shí)，就會(huì)影響板坯在加熱爐內(nèi)部的正常運(yùn)動(dòng)，使得板坯在在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到縱向阻力，從而導(dǎo)致板坯在加熱爐內(nèi)出現(xiàn)縱向跑偏。板坯縱向跑偏會(huì)使板坯在爐內(nèi)歪斜擠堆，一旦爐內(nèi)發(fā)生板坯縱向跑偏，操作工必須將加熱爐模式切換為手動(dòng)模式進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，這樣會(huì)嚴(yán)重影響加熱爐的正常出鋼。

因加熱爐內(nèi)板坯溫度較高，達(dá)到1100℃左右，此時(shí)板坯硬度較低，故結(jié)瘤妨礙板坯運(yùn)動(dòng)造成縱向跑偏的同時(shí)還會(huì)在板坯的下表面造成劃傷并嵌入各種雜物。板坯劃傷的地方經(jīng)過(guò)后續(xù)粗軋機(jī)組和精軋機(jī)組的軋制后就會(huì)變成嚴(yán)重的表面質(zhì)量缺陷，造成直接的經(jīng)濟(jì)損失。如圖1所示。

2 加熱爐結(jié)瘤成因分析

2.1 板坯結(jié)瘤情況分析

統(tǒng)計(jì)2016年12月份和2017年1月份翹皮缺陷，總數(shù)57卷，按照鋼種分類鍍錫板系列32卷，占比56%。冷軋料18卷，占比32%。其他7卷，占比7%。按照加熱爐分類1#爐27卷，占比47%。2#爐30卷，占比53%。出現(xiàn)翹皮缺陷幾率基本相同。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析翹皮缺陷位置對(duì)應(yīng)加熱爐內(nèi)所有固定梁和移動(dòng)梁位置關(guān)系，幾乎每根爐內(nèi)水梁上都出現(xiàn)過(guò)結(jié)瘤情況。

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)分析我們得出4點(diǎn)初步結(jié)論：

（1）翹皮缺陷主要出現(xiàn)在低碳冷軋料，主要鋼種為鍍錫板、DD11；（2）從加熱爐號(hào)看，兩個(gè)爐子所出現(xiàn)比例差不多，沒有太大對(duì)應(yīng)性；（3）從翹皮缺陷位置和爐內(nèi)水梁位置來(lái)看，基本每個(gè)水梁都有對(duì)應(yīng)位置；（4）成品寬度和厚度沒有太大對(duì)應(yīng)性。

2.2 結(jié)瘤物成因分析

2.2.1 結(jié)瘤物成分分析

通過(guò)對(duì)加熱爐水梁上剝離下來(lái)的大量結(jié)瘤物觀察發(fā)現(xiàn)，爐底有堆積狀的氧化鐵皮，而剝離下來(lái)的結(jié)瘤物本身則是層狀堆積的，最多可達(dá)到幾十層。委托化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)結(jié)瘤物進(jìn)行成分分析，其主要成分為Fe2O3，占比為92.89wt%，其中還包含F(xiàn)e3O4，達(dá)到89.64wt%（見表1）。通過(guò)巖相檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)結(jié)瘤物表層主要為顆粒狀混合的磁鐵礦和赤鐵礦。因此按照鐵氧平衡和鋼板表面氧化膜層的結(jié)構(gòu)及高溫條件下膜層之間電粒子擴(kuò)散遷移成長(zhǎng)機(jī)理，我們可以推斷，爐底表面結(jié)瘤是由局部小片氧化鐵皮粘附在加熱爐水梁上，隨著板坯在加熱爐中加熱板坯表面不斷產(chǎn)生氧化鐵皮且板坯不斷移動(dòng)，使得之前粘附的氧化鐵皮不斷積累疊加，并且由于爐內(nèi)溫度較高，使得累積疊加的氧化鐵皮幾乎在熱熔的柔軟狀態(tài)下粘合而逐步增大。

2.2.2 氧化鐵皮來(lái)源分析

板坯在加熱爐加熱的過(guò)程中，會(huì)不可避免的出現(xiàn)氧化鐵皮，但是氧化鐵皮的多少主要由以下因素決定：

（1）加熱溫度的影響。鋼坯的加熱溫度主要根據(jù)Fe-C相圖中組織轉(zhuǎn)變溫度來(lái)確定，同時(shí)滿足熱軋工藝要求。加熱溫度越高，其它加熱條件相同的情況下，產(chǎn)生的氧化鐵皮量越大。通過(guò)對(duì)標(biāo)兄弟單位，我們發(fā)現(xiàn)板坯出爐溫度較兄弟單位普遍高10℃-30℃。

（2）駐爐時(shí)間的影響。加熱時(shí)間與氧化燒損成正比，駐爐時(shí)間越長(zhǎng)，其它加熱條件相同的情況下，氧化生產(chǎn)的氧化鐵皮就越多，尤其是在高溫條件下，鋼坯駐爐時(shí)間越長(zhǎng)，氧化鐵皮產(chǎn)生的量就越大。因本廠加熱爐長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而出現(xiàn)結(jié)瘤問(wèn)題時(shí)主要生產(chǎn)的鍍錫板、DD11等鋼種表面質(zhì)量要求較高，同一套輥安排根數(shù)較少，雙爐生產(chǎn)時(shí)會(huì)造成爐內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)3套輥料的情況，駐爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致板坯氧化鐵皮生成量增加，堆積在水梁上形成結(jié)瘤。統(tǒng)計(jì)3天鍍錫板生產(chǎn)駐爐時(shí)間，170min以上的達(dá)到79.30%，180min以上的達(dá)到62.24%200min以上的達(dá)到37.76%。

2.2.3 爐內(nèi)氣體成分

發(fā)生加熱爐結(jié)瘤問(wèn)題后，我們引入加熱爐煙氣分析儀來(lái)檢測(cè)加熱爐爐內(nèi)氣體成分，通過(guò)分析該測(cè)量參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在出現(xiàn)結(jié)瘤問(wèn)題時(shí)間段，煙氣分析儀檢測(cè)的加熱爐尾氣中殘氧含量過(guò)低，甚至低于1%。殘氧含量過(guò)低會(huì)使得煤氣燃燒不充分，導(dǎo)致煙氣中殘余CO含量增大，進(jìn)而我們推斷殘存CO會(huì)將極小部分氧化鐵皮還原成鐵，還原出的鐵在高溫下依附在氧化鐵皮上，大大增加了氧化鐵皮間的粘性，使得氧化鐵皮之間更容易結(jié)瘤成塊。同時(shí)化學(xué)成分化驗(yàn)表中顯示，氧化鐵皮中相當(dāng)一部分為Fe3O4，由于Fe3O4具有一定的磁性，當(dāng)氧化鐵皮中含有Fe3O4，這就導(dǎo)致各氧化鐵皮之間更加容易粘附在一起，最終形成加熱爐水梁結(jié)瘤物。

經(jīng)過(guò)以上分析，我們得出以下結(jié)論：

（1）加熱爐結(jié)瘤物的主要成分為氧化鐵皮，F(xiàn)e2O3含量為92.89wt%，F(xiàn)e3O4含量為89.64wt%；（2）加熱爐板坯加熱溫度偏高和駐爐時(shí)間偏長(zhǎng)導(dǎo)致板坯表面氧化鐵皮量大大增多；（3）加熱爐爐內(nèi)由于空燃比控制不合適導(dǎo)致煙氣殘氧含量過(guò)低，使得CO含量增大，存在將氧化鐵皮還原的情況，通過(guò)結(jié)瘤物成分分析，部分還原成Fe3O4，極少部分甚至還原成單質(zhì)鐵。

據(jù)此，我們可以推斷，加熱爐水梁結(jié)瘤成因?yàn)椋杭訜釥t因空燃比控制失當(dāng)導(dǎo)致CO含量增大，使得少部分氧化鐵皮被還原成熔融狀Fe3O4甚至是單質(zhì)鐵附著在氧化鐵皮上，大大增大了氧化鐵皮的粘附力，當(dāng)水梁局部粘附上此類氧化鐵皮時(shí)，它會(huì)不斷粘附隨后在加熱爐中加熱板坯上的氧化鐵皮，最終形成結(jié)瘤。同時(shí)由于加熱爐加熱溫度偏高、駐爐時(shí)間偏長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的氧化鐵皮，使得更容易產(chǎn)生結(jié)瘤。

3 控制與減少加熱爐結(jié)瘤

同過(guò)以上分析，我們針對(duì)性的從加熱爐溫度控制、加熱爐駐爐時(shí)間控制和加熱爐爐內(nèi)氣體成分控制三個(gè)方面著手進(jìn)行處理加熱爐爐內(nèi)水梁結(jié)瘤的問(wèn)題。

3.1 加熱爐降爐溫

針對(duì)經(jīng)常發(fā)生結(jié)瘤的鋼種進(jìn)行降溫實(shí)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員編制技術(shù)通知單，用鍍錫基板進(jìn)行降溫試驗(yàn)，涉及鋼種有SPHC-S、SPHC-SBA、SPHC-SCA、MRT-2.5BA，以精軋入口溫度1060±15℃為控制目標(biāo)進(jìn)行控制，跟蹤加熱爐水梁結(jié)瘤情況。

加熱爐溫度控制策略優(yōu)化后，跟進(jìn)加熱爐內(nèi)氧化鐵皮的生成量，發(fā)現(xiàn)氧化鐵皮的生成量有一定的減少，據(jù)此判斷該加熱爐溫度控制策略有效，能夠在一定程度上減少氧化鐵皮的生成量，并降低加熱爐水梁結(jié)瘤生成的概率。

3.2 減少駐爐時(shí)間

針對(duì)加熱爐爐內(nèi)板坯駐爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，我們從生產(chǎn)計(jì)劃和自動(dòng)化程序兩方面著手進(jìn)行優(yōu)化。生產(chǎn)計(jì)劃方面，結(jié)合生產(chǎn)廠工藝人員，制定裝爐時(shí)不同寬度板坯間距的規(guī)定，以減少板坯駐爐時(shí)間。自動(dòng)化程序方面，優(yōu)化程序中速度和溫度模型相關(guān)參數(shù)，減少板坯駐爐時(shí)間，并優(yōu)化加熱爐爐內(nèi)溫度模型，在保證出爐溫度的前提下，減少板坯駐爐時(shí)間。

3.3 精確控制爐內(nèi)氣體成分

針對(duì)加熱爐內(nèi)煤氣燃燒不充分且殘氧量低的問(wèn)題，重新制定加熱爐各段空燃比和殘氧含量要求，通過(guò)煙氣分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)加熱爐尾氣氣體成分，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空燃比，保證加熱爐尾氣殘氧量控制在1.5-3%以內(nèi)，以保證加熱爐內(nèi)一直為弱氧化性氣氛，避免存在未完全燃燒的CO還原性氣體將氧化鐵皮還原為熔融狀鐵和帶磁性的Fe3O4，以避免氧化鐵皮不斷粘連形成結(jié)瘤物。

經(jīng)過(guò)以上三項(xiàng)措施后，爐內(nèi)溫度得到了有效的降低、板坯駐爐時(shí)間明顯減小、爐內(nèi)氣體成分為弱氧化性，均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察，加熱爐爐內(nèi)沒有再次出現(xiàn)結(jié)瘤的情況，氧化鐵皮量大大減少，且提升了煤氣的利用率。