加熱爐的原理

　　1、目的

加熱的目的是把坯料加熱到均勻的、適合軋制的溫度（奧氏體組織）。溫度提高以后，首先是提高鋼的塑性，降低變形抗力，使鋼容易變形。如T12鋼室溫下變形抗力約為600Mpa，加熱到1200℃時(shí)變形抗力下降到30Mpa左右，只相當(dāng)室溫下變形抗力的二十分之一。加熱溫度合適的鋼，軋制時(shí)可以用較大的壓下量，減少因磨損和沖擊造成的設(shè)備事故，提高軋機(jī)的生產(chǎn)率和作業(yè)率，而且軋制耗能也較少。其次，加熱能改善鋼坯的內(nèi)部組織和性能。不均勻組織和非金屬夾雜物通過高溫加熱的擴(kuò)散作用而均勻化。加熱溫度和均勻程度是加熱質(zhì)量的標(biāo)志，加熱質(zhì)量好的鋼，容易獲得斷面形狀正確、幾何尺寸精確的成品。

　　2、加熱過程

鋼坯的加熱溫度包括表面溫度、沿?cái)嗝嫔系臏囟炔罴把嘏髯娱L(zhǎng)度方向上的溫度差。鋼坯在爐內(nèi)的最終加熱溫度是考慮了軋制工藝、軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及爐子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等實(shí)際情況后規(guī)定的。加熱到規(guī)定溫度所需時(shí)間，取決于鋼坯的尺寸、鋼種、采用的溫度制度及一些其他條件。

鋼坯在爐內(nèi)以對(duì)流方式和輻射方式得到熱量，前者是爐氣沖刷鋼坯表面；后者是爐氣和熾熱的爐襯輻射熱。我們加熱爐沿長(zhǎng)度方向上分三段控制：即預(yù)加熱段、加熱段和均熱段。鋼坯進(jìn)入加熱爐預(yù)熱段，熱流逐漸增大，鋼坯到二加熱段，熱流基本保持不變，鋼坯到均熱段，熱流逐漸減小。鋼坯在均熱段內(nèi)，鋼坯表面溫度基本保持不變，而斷面溫差逐步縮小，鋼坯表面得到的熱量以熱傳導(dǎo)的方式向內(nèi)部擴(kuò)散。傳給鋼坯表面的熱流越小、受熱面積越大、鋼坯的斷面尺寸越小、鋼的導(dǎo)熱率越大，斷面溫差就越小。一般斷面大的鋼坯要比斷面小的鋼坯加熱時(shí)間要長(zhǎng)，合金鋼要比碳鋼的加熱時(shí)間要長(zhǎng)。

　　3、加熱缺陷

合金鋼開裂：加熱開始階段（700℃以下），對(duì)高碳工具鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這類導(dǎo)熱率小的鋼，如果升溫速度過快、表面溫度驟然升高而斷面溫差過大，將產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。

過熱和過燒：加熱溫度過高或高溫下停留時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使鋼的晶粒過分長(zhǎng)大，晶粒間的聯(lián)系削弱，鋼變脆，這稱為過熱。過熱的坯料軋制時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋；即使軋制沒有開裂，成品的力學(xué)性能也不能滿足要求。過熱鋼坯進(jìn)行正火可以挽救。過熱進(jìn)一步發(fā)展，晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，而且晶界出現(xiàn)氧化或熔化，軋制時(shí)往往碎裂或崩裂，這稱為過燒。過燒的坯料是不可挽救的廢品。在軋制作業(yè)突然出現(xiàn)故障停軋時(shí)，容易出現(xiàn)過熱或過燒現(xiàn)象；高碳鋼如溫度控制不當(dāng)，也很容易造成過熱或過燒現(xiàn)象。

鋼坯的氧化和脫碳：鋼坯在爐內(nèi)加熱的過程中，鋼中金屬元素和爐內(nèi)的氧化性氣氛發(fā)生反應(yīng)并生產(chǎn)氧化鐵皮（氧化鐵皮的內(nèi)層是氧化鐵、中間層是四氧化三鐵、最外層是三氧化二鐵）。脫碳是鋼中的碳元素向表面擴(kuò)散并和爐內(nèi)氣氛反應(yīng)而引起的。軸承鋼、工具鋼、彈簧鋼和其他一些鋼種，鋼的脫碳是有害的，脫碳后的鋼件表面在淬火時(shí)達(dá)不到所要求的硬度，此外還使抗壓性能、耐磨性能、彈性降低。

氧化和脫碳過程是同時(shí)進(jìn)行的，它們都和加熱條件（溫度、爐內(nèi)時(shí)間、爐內(nèi)氣氛以及坯料的化學(xué)成分）有關(guān)。一般來說，溫度小于750℃時(shí)氧化和脫碳都不明顯。但溫度大于800℃時(shí)增加的特別快。

特別注意的是：對(duì)于碳鋼加熱溫度一般不能大于1300℃，大于此溫度，其一，鋼坯表面的氧化鐵皮會(huì)熔化（純氧化鐵皮的熔點(diǎn)為1377~1565℃，含有雜質(zhì)時(shí)降到1300~1350℃），從鋼表面上掉下來，露出新的表面，燒損迅速增加。其二，當(dāng)加熱溫度大于1300℃時(shí)，鋼坯很有可能會(huì)出現(xiàn)過熱或過燒。生產(chǎn)其它鋼種時(shí)更應(yīng)該注意最高加熱溫度。

鋼坯氧化燒損后，必然影響成材率；氧化鐵皮的熱導(dǎo)率非常差，對(duì)鋼坯的加熱時(shí)間有影響；氧化鐵皮脫落并堆積在爐低，人工清理非常困難，工作非常辛苦。

　　4、熱工制度

熱工制度涉及燃料于空氣進(jìn)入爐內(nèi)的情況、燃燒情況、燃燒產(chǎn)物的排除情況以及余熱回收利用等情況。熱工制度包括溫度制度、爐壓制度和爐子燃燒制度。

溫度制度：加熱溫度和注意事項(xiàng)見下表

加熱溫度和注意事項(xiàng)

測(cè)量爐溫和鋼溫的感受元件是熱電偶，測(cè)的是爐膛溫度，一般比鋼坯表面溫度高20℃以上。

　　5、爐壓制度

加熱爐內(nèi)爐壓大小及其分布是調(diào)整溫度場(chǎng)、控制火焰及爐內(nèi)氣氛的一個(gè)重要手段，它影響加熱速度和加熱質(zhì)量，也影響燃料利用的好壞。特別是爐子出料段處爐膛壓力尤為重要。

爐壓設(shè)定應(yīng)比大氣壓力高出0~30Pa左右。爐壓過大則裝料口、出料口、觀察孔等開口部位都會(huì)往外冒火，其結(jié)果是：⑴爐氣損失增大，使熱損失增大；⑵SO₂等有害氣體進(jìn)入車間使作業(yè)環(huán)境污染；⑶冒火部位的爐墻、附近的鋼結(jié)構(gòu)或機(jī)械設(shè)備受損或者變形。反之，爐壓過低，則吸收車間冷空氣將使⑴爐溫降低燃料消耗量增加；⑵低溫空氣對(duì)坯料冷卻導(dǎo)致溫度不均；⑶爐氣的含氧量增加導(dǎo)致燒損增加。

　　6、燃燒制度

其基本要求是保證燃料在爐膛范圍內(nèi)燃燒完全，同時(shí)空氣系數(shù)α要小?？諝膺^剩則煙氣量大，帶走的熱量增多；空氣量不足，爐內(nèi)形成不完全燃燒，同樣使熱損失增加。

　　7、爐子的操作

承德建龍棒材加熱爐是步進(jìn)梁蓄熱式加熱爐，它是一座復(fù)雜的機(jī)械化與自動(dòng)化的熱工設(shè)備。它由爐子本體（步進(jìn)系統(tǒng)）、坯料的運(yùn)輸設(shè)施、輸送各項(xiàng)介質(zhì)（高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、空氣、氮?dú)?、壓縮空氣、水、液壓油、潤(rùn)滑劑）的管道系統(tǒng)、燃料的燃燒設(shè)施、燃燒產(chǎn)物的排放和余熱回收設(shè)施、熱工制度的控制系統(tǒng)、各部件的冷卻系統(tǒng)、加熱中生成氧化鐵皮的清除設(shè)施等。只有生產(chǎn)人員很好的了解和掌握了這套工藝設(shè)備，才能正確的維護(hù)和操作，加熱爐才能有好的指標(biāo)。生產(chǎn)人員的工作涉及：鋼坯的裝爐、鋼坯在爐內(nèi)運(yùn)輸、鋼坯出爐、鋼坯的加熱制度和爐子的熱工制度；氧化鐵皮的清理；事故停爐；按計(jì)劃停爐檢修和檢修后的開爐等。

加熱爐的操作主要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

在所有的調(diào)節(jié)器都投入運(yùn)行的前期下熱工制度的控制通常是自動(dòng)的，調(diào)節(jié)器的設(shè)定來自工藝規(guī)程。在自動(dòng)調(diào)節(jié)器失靈或檢修后用手動(dòng)操作，出現(xiàn)事故或自動(dòng)元件損壞時(shí)可用手動(dòng)操作。

為了保持爐子能長(zhǎng)期有效的使用，應(yīng)定期維護(hù)并注意其使用狀況；定期清理氧化鐵皮；經(jīng)常檢查爐內(nèi)水冷構(gòu)件的水量、水溫和水壓情況。

風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或突然斷電時(shí)供風(fēng)會(huì)逐漸中斷，此時(shí)要迅速關(guān)掉燒嘴上的空、煤氣閥門及煤氣的主閥門。

烘爐：加熱爐在生產(chǎn)前、大修或小修后要進(jìn)行除去砌體中的水分即烘爐。烘爐時(shí)間應(yīng)考慮多方面的因素。這里提供一些參考數(shù)據(jù)：某150t的步進(jìn)梁加熱爐生產(chǎn)前，用36h自室溫升到150℃，保溫60h；以15℃/ h的升溫速度升溫到350℃，保溫60h；再以15℃/ h的升溫速度升溫到600℃，保溫48h；然后以20℃/ h的升溫速度升溫到8000℃，保溫36h；再以20℃/ h的升溫速度升溫到1200℃，保溫36h。總的烘爐時(shí)間為14天。大修的烘爐是升溫到200℃并保溫4h；以20℃/ h的升溫速度升溫到700℃再保溫4 h；再以50℃/ h的升溫速度升溫到1200℃后保溫4h?？偟暮鏍t時(shí)間為2天，時(shí)間富?？梢匝娱L(zhǎng)到3天。小修后的烘爐是以25℃/ h的升溫速度升溫到600℃再保溫6h；再以50℃/ h的升溫速度升溫到1200℃后保溫4h。總的烘爐時(shí)間約2天。

點(diǎn)火：新建、大小修后或長(zhǎng)期停用后的爐前煤氣管道在通煤氣前必須將管道內(nèi)的空氣全部清楚。操作中并注意管道及其附件有無泄漏。

將管道及其附件內(nèi)的空氣驅(qū)趕到車間外大氣中的操作稱為放散，即現(xiàn)以氮?dú)猓ɑ蛘魵猓?qū)趕空氣，再以煤氣驅(qū)趕氮?dú)猓ɑ蛘魵猓?。放散是分段進(jìn)行的，并且是由總管到各主管再到各支管最后到燒嘴前煤氣管。通氮?dú)獾揭?guī)定的時(shí)間并確認(rèn)置換良好后停止通入氮?dú)猓偻ㄈ朊簹獠Ⅱ?qū)趕氮?dú)鈴姆派⒐芘懦?，此步驟完成后，從煤氣管路末端的取樣管取樣并作爆發(fā)試驗(yàn)，合格后即可關(guān)閉放散閥并認(rèn)為此段以放散完畢。如不合格則需再驅(qū)趕一段時(shí)間并作爆發(fā)試驗(yàn)直到合格為止。

爆發(fā)試驗(yàn)在直徑70~100mm、長(zhǎng)300mm左右的圓桶內(nèi)進(jìn)行。離煤氣現(xiàn)場(chǎng)稍遠(yuǎn)的安全地點(diǎn)處點(diǎn)著一小火團(tuán)置于地上，將充有試樣的圓筒筒口移向火團(tuán)，打開筒蓋點(diǎn)著筒內(nèi)試樣，當(dāng)著火和緩慢而無聲地一直燒到筒底時(shí)，則認(rèn)為是合格；如點(diǎn)著后燃燒較快，說明還有若干空氣；點(diǎn)著后迅速燃燒或產(chǎn)生爆鳴，說明試樣正在爆炸范圍內(nèi)，后兩種情況都應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行放散，并再次作爆發(fā)試驗(yàn)。

燒嘴前點(diǎn)火時(shí)，先稍稍向燒嘴送風(fēng)（空氣碟閥打開20%~30%），然后打開燒嘴前的煤氣閥（打開1/3~1/2），用燃旺的油棉紗引燃，再逐步調(diào)節(jié)煤氣和空氣量。煤氣噴出后未點(diǎn)著，應(yīng)立即關(guān)閉燒嘴前的煤氣閥門，等爐內(nèi)可燃混合物排除后再重新點(diǎn)火。 

來源：軋鋼之家