轧钢加热炉在生产中的温度控制探讨
2021-11-24宋广成徐敦好
宋广成 徐敦好
1.弗马斯精密锻件（大连）有限公司 辽宁大连 116000 2.东北特殊钢集团股份有限公司 辽宁大连 116000
1 轧钢加热炉加热缺陷
1.1 过热和过烧
如果生产钢产品的坯料长时间处在过高加热温度的环境下，就会对钢晶粒体造成不利影响，使晶粒体过分长大，这样一来，钢产品晶粒间的联系就会被削弱，导致产品易脆。在这种过热的生产条件下，坯料在轧制过程中，就会出现大量的裂纹，钢产品的内部结构与形状就会发生改变。假如晶粒继续长大，甚至晶界出现熔化和氧化现象，坯料就会碎裂，这种情况称之为过烧，过烧的坯料属于废品，已经失去生产与使用价值。可见如果温度失控，就会出现过热与过烧的情况，进而给企业造成巨大的经济损失。
1.2 氧化与脱碳
轧钢生产过程也属于化学反应过程，当炉体加热到一定温度时，坯料内部的金属元素就会与加热炉内的氧化性气体发生化学反应，而生成氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁等，如果脱碳后的钢件表面在淬火时达不到要求的硬度，就会影响钢坯料的后续加工流程。加热炉内的氧化与脱碳过程是同时进行的，如果炉内温度小于750℃，氧化与脱碳现象不明显，如果温度达到800℃以上，氧化与脱碳的速度也成倍增长[1]。
1.3 钢坯料开裂
对于高碳钢、高锰钢、轴承钢、高速钢等这些导热率相对较小的钢，如果在700℃的初始温度的基础上，快速升温，这些钢坯料的断面温差就会增大，而产生热应力，在热应力作用下，钢坯料极易出现开裂现象，甚至存在的断钢的风险。
2 控制轧钢加热炉温度的现实意义
2.1 节省投入成本
据实际生产数据表明，轧钢加热炉的加热流程所耗费的能源量占据轧制全过程能耗总量的70%以上，因此合理控制加热温度，能大幅降低吨钢能耗，进而节省大量的生产成本[2]。
2.2 降低能源消耗，减少环境污染
近年来国家针对工业生产企业提出了“节能降耗”的要求，而加热炉在加热过程中使用的燃料通常为高炉煤气以及转炉煤气，这些燃料都是在煤炭未经完全燃烧情况下产生的工业生产用气，这些气体均属于一次性能源，这就对自然生态环境造成了严重的负面影响。
2.3 减少温室效应的社会意义
在轧钢加热炉持续运转过程中，将产生大量的废热气体，当这些气体排放到空气当中，极易加剧温室效应，而给自然气候条件造成影响。因此冶金生产企业为严格控制二氧化碳的排放量，应当将加热温度控制在合理范围之内，减少生产环节中废热气体的排放量，进而实现经济效益与社会效益双丰收的美好愿景。
3 轧钢加热炉温度控制措施
下面以三段连续式梁式加热炉为例，围绕加热炉在实际生产过程中的温度控制措施予以阐述。
3.1 温度控制要求
为防止加热缺陷，需要保证钢坯料具有足够的可塑性，但并不能无限升高加热温度，以避免产生过热与过烧现象。结合钢种、钢断面及钢坯形状，在均热的前提下，应将加热温度控制在1050-1100℃之间，在这一温度区间能使钢坯料的长度与断面保持均匀一致，进而提升钢坯的加热质量[3]。
3.2 正常轧制时的温度控制措施
三段连续式梁式加热炉在正常生产加热时，炉内各个阶段的温度基本保持恒定，因此温度控制的高低直接决定出钢温度的高低。结合轧制的标准规范要求，针对普碳钢与低合金钢，均热上温度区间为1100-1280℃，均热下温度区间为1100-1290℃，加热上温度区间为1000-1290℃，加热下温度区间为1000-1300℃。
3.3 轧制不顺畅情况下的温度控制措施
轧制不顺畅通常表现轧线经常出现换辊、换槽、检修等问题，此时，应当及时采取降温措施，调整煤气供给量。当保温待轧时间满足标准要求后，可以在开始轧制之前逐渐升温。以Φ16HRB335螺纹钢为例，开始轧制后，一切顺利，轧制节奏为每小时轧制140支钢坯，每轧制45min，记录一次炉温。由于炉尾待温时的钢坯预热温度过高，导致加热段与均热段的升温速度较快，但是后续装入钢坯始终处于顺轧状态，这就使加热炉的温度逐步升到正常值，因此，在轧制不顺畅的情况，预热段温度要低于顺轧时的温度。
而对于后续入炉钢坯来说，温度相对较低，因此，这时可以采取升温措施，使后续钢坯的温度高于正常温度，以防止温度脱茬情况的发生。已知钢坯顺轧时间为45min，轧制钢坯数量为105支，炉尾推钢段装钢45支，动梁装钢120支，由此可以计算出换辊时炉尾最后一根钢轧处于的炉内位置距入炉处的距离为18.58m，此时钢坯温度处于正常轧制温度以下，在未经加热的情况下，极易出现温度脱茬现象。如果提高加热温度，使钢坯温度处于正常轧制温度之上时，则可以满足轧制要求。
3.4 创新温控技术
随着计算机技术的迅猛发展，在轧钢加热炉温控系统中植入了供坯节奏、热平衡、数字模型等模块，借助于计算机技术，可以对加热温度进行实时计算和控制，使加热炉逐步实现自动化管理。尤其是二级控制系统的实际应用，能够对加热炉各部分的主要启动程序进行科学控制，其中，神经网络系统具有强大的非线性映射功能与较强的学习能力，该系统能够自主灵活的创建控制模型，同时具有结构简单、噪音小等优势，在轧钢加热炉温度控制领域得到广泛应用。此外，近年来，也出现了RBF网络模型以及模糊逻辑控制等智能控制技术，模糊逻辑控制技术常被应用在复杂的加热炉系统当中，该技术总结了实际温度控制经验及固定的控制规则，不仅节省了生产成本，而且也促进了生产效率的大幅提升。
4 结语
合理控制轧钢加热炉温度是冶金生产企业提质增效的一条有效路径，因此，在实际生产过程中，应当不断优化生产工艺流程，严格控制加热温度，在保证轧钢产品质量的前提下，降低能源消耗、节约投入成本，使企业在激烈的市场竞争当中赢得一席之地。
