加热炉及加热工艺

加热炉及加热工艺对加热炉的要求是：(1)生产率高在保证质量的前提下，物料加热速度越快越好，这样可以提高加热炉的生产率，减少炉子座数或缩小炉子尺寸。快速加热还能降低金属的烧损和单位燃料消耗，节约维护费用。一般用单位生产率即炉底强度的高低来评价一座炉子工作的优劣。(2)加热质量好

金属的轧制质量与金属加热质量有密切的关系。加热时物料出炉温度应符合工艺要求，断面上温度分布均匀，金属烧损率低。防止过烧和表层的脱碳现象。

(3)燃料消耗低轧钢厂能量消耗的10％一15％用于加热炉上，节省燃料对降低成本和节约能源都有重大意义。一般用单位燃料消耗量来评价炉子的工作，如每kg钢消耗的燃料量(kg)或热量(kJ)。(4)炉子寿命长由于高温作用和机械磨损．炉子不可避免会有损坏，必须定期进行检修。应尽可能延长炉子的使用寿命，降低修炉的费用。(5)劳动条件好要求炉子的机械化及自动化程度高，操作条件好，安全卫生，对环境无污染。燃料的一般性质

一、燃料的化学组成自然界中的固体燃料和液体燃料，都是由有机物和无机物两部分所组成。有机物是由碳、氢、氧及少量的氮、硫等构成。这些复杂的有机化合物，分析十分因难，所以一般只测定碳、氢、氧、氮、硫的百分含量，与燃料的其他特性配合起来。帮助我们判断燃料的性质和进行燃烧计算，燃料的无机物部分主要是水分和矿物质——灰分。气体燃料由CO、H2、CH4、C2H4、CnHm、CO2、N2、O2、H2S、H2O等简单的化合物或单质混合组成，其中主要的可燃成分是CO、H2、CH4、C2H4、CnHm等。CO2、H2O、N2、O2等是不可燃成分。固体燃料和液体燃科的元素组成用质量百分数表示，如C％、H％、O％、N％、S％等。燃料中的水分和灰分分别以符号W％及A％表示。1．碳碳是固体燃料和液体燃料中员主要的热能来源。碳在燃烧时与空气中的氧化合生成CO2，同时放出大量的热C十O2＝CO2十33915(kJ/kg)燃料不完全燃烧时，碳与氧生成CO。C十1/2O2＝CO十10258(kJ/kg)2．氢氢也是燃料中重要的可燃成分。氢燃烧时生成水蒸汽，同时放出大量的热。H2十1/2O2＝H2O(汽)十119915(kJ/kg)固体燃料和液体燃料中的氢与碳、氧、硫结合成各种化合物状态存在，与碳、硫结合的氢可以燃烧；与氧结合的氢形成了燃料内的水分，不仅降低了燃料可燃成分的比例，而且蒸发时还要消耗热量。这种水分在干燥时不能除去，只有高温下分解时才能被除掉。3．氧氧是燃料中有害的组成部分，因为在固体燃料及液体燃料中，它与碳、氢等可燃成分结合呈化合物状态存在。所以作为燃料使用时，它不仅不参与燃烧，反而约束了一部分可燃成分。4．氮氮是惰性物质，燃烧时一般不参加反应而进入烟气中。在温度高和含氮量高的情况下，特产生较多的NOx，造成大气污染。5．硫硫是燃料中有害的杂质。燃料中有机硫和黄铁矿硫在空气中燃烧都能生成二氧化硫。呈硫酸盐状态存在的硫不能燃烧，燃烧时进入灰分。

有机硫及黄铁矿硫燃烧时虽然能够产生一定热量(10468kJ/kg)，但SO2腐蚀金属设备，会使钢材表而烧损增加，严重影响钢的加热质量，并且污染环境造成公害。所以冶金燃料中的硫含量一般均有限制，在选用时必须加以考虑。

6．水分燃料中的水分是有害的成分。它的存在降低了可燃成分的比例热而蒸发，而且对燃料的运输和加工都不利。

原始煤中水分含量比较高是由于煤在开采、洗选、运输、贮存过程中，表面吸附了大量水分。这些水分在空气中风干时即可以除去，称为外部水分。其余水分吸肘在煤的小毛细管中，并以物理化学方式与煤质相连接，需要加热到102—105℃才能除去，称为内在水分。此外煤的矿物质中还常有少量结晶水，只有在更高温度下才能除去。

7．灰分，煤中的灰分高，相对可燃成分的比例就减少，而燃烧时灰分本身的加热和分解还要吸收热量；灰分高的煤往往容易夹杂烧不透的可燃物，造成燃料的损失；清灰也是很繁重的劳动。所以灰分的多少是衡量燃料经济价值的重要指标。除了灰分的含量之外，在衡量固体燃料的质量时，还必须考虑灰分的熔点。灰分熔点太低时，容易在炉栅上结成大块，影响通风，清灰除渣也困难。所以一般要求灰分的软化温度不低于1200℃。

燃料组成的的表示方法法固体燃料和和液体燃料料的分析结结果表示为为各组成的的质量百分分数，由于于燃料中水水分和灰分分含量波动动很大，同同一种煤由由于取样时时条件不同同，如采用用的分析基基准不同，，表示的结结果也不相相同。所以以固体燃料料和液体燃燃科的元素素分析值必必须标明所所采用的基基准。冶金燃料基基于不同的的分所基准准常用的成成分表达方方式有三种种：应用成成分、干煤煤成分和可可燃成分。。应用成分反反映了燃料料在实际应应用时的组组成，包括括全部C、、H、O、、N、S和和灰分(A)、水分分(W)。。以上述组组成的总和和为100％，即C用+H用+O用+N用+S用+A用+W用=100%燃科中的水水分受外界界条件影内内很大。因因此应用成成分常常不不能正确反反映燃料的的本性。为为了便于比比较，常以以C、H、、O、N、、S、A六六个组分的的总和为100％．．即水分不不计在内，，这样各成成分所占的的质量百分分数称为燃燃料的干煤煤成分，即即C干+H干+O干+N干+S干+A干=100%灰分往往受受到运输和和储存条件件的影响而而被动。为为了更确切切地反映燃燃料的性质质，有时还还采用无水水无灰的基基准，以这这种方式表表达的质量量百分组成成。称为燃燃料的可燃燃成分，即即C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100%三、、燃燃科科的的发发热热量量单位位质质量量或或体体积积的的燃燃料料完完全全燃燃烧烧后后所所放放出出的的热热量量称称为为燃燃料料的的发发热热量量。。单位位：：kJ／／kg（（固固、、液液））,kJ／／m3（气气体体））由于于燃燃科科中中含含有有水水分分，，燃燃料料中中的的氢氢及及碳碳氢氢化化合合物物燃燃烧烧后后也也会会生生成成水水，，发发热热量量的的值值也也有有所所不不同同。。当燃燃烧烧产产物物的的温温度度冷冷却却到到使使其其中中的的水水蒸蒸汽汽冷冷凝凝成成为为0℃℃的的水水时时，，所所放放出出的的热热量量称称为为燃燃料料的的高高发发热热量量，，用用Q高表示示。。当燃燃烧烧产产物物中中的的水水分分不不是是呈呈液液态态，，而而是是呈呈20℃℃的的水水蒸蒸汽汽存存在在时时。。由由于于扣扣除除了了水水分分的的汽汽化化热热而而使使发发热热量量降降低低，，这这时时得得到到的的热热量量称称为为燃燃料料的的低低发发热热量量，，用用Q低表示示。。在实实际际燃燃烧烧过过程程中中，，低低发发热热量量比比较较有有意意义义。。高发发热热量量与与低低发发热热量量之之间间的的换换算算关关系系如如下下；；水在在恒恒压压下下由由0℃℃的的水水变变为为20℃℃蒸蒸汽汽的的汽汽化化热热近近似似地地为为2512kJ／／kg，，设每每100kg燃燃料料中中的的氢氢为为Hkg，，水水为为Wkg，，则则燃燃烧烧后后总总的的水水质质量量为为9H十十Wkg，，故故高高发发热热量量与与低低发发热热量量之之间间的的差差额额为为2512(9H十十W)(kJ／／100kg)＝＝25.12(9H十十W)(kJ/kg)Q高＝Q低十25.12(9H十十W／／)(kJ/kg)Q低＝Q高一25.12(9H十十W／／)(kJ/kg)燃料料的的发发热热量量可可以以用用热热量量计计直直接接测测定定，，也也可可以以根根据据燃燃料料的的元元素素分分析析值值或或工工业业分分析析值值用用计算算来来确确定定。。常常用用的的利利用用元元素素分分析析值值计计算算发发热热量量的的公公式式，，如如门门捷捷列列夫夫公公式式：：Q低＝339.1C用十l256H用——108.9(O用——S用)—25.12(9H用十W用)(kJ/kg)利用燃料料的工业业分析值值计算发发热量的的公式很很多，大大都是利利用统计计方法得得出的经经验公式式，这类类公式常常常带有有地区性性。气体燃料料是一些些独立存存在的可可燃成分分所组成成，每种种可燃成成分的发发热量可可以精确确测定。。所以只只需把各各可燃成成分的发发热量加加起来即即可，其其计算公公式为Q低＝12.7CO湿十107.6H2湿十358.8CH4湿十599.6C2H4湿十……(kJ/m3)各种燃料料的发热热量差别别很大．．如果要要比较各各炉子的的能耗，，单讲质质量是不不确切的的。为了了便于比比较，人人为地规规定了一一个“标标准燃料料”的慨慨念。每每1kg标准燃燃料的发发热量定定为29270kJ(相当于于7000kcal)，这样样就可以以把各种种燃料折折算为标标准燃料料。加热炉常常用燃料料常用于加加热炉的的燃料：：煤、重重油、天天然气、、高炉煤煤气及焦焦炉煤气气、发生生炉煤气气等。三、天然然气天然气是是直接由由地下开开采出来来的可燃燃气体，，是一种种工业经经济价值值很高的的气体燃燃料。它它的主要要成分是是甲烷(CH4)，及及少量重重碳氢化化合物和和H2、CO等等可燃气气体，发发热量很很高，大大多都在在33500一一46000kJ／m3。天然气是是一种无无色、稍稍带腐烂烂臭味的的气体，，密度约约0.73一0.80kg／／m3，比空气气轻。天天然气容容易着火火，着火火温度范范围在640一一850℃之间间，与空空气温合合到一定定比例(容积比比为4～～15％％)，遇遇到明火火会立即即着火或或爆炸。。天然气气燃烧时时所需的的空气量量很大，，每m3天然气需需9～14m3空气。四、高炉炉煤气和和焦炉煤煤气1、高炉炉煤气高炉煤气气是高炉炉炼铁的的副产物物。高炉炉每消耗耗一吨焦焦炭可以以得到3800一4000m3的高炉煤煤气。高高炉煤气气含有大大量的N2和CO2所以发热热量比较较低，通通常只有有3350一4200kJ／／m3。高炉煤煤气由于于发热量量低。燃燃烧温度度也较低低。火焰焰的辐射射能力弱弱，在加加热炉上上单独使使用困难难，往往往是与焦焦炉煤气气温合使使用，或或在燃烧烧前将煤煤气与空空气预热热。高炉炉煤气是是钢铁联联合企业业内数量量很大的的副产品品，所以以被作为为一项重重要的能能源。高炉煤气气的成分分(干成成分)大大致如下下：COH2CH422％—31％2％—3％0.3％—0.5％％CO2N210％％—19％％57％—58％％现代高高炉往往往采采用富富氧鼓鼓风和和高压压炉顶顶技术术，采采用富富氧鼓鼓风时时，高高炉煤煤气的的CO和H2升高，，而N2含量降降低，，所以以煤气气的发发热量量相应应提高高。采采用高高压炉炉顶技技术时时，随随着炉炉顶压压力的的升高高，煤煤气中中CO略有有降低低，而而CO2相应升升高，，所以以煤气气的发发热量量也稍稍有下下降。。高炉出出来的的煤气气含有有大量量水分分和灰灰尘，，含水水量50一一80g／／m3，含尘尘量60一一80g／／m3。这种种煤气气在运运输与与使用用上都都很不不便，，必须须进行行认真真的脱脱水与与除尘尘。2．焦焦炉煤煤气焦炉煤煤气是是炼焦焦的副副产物物。每每炼制制一吨吨焦炭炭可得得400～～450m3焦炉煤煤气。。焦炉炉煤气气的主主要可可燃成成分是是H2、CH4、CO、C2H4等，焦焦炉煤煤气的的成分分(干干成分分)大大致如如下(％)：H2CH4CnHmCOCO255——6024—282——46—82——4O2N20.4—0.84—7由于焦焦炉煤煤气内内的主主要可可燃成成分是是高发发热量量的H2和CH4，所以以焦炉炉煤气气的发发热量量为16000一18800kJ／m3。如果果煤的的挥发发分高高，焦焦炉煤煤气中中CH4等的含含量将将增高高，煤煤气的的发热热量也也将增增高。。焦炉炉煤气气由于于含H2高，所所以黑黑度小小，较较难预预热。。同时时密度度只有有0.4～～0.5kg／／m3比其他他煤气气轻，，火焰焰的刚刚性差差，往往上飘飘。3．高高炉——焦炉炉混合合煤气气在钢铁铁联合合企业业里，，焦炉炉煤气气与高高炉煤煤气产产量的的比值值大约约为1：10，，单独独使用用焦炉炉煤气气从能能量分分配看看是不不合理理的。。所以以可以以利用用不同同比例例的高高炉煤煤气和和焦炉炉煤气气配成成各种种发热热量的的混合合煤气气，其其发热热量为为5900～9200kJ／／m3，供各各种冶冶金炉炉作为为燃料料。设焦炉炉煤气气在混混合煤煤气中中的百百分比比为x，则则高炉炉煤气气的百百分比比为(1-x)，Q混＝xQ焦十(1一x)Q高五、发发生炉炉煤气气发生炉炉煤气气是以以固体体燃料料为原原料，，在煤煤气发发生炉炉中制制得的的煤气气，这这个热热化学学过程程叫固固体燃燃料的的气化化。根据工工艺过过程的的不同同，发发生炉炉煤气气可以以分为为：空空气煤煤气、、空气气—蒸蒸汽煤煤气、、水煤煤气等等。作作为加加热炉炉燃料料的主主要是是空气气—蒸蒸汽煤煤气，，通常常泛指指的发发生炉炉煤气气就是是指这这一种种。图图1——2是是在发发生炉炉中制制造煤煤气的的原理理示意意图。。原料自自上方方连续续加入入发生生炉内内，空空气与与蒸汽汽从下下部送送入。。空气气与蒸蒸汽通通过灰灰渣层层被预预热后后继续续上升升，空空气中中的氧氧与炽炽热的的焦炭炭在氧氧化层层发生生燃挠挠反应应，并并放出出大量量的热热。C+O2＝CO2+406900(J/mol)当气体体上升升时，，生成成的CO2在还还原层层又被被炽热热的焦焦炭还还原为为C0，CO2+C＝＝2CO-160700(J/mol)总的来来看，，以上上两个个反应应式可可以表表达为为2C+O2=2CO+246200(J/mol)这是放放热反反应，，因此此发生生炉的的温度度将不不断升升高。。为了在在生产产中控控制反反应温温度，，所以以鼓风风中同同时效效入蒸蒸汽，，蒸汽汽在炉炉内与与炽热热焦炭炭相遇遇时，，发生生还原原反应应。H2O+C＝H2+CO-118720(J/mol)2H2O+C＝CO2+2H2-75240(J/mol)CO+H2O＝CO2+H2-43580(J/mol)由于这这几个个反应应都是是吸热热反应应。因因此降降低了了空气气鼓风风时过过高的的炉温温，而而且生生成可可燃气气体CO2和H2。增加加了煤煤气的的发热热量。。燃烧计计算为了合合理利利用燃燃料，，需要要掌握握燃料料燃烧烧的若若干热热工参参数和和进行行燃烧烧计算算。燃燃烧计计算包包括空空气需需要量量和燃燃烧产产物量量的计计算，，燃烧烧产物物成分分和密密度的的计算算，燃燃烧温温度的的计算算等。。燃烧过过程是是很复复杂的的，为为了使使计算算简化化，在在燃烧烧计算算中作作如下下几项项假定定：(1)气气体的的体积积都按按标准准状态态(0℃和和105Pa)计计算，，一切切气体体在标标准状状下每每kmol的体体积都都是22.4m：；；(2)在在计计算中中不考考虑热热分解解的产产物；；(3)空气的的组成成只考考虑O2和N2。1、完全燃燃烧和不完完全燃烧燃料中的可可燃物质和和氧进行了了充分的燃燃烧反应，，燃烧产物物中巳不存存在可燃物物质，称为为完全燃烧烧。如燃料料中的碳全全部氧化生生成CO2，而不存在在CO。不完全燃烧烧又有两种种情况：(1)化化学不完全全燃烧燃燃料中的的可燃成分分由于空气气不足或燃燃料与空气气混合不好好，而没能能得到充分分反应的燃燃烧，叫化化学不完全全燃烧。(2)机机械不完全全燃烧燃燃料的部部分可燃成成分没有参参加或进行行燃挠反应应就损失了了的燃烧过过程，叫机机械不完全全燃烧。如如灰渣裹走走的煤，炉炉栅漏下的的煤，管道道漏掉的重重油或煤气气。2．空气消消耗系数燃料燃烧时时所需的氧氧气通常是是由空气供供给的。根根据化学反反应方程式式计算的每每1kg或或1m3燃料完全燃燃烧时所需需要的空气气量，叫理理论空气需需要量。由由于空气供供给不足或或燃料与空空气的混合合不好，会会造成化学学不完全燃燃烧。因此此，为了保保证燃料的的完全燃烧烧，所供给给的空气量量实际上都都大于理论论的空气需需要量。令令Ln代表实际供供给空气量量，L0代表理论空空气需要量量，则二者者的比值就就称为空气气消耗系数数并用n表表示，即空气消耗系系数的大小小与燃料种种类、燃烧烧方法、燃燃烧装置的的结构及其其工作好坏坏都有关。。各类燃料空气气消耗系数数的经验数数据如下：：固体燃料n=1.20～～1.50液体燃料n=1.15～～1.25气体燃料n=1.05～～1.15二、气体燃燃料完全燃燃烧的分析析计算已知气体燃燃料的湿成成分CO湿+H2湿+CH4湿+CmHn湿+HS2湿+CO2湿+SO2湿+O2湿+N2湿+H2O湿=100%气体燃料的的燃烧计算算方法与固固体燃料、、液体燃料料的燃烧计计算相似，，而且更为为简便。因因为任何气气体每1kmol的的体积为22.4m3，所以参加加燃烧反应应的各气体体与燃烧生生成物之间间的mol数之比，，就是其体体积比。例例如：CO+1/2O2=CO21mol：：0.5mol：1mol1m3：0.5m3：1m31、空气需需要量2、燃烧产产物量3、燃烧产产物成分各成分的体体积百分数数为：4．燃烧产产物的密度度在已知燃烧烧产物成分分的条件下下，气体燃燃料燃烧产产物的密度度可按式(1—20)计算。。在已知气气体燃料湿湿成分时，，也可按下下式计算：：三、燃烧温温度的计算算燃烧时燃烧烧产物所能能达到的温温度称为燃燃料的燃烧烧温度。燃燃烧产物所所含的热量量，可以由由燃烧过程程的热平衡衡求出。根根据能量守守恒，燃料料燃烧时燃燃烧产物的的热量收入入和热量支支出应当相相等。由热热量收支关关系可以建建立热平衡衡方程式。。根据热平平衡方程式式即可求出出燃烧温度度。1．燃烧过过程中热量量收入在燃烧过程程中，热量量收入项包包括：(1)燃燃料燃烧的的化学热Q化(2)燃燃料带入的的物理热Q燃(3)空空气带入的的物理热Q空2．燃烧过过程中热量量支出热量的支出出项包括：：(1)燃燃烧产物包包含的热量量t理Vnc，在简单单的理想情情况下，没没有热量消消耗与损失失，燃烧产产物所得到到的热量都都用以提高高自身的温温度。这时时的燃烧温温度称为理理论燃烧温温度t理。Vn是燃烧产物物的体积m3/kg或m3/m3；c为燃烧烧产物的平平均比热kJ/(m3．℃)。(2)由由于燃烧产产物的热分分解而损失失的热量Q解，燃烧烧产物中的的部分CO2和H2O在约2000℃高高温下要发发生热分解解、消耗一一部分热量量，即CO2→[CO]+[O]-Q解H2O→[H]+[OH]-Q解因此，可以以建立燃烧烧过程的热热平衡方程程式如下：：理论燃烧温温度是燃料料能完全燃燃烧，而没没有其他热热支出时，，燃烧产物物所能达到到的最高温温度。但是是，在实际际的燃烧条条件下，由由于向周围围介质散失失的热量和和燃料不完完全燃烧造造成的损失失，实际燃燃烧温度比比理论燃烧烧温度低得得多。因为热损失失，特别是是不完全燃燃烧的热损损失从形论论上计算很很困难，所所以不可能能进行实际际燃烧温度度的理论计计算。式中的系数数称为炉温温系数。加加热炉和热热处理炉的的炉温系数数式中指1m3燃挠产物的的热含量，，它包括分别代表1m3燃烧产物中中由于燃料料化学热、、燃料物理热热、空气物物理热所带带入的热量量。四、空气消消耗系数炉内的过剩剩空气太多多，会降低低燃烧温度度和增加钢钢的氧化与与脱碳。因因此，在燃燃烧情况好好的烟气中中不完全燃燃烧产物和和过剩空气气量都较少少。应该在在尽可能小小的空气消消耗系数下下，保证燃燃料的完全全燃烧，避避免过剩空空气量过多多或空气供供给量不足足。空气消耗系系数可以根根据经验选选定，由于于多种原因因(如燃料料量波动、、漏风漏气气、计量不不准等)，，炉内实际际的情况与与规定的数数值往往有有出入。所所以有时要要根据测得得的燃烧产产物成分来来计算空气气消耗系数数，再按计计算结果去去调整空气气供给量。。空气消耗系系数的计算算法较多，，常用的有有氮平衡法法和氧平衡衡法，前者者适用于在在空气中的的燃烧，后后者还可用用于富氧空空气中的燃燃烧。现介介绍用氮平平伤法计算算m值的方方法。烟气的干成成分为CO2%+CO%+H2%+CH4%+N2%+……+O2%=100%式中氧含量量包括两部部分，一部部分是过剩剩空气中的的氧O2过；另一部分分是由于CO、H2、CH4等的不完全全燃烧，而而未利用的的氧O2未，即令L过代表过剩空空气量，L过＝Ln一L0，故过剩空气中中的氧量O2过％·Vn＝0.21L过或现在建立氮氮的平衡关关系：烟气中的氮氮量＝空气气带进的氮氮量十燃料料中的氮量量烟气中的氮氮量＝N2％·Vn；空气带进进的氮量＝＝0.79Ln；燃料中的氮氮量＝N燃％。即式中的Vn和燃烧产产物成分有有一定关系系。现分析析如下：燃烧产物中中金属加热工工艺金属在轧制制之前的加加热，是金金属的热加加工过程中中一个必要要的环节。。加热的目目的是：(1)提高高金属的塑塑性金金属在冷的的状态下塑塑性很低，，为了改善善金属的热热加工条件件，必须提提高金属的的塑性。一一般说来，，金属的热热加工温度度越高，可可塑性越好好。例如高高碳钢在常常温下的变变形抗力约约为6000kg／／cm2，这样在轧轧制时就需需要很大的的轧制压力力，消耗很很大的能量量。如果将将它加热到到1200℃，这时时的变形抗抗力降低到到大约300kg／／cm2，比常温下下的变形抗抗力降低20倍。所所以钢的温温度越低，，加工所消消耗的能量量越大，轧轧机的磨损损也越快，，而且温度度不足时还还容易发生生断辊事故故。(2)使金金属锭或坯坯内外温度度均匀由由于金属属内外的温温度差，使使其内部产产生应力，，应力会造造成轧材时时的废品或或缺陷。通通过均热使使断面亡温温差缩小，，避免出现现危险的温温度应力。。(3)改变变金属的结结晶组织金金属经经过冷加工工以后，组组织结构改改变，处于于加工硬化化状态，需需要加热进进行热处理理．达到所所要求的物物理性能和和力学性能能。有时钢钢锭在浇铸铸过程中会会带来一些些组织缺陷陷，例如高高速钢中碳碳化物的偏偏析等，通通过在高温温下长时间间保温，可可以消除或或减轻这类类缺陷的危危害。金属加热的的质量直接接影响到轧轧材的质量量、产量、、能源消耗耗以及轧辊辊寿命。正正确的加热热工艺可以以提高金后后的塑性，，降低热加加工时的变变形抗力，，按时为轧轧机提供加加热质量优优良的锭或或坯，保证证轧机生产产顺利进行行反之，如加加热工艺不不当，就会会直接影响响轧机的生生产。例如如加热温度度过高．会会发生钢的的过热、过过烧，轧制制时就要造造成废品；；如钢的表表面发生严严重的氧化化或脱碳．．也会影响响钢的质量量，甚至报报废。目前前有的轧机机不能充分分发挥作用用，往往是是因为加热热工艺这一一环节薄弱弱。因此，，制定正确确的加热工工艺制度，，防止加热热过程中可可能出现的的各种缺陷陷。金属的加热热工艺包括括确定加热热温度、加加热速度、、加热时间间、炉温制制度、炉内内气氛等。。为了制定定正确的加加热工艺，，还应当了了解与金属属加热有关关的金后热热物理性能能及力学性性能，了解解加热过程程中缺陷产产生的原因因及防止的的措施。金属的物理理和机械性性能在不同的加加热条件下下，不同金金属在加热热过程中性性能的变化化也不相同同，了解金金属热物理理性能和机机械性能及及它们随温温度变化的的情况，对对于正确制制定加热工工艺制度是是重要的依依据，也是是进行加热热计算的依依据。一、金属的的导热系数数金属的导热热系数与金金属化学成成分、温度度、组织、、杂质含量量以及加工工条件都有有关。钢钢的的导热系数数随含碳量量的增加而而降低，当当含碳量小小于0.2％时，这这种影响最最明显。杂杂质如锰、、硅、硫、、磷也降低低钢的导热热系数。常温下碳素素钢的导热热系数可以以根据下列列经验式算算出：碳素钢的导导热系数随随温度的升升高而下降降，但当温温度超过900℃时时，由于组组织中出现现奥氏体，，奥氏体钢钢的导热系系数又随温温度升高而而略有上升升。合金元素可可以降低钢钢的导热性性，钢中合合金元素愈愈多，则其其导热系数数愈低。金属的比热热在100℃℃以下至室室温，钢的的比热可以以按下而公公式计算总的说来，，钢化学成成分对比热热的影响不不大，但温温度的影内内则比较大大，无论碳碳素钢或合合金钢，比比热均随温温度的升高高而增大．．特别在800℃以下更为为明显，超超过900℃则变化不不大，甚至至某些钢种种的比热值值还略有下下降。金属的密度度与金属的的化学成分分、组织和和温度有关关。碳素钢钢的密度因因含碳量的的不同变化化于7800~7850kg／m3之间。温度升高时时．钢的密密度因体积积膨胀而降降低，密度度与温度的的关系用下下式表示．．温度升高高时．钢的的密度因体体积膨胀而而降低，密密度与温度度的关系用用下式表示示。四、导温系系数导热系数A越大时，，表示通过过金属传导导的热量越越多，但是是传递热量量的多寡并并不完全直直接反映金金属温度升升高的快慢慢，因为升升温的快但但不仅与导导热性能有有关，还和和金属的比比热及密度度有关。表表示这一关关系的物理理量称为导导温系数单单位位：m2／h或m2／s。五、金属的的机械性能能及其与温温度的关系系为了了解金金属在加热热时的温度度应力问题题，应掌握握金属的弹弹、塑性及及变形抗力力的知识。。金属的弹弹性决定于于拉伸时的的弹性模量量E及泊松比μμ。表示试试样断面收收缩与纵向向延伸之比比，各种金金属的，值值波动在0.28一0.45的范围内，，对于钢μμ＝0.3。弹性模量量决定于金金属的化学学成分及其其温度。钢钢为200—220GPa，，钢种的影影响很小。。通常金用用的弹性模模量随温度度升高而减减小。例如如，钢在500℃时时，E值下下降20％％，超过500℃一一550℃℃，碳钢钢失去弹性性而入塑性性范围。塑性加工时时金属抵抗抗变形的能能力、称为为变形抗力力。变形抗抗力与变形形力数值相相等方向相相反。变形形抗力和塑塑性是两个个不同的概概念，塑性性反映金局局变形的能能力，变形形抗力则反反映金属变变形的难易易程度。金金属的塑性性好，变形形抗力不一一定就低，，反之亦然然。金属的塑性性和变形抗抗力主要取取决于金属属的化学成成分、组织织状态、温温度及其它它变形条件件。温度影响总总的趋势是是，随温度度升高，大大多数金属属及合金的的塑性增加加，变形抗抗力降低。。这是因为为温度升高高，原子热热运动加剧剧，原子间间的结合力力减弱，所所以变形抗抗力降低。。同时，可可能增加新新的滑移系系，以及热热变形过程程中伴随回回复再结晶晶软化过程程，这些都都提高了金金属的塑性性变形能力力，但是，，随温度的的升高，金金属的塑性性并不是直直线上升的的。因为相相态和晶粒粒边界同时时也发生了了变化，这这种变化又又对塑性产产生了影响响。金属的加热热缺陷金属在加热热过中，炉炉子的温度度和气氛必必须调整得得当，如果果操作不当当，会出现现各种加热热缺陷，如如氧化、脱脱碳、过热热、过烧等等。这些缺缺陷影响金金属的加热热质量，重重则造成废废品，所以以加热过程程中应尽力力避免。一、钢的氧氧化钢在高温炉炉内加热时时，由于炉炉气中合有有大量O2CO2、H2O，钢的表面面层要发生生氧化。而而且从钢锭锭到成品材材往往加工工多次，每每加热—次次，有0.5—3％的钢由于于氧化而烧烧损。所以以整个热加加工过程中中，烧损量量高达4—5％。氧化不仅造造成钢的直直接损失，，而且氧化化后产生的的氧化铁皮皮堆积在炉炉底上，特特别是实炉炉底部分，，不仅使耐耐火材料受受到侵蚀，，影响炉体体寿命，而而且清除这这些氧化铁铁皮是一项项很繁重的的劳动，严严重的时候候加热炉会会被迫停产产。氧化铁皮还还会影响钢钢的质量．．它在轧制制过程中压压在钢的表表面上，就就会使表面面产生麻点点，损害表表而质量。。如果氧化化层过深，，会使钢锭锭的皮下气气泡暴露，，轧后造成成废品。氧化铁皮的的导热系数数比纯金属属低，所以以钢表面上上覆盖了氧氧化铁皮，，又恶化了了传热条件件，降低了了炉子生产产率，增加加了能源的的消耗。影响氧化的的因素(1)加热热温度的影影响在在850一一900℃℃以下，铁铁的氧化速速度很小，，1000℃以上则则急剧上升升。因为随随着温度的的升高，各各成分的扩扩散加快。。超过1300℃以以后，表面面的氧化铁铁皮熔化，，扩散的阻阻力减小，，氧化速度度大大增加加。在600—1200℃的的范围内，，碳钢氧化化烧损量与与温度及时时间的函数数关系，有有如下的经经验式：(2)加热热时间的影影响在在同样条件件下，加热热时间越长长，钢的氧氧化烧损量量越多。(3)炉气气成分的影影响火火焰炉的炉炉气成分决决定于燃料料成分、空空气消耗系系数、完全全燃烧与否否，炉气成成分对氧化化的影响很很大。(4)钢的的成分分的影影响随随着钢钢中含含碳量量的增增加，，钢的的烧损损率有有所下下降，，可能能是因因为钢钢中的的碳氧氧化，，部分分生成成CO，它它阻碍碍了氧氧化性性气体体的作作用。。但是钢钢的成成分的的影响响主要要是对对氧化化铁皮皮构造造的影影响。。合金金元素素如Cr、、Ni、Si、、Al、Mn、、V等等，都都能够够提高高钢的的抗氧氧化性性能。。这些些元素素本身身也能能被氧氧化，，而且且比铁铁的氧氧化倾倾向还还大。。但它它们在在钢的的表面面生成成一层层非常常薄而而致密密的氧氧化膜膜。这这层合合金成成分氧氧化物物构成成的膜膜成了了钢的的保护护膜，，使钢钢的氧氧化速速度大大为降降低，，外部部的氧氧化性性介质质不易易透入入。三、、钢钢的的脱脱碳碳钢在在加加热热过过程程中中，，表表而而除除了了被被氧氧化化烧烧损损而而外外，，还还会会造造成成表表层层内内合合碳碳量量的的减减少少，，称称为为钢钢的的脱脱碳碳。。碳碳在在钢钢中中早早以以Fe3C的的形形式式存存在在，，它它是是直直接接决决定定钢钢的的机机械械性性质质的的成成分分。。例例如如高高碳碳工工具具钢钢，，就就是是依依靠靠碳碳获获得得很很高高的的红红硬硬性性，，如如果果表表面面脱脱碳碳后后，，钢钢的的硬硬度度特特大大为为降降低低。。合金金钢钢中中除除不不锈锈钢钢外外大大多多是是高高碳碳钢钢，，除除了了电电工工硅硅钢钢要要求求脱脱碳碳以以外外，，其其他他钢钢种种的的脱脱碳碳都都被被认认为为是是钢钢的的缺缺陷陷，，特特别别是是工工具具钢钢、、滚滚珠珠轴轴承承钢钢、、弹弹簧簧钢钢都都不不希希望望发发生生脱脱碳碳现现象象。。脱脱碳碳后后最最明明显显的的是是硬硬度度下下降降，，弹弹簧簧钢钢的的抗抗疲疲劳劳强强度度将将降降低低，，要要淬淬火火的的钢钢还还容容易易出出现现裂裂纹纹。。要要清清除除钢钢的的脱脱碳碳层层，，势势必必增增加加额额外外的的工工作作量量。。防防止止钢钢的的脱脱碳碳，，也也是是钢钢的的加加热热过过程程中中的的重重要要问问题题四、、钢钢的的过过热热如果果钢钢的的加加热热温温度度超超过过临临界界温温度度Ac3钢的的晶晶粒粒就就开开始始长长大大，，晶晶粒粒粗粗化化是是过过热热的的主主要要特特征征。。加加热热温温度度越越高高。。加加热热时时间间越越长长，，这这种种晶晶粒粒长长大大的的现现象象越越显显著著。。晶晶粒粒过过份份长长大大，，钢钢的的机机械械性性能能下下降降，，轧轧制制时时容容易易产产生生裂裂纹纹。。加热热温温度度与与加加热热时时间间对对晶晶粒粒的的长长大大行行决决定定性性的的影影响响，，在在轧轧钢钢作作业业和和热热处处理理的的加加热热过过程程中中，，应应掌掌握握好好加加热热温温度度、、以以及及钢钢在在高高温温区区域域停停留留的的时时间间。。合金金元元素素大大多多数数是是可可以以减减小小晶晶粒粒长长大大趋趋势势的的，，只只有有碳碳、、磷磷、、锰锰会会促促进进晶晶粒粒的的长长大大。。故故一一般般合合金金钢钢的的过过热热敏敏感感性性比比碳碳素素钢钢低低，，即即合合金金元元素素起起了了细细化化晶晶粒粒的的作作用用。。已经经过过热热的的钢钢可可以以通通过过退退火火处处理理恢恢复复钢钢的的机机械械性性能能，，即即使使钢钢缓缓慢慢加加热热到到略略高高于于Ac3的温温度度，，再再慢慢慢慢冷冷却却下下来来，，使使组组织织再再结结晶晶。。这这样样的的钢钢可可以以重重新新加加热热进进行行压压力力加加工工。。但但严严重重过过热热的的钢钢，，晶晶粒粒太太大大，，已已不不能能通通过过再再结结晶晶使使晶晶粒粒细细化化，，就就难难以以用用退退火火的的办办法法恢恢复复。。五、钢的的过烧当钢加热热到比过过热更高高的温度度时，不不仅钢的的晶粒长长大，晶晶粒周围围的薄膜膜开始熔熔化，氧氧进入了了晶粒之之间的间间隙，使使金属发发生氧化化，又促促进了它它的熔化化。导致致晶粒间间彼此结结合力大大为降低低，塑性性变坏，，这样钢钢在进行行压力加加工过程程中就会会裂开，，这种现现象就是是过烧。。过烧的的钢用退退火的方方法无法法挽救，，只有间间加重新新熔炼。。过烧不仅仅取决于于加热温温度，也也和炉内内气氛有有关。炉炉气的氧氧化能力力越强，，越容易易发生过过烧现象象，因为为氧化性性气体扩扩散到金金属中去去，更易易使品粒粒间界氧氧化或局局部熔化化。钢中中含碳量量越高，，产生过过烧危险险的温度度越低。。与过热相相同，发发生过烧烧往往也也是在高高温区域域停留时时间过长长，例如如在轧机机发生故故障、换换辊的时时候，遇遇到这类类情况要要及时采采取措施施，设法法降低炉炉温并减减少进入入炉内的的空气量量。金属的加加热温度度和加热热速度一、金属属的加热热温度金属的加加热温度度指金属属加热完完毕出炉炉时的表表面温度度。金属属的轧制制前的加加热，是是为了获获得良好好的塑性性和较小小的变形形抗力．．加热温温度主要要根据热热加工工工艺要求求，由金金属的塑塑性和变变形抗力力等性质质来确定定。合适适的加热热温度，，应使金金属获得得最好的的塑性和和最小的的变形抗抗力，出出为这样样有利于于轧制，，提高产产量，减减少设备备磨损和和动力消消耗。金属的加加热温度度，一般般来说需需要参考考金属的的状态相相图、塑塑性图及及变形抗抗力图等等资料综综合确定定。碳钢钢和低台台金钢加加热温度度的选择择主要是是借助于于铁碳平平衡相图图。确定轧制制的加热热温度要要依据固固相线，，因为过过烧现象象和金属属的开始始熔化有有关。钢钢内如果果有偏析析、非金金属夹杂杂，都会会促使熔熔点降低低。因此此加热的的最高温温度应比比固相线线低100～150℃℃。在选择其其加热温温度时，，还应考考虑钢材材表面脱脱碳问题题，为了了使脱碳碳层在规规定标准准以下，，应适当当降低钢钢坯加热热温度。。钢的加热热温度不不能太低低，必须须保证钢钢在压力力加工的的末期仍仍能保持持一定的的温度(即终轧温温度)。由于奥奥氏体组组织的钢钢塑性最最好，这这时金属属的变形形抗力小小，而且且加工后后的残余余应力小小，不会会出现裂裂纹等缺缺陷。根根据终轧轧温度再再考虑到到钢在出出炉和加加工过程程中的热热损失，，便可确确定钢的的最低加加热温度度。终轧轧温度对对钢的组组织和性性能影响响很大，，终轧温温度越高高。晶粒粒集聚长长大的倾倾向越大大，奥氏氏体的晶晶粒越粗粗大，钢钢的机械械性能越越低。所所以终轧轧温度也也不能太太高，最最好在850℃左右，，不要超超过900℃．也不不要低于于700℃。金属的加加热速度度从生产率率的角度度，希望望加热速速度愈快快愈钢在在加热过过程中，，由于金金属本身身的热阻阻，不可可避免地地存在内内外的温温度差，，表面温温度总比比中心温温度升高高得快，，这时表表面的膨膨胀要大大于中心心的膨胀胀。这样样表面受受压力而而中心受受张力，，于是在在钢的内内部产生生了热应应力。热热应力的的大小取取决于温温度梯度度的大小小，加热热速度越越快，内内外温差差越大，，热应力力就越大大。应力力超过了了钢的破破裂强度度极限，，钢的内内部就要要产生裂裂纹，所所以加热热速度要要限制在在应力所所允许的的范围之之内。但是，钢钢中的应应力只是是在一定定温度范范围内才才是危险险的。多多数钢在在550℃以下下处于弹弹性状态态，这时时如果加加热速度度太快，，温度应应力超过过了钢的的强度极极限，就就会出现现裂纹。。温度超超过了这这个温度度范围，，钢就进进入了塑塑性状态态，对低低碳钢可可能更低低的温度度就进入入塑性范范围。这这时即使使产生较较大的温温度差，，将由于于塑性变变形而使使应力消消失，不不致造成成裂纹或或折断。。。金属的加热热制度和加加热时间一、金属的的加热制度度正确选择金金属的加热热工艺，不不仅要考虑虑金属的加加热温度，，是否达到到了出炉的的要求，还还应考虑断断面上的温温度差，即即温度的均均匀性。金属的加热热制度和金金属种类、、钢坯的尺尺寸大小、、温度状态态以及炉子子的结构和和物料在炉炉内的布置置等因素有有关。钢在轧制前前和热处理理时的加热热制度，按按炉内温度度的变化可可分为：一段式加热热制度、二段式加热热制度、三三段式加热热制度和多多段式加热热制度。一段式加热热制度整个加热过过程中，炉炉温大体保保持一定，，而钢的表表面和中心心温度逐渐渐上升，达达到所要求求的温度。。加热不分分阶段，故故称为一段段式(或一一期)加热热制度。这种加热制制度的待点点是炉温和和钢料表面面的温差大大，所以加加热速度快快，加热的的时间短。。这种加热制制度适用于于一些断面面尺寸不大大，导热性性好，塑性性好的钢科科，如钢板板、薄板坯坯、薄壁钢钢管的加热热。或者是是热装的钢钢科，不致致产生危险险的温度应应力。二段式加热热制度二段式加热热制度是使使金属先后后在两个不不同的温度度区城内加加热，是由由加热期和和均热期组组成或由预预热期和加加热期组成成。由加热期和和均热期组组成的二段段式加热制制度，是把把钢坯直接接装入高温温炉膛进行行加热，加加热速度快快。钢坯断断面上的温温差大。为为了使断面面温度趋于于均匀，需需要经过均均热期。在在均热阶段段，表面与与中心的温温度差逐渐渐缩小而趋趋于均匀。。这种温度度制度的特特点是加热热速度快，，最后断面面上温度差差小。通常常冷装或低低温热装的的低碳钢钢钢坯及热装装的合金钢钢坯。由预热期和和加热期所所组成的二二段式加热热制度，金金属的加热热速度较慢慢，因为中中心与表面面的温差小小，一些导导热性差的的钢适于先先在预热段段加热，温温度应力小小，待温度度升高进入入钢的塑性性状态后，，再到高温温区域进行行快速加热热。这种加加热制度由由于没有均均热期，最最终不能保保证断面上上温度的均均匀性，所所以不宜用用于加热断断面大的钢钢坯。三段式加热热制度三段式加热热制度是把把钢坯放在在三个温度度条件不同同的区段期期)内加热热，依次是是预热段、、加热段、、均热段(或称应力力期、快速速加热期、、均热期)。这种加热制制度是比较较完善的加加热制度，，它综合了了以上两种种加热制度度的优点。。钢坯首先先在低温区区域进行预预热，这时时加热速度度比较慢，，温度应力力小，不会会造成危险险。等到金金属中心温温度超过500℃以以后，进入入塑性范围围，这时就就可以快速速加热，直直到表面温温度迅速升升高到出炉炉所要求的的温度。加加热期结束束时，钢坯坯断面上还还有较大的的温度差．．需要进入入均热期进进行均热。。此时钢的的表面温度度基本不再再升高，而而使中心温温度逐渐上上升，缩小小断面上的的温度差。。这种加热制制度可用于于加热各种种尺寸冷装装的碳素钢钢坯及合金金钢坯，特特别是高碳碳钢、高合合金金钢，，在加热初初期必须缓缓慢进行预预热。无论一段、、二段或二二段式都是是指温度与与热流随时时间的变化化而言。但但在连续式式加热炉中中，随时间间变化的““段”的概概念恰好与与连续式加加热炉沿炉炉长分段的的概念相吻吻合，一些些文献资料料上对加热热制度个体体段，而称称“期”，，但习惯上上连续式加加热方式仍仍多沿用某某段式加热热制度的叫叫法。一些些现代化的的大型连续续式加热炉炉，从炉型型结构上尽尽可以分成成许多段，，如预热段段、第一上上加热段、、第二上加加热段等，，往往只是是增加了加加热段供热热的地点，，但从加热热制度的观观点上说，，仍属于三三段式加热热制度。金属的加热热时间金属的加热热是不稳定定态传导传传热，可根根据传热学学理论对不不稳定态传传导传热三三种边界条条件下进行行求解．可可以计算金金属的加热热时间。这这种经典的的解法，至至今不仅具具有理论上上的意义，，在解决实实际问题时时也有价值值。但是由由于炉内传传热条件变变化相当大大，温度场场、黑度场场并不都是是均匀的，，所以计算算还要相经经验公式及及实际资料料结合起来来。连续加热炉炉连续加热炉炉是轧制车车间应用最最普遍的炉炉子。料坯坯由炉尾装装入。加热热后由另一一端排出。。推钢式连连续加热炉炉，钢坯在在炉内是靠靠推钢机的的推力沿炉炉底滑道不不断向前移移运；机械械化炉底连连续加热护护，料坯则则靠炉底的的传动机械械不停地在在炉内向前前运动。燃燃烧产生的的炉气一般般是对着被被加热的料料坯向炉尾尾流动，即即逆流式流流动。料坯坯移到出料料端时，被被加热到所所需要的温温度，经过过出料口出出炉，再沿沿辊道送往往轧机。具有连续加加热炉热工工特点的炉炉子很多，，从结构、、热工制度度等分面看看，连续加加热炉可按按下列特征征进行分类类。(1)按温温度制度可可分为：两两段式、三三段式和强强化加热式式。(2)按被被加热金属属的形状可可分为：加加热方坯的的、加热板板坯的、加加热圆管坯坯的、加热热异型坯的的。(3)按所所用燃料种种类可分为为：使用固固体燃料的的、使用重重油的、使使用气体燃燃料的、使使用混合燃燃料的。(4)按按空气和和煤气的的预热方方式可分分为：换换热式的的、蓄热热式的、、不预热热的。(5)按按出料方方式可分分为：端端出料的的和侧出出料的。。(6)按按物料在在炉内运运动的方方式可分分为：推推送式连连续加热热炉、步步进式炉炉、辊底底式炉、、转底式式炉、链链式炉等等。推送式连连续加热热炉一、推送送式连续续加热炉炉是一座烧烧煤两段段式连续续加热炉炉的示意意图。按按炉温制制度分为为加热期期和预热热期，炉炉膛也相应地地分为加加热段和和预热段段。加热热薄料坯坯的小炉炉子也有有单面加加热的，，一般多多为两面面加热。。当料坯的的厚度不不大时(一般小于于200mm)，可以采采用两段段式炉。。当料坯断断面较厚厚时，加加热终了了后内外外上下温温度差较较大，为为了消除除温差，，必须延延长加热热时间，，但受到到物料表表面温度度的限制制，如果果表面温温度过高高，就会会产生加加热缺陷陷。这时时两段式式连续加加热炉就就不能适适应要求求二、三段段式连续续加热炉炉1.三段段式连续续加热炉炉的温度度制度三段式连连续加热热炉采取取预热期期、加热热期、均均热期的的三段温温度制度度。在炉炉子的结结构上也也相应地地分为预预热段、、加热段段和均热热段。一一般有三三个供热热点，即即上加热热、下加加热与均均热段供供热。断断面尺寸寸较大物物料的加加热，多多采用三三段连续续加热炉炉。料坯由炉炉尾推入入后，先先进入预预热段缓缓慢升温温，出炉炉烟气温温度850--950℃，最最高不超超过1050℃℃。料坯坯进入加加热段后后，强化化加热，，表面迅迅速升温温到出炉炉所要求求的温度度，允许许物料内内外有较较大温差差。最后后，物料料进入温温度稍低低的均热热段进行行均热，，表面温温度不再再升高，，而是使使断面上上的温度度逐渐趋趋于均匀匀。均热热段的温温度一般般为1250--1300℃℃，即比比物料出出炉温度度高约50℃。。现在连连续加热热炉的加加热段及及均热段段的温度度有提高高的趋势势，加热热段超过过1400℃，，烟气出出炉温度度也相应应提高，，同时也也很重视视温度分分布的均均匀性，，各段温温度可以以分段自自动调节节。三段连续续加热炉炉的供热热分配连续加热热炉的供供热是根根据加热热工艺所所要求的的温度制制度来分分配的，，它保证证加热制制度的实实现和料料坯加热热温度的的均匀性性，并和和炉子生生产率有有密切的的关系。。三段连续续加热妒妒一般是是三个供供热段，，即均热热段、上上加热段段和下加加热段。。各段燃燃料分配配的比例例大致是是：均热热段占20％~30％％，上加加热段占占20％％~40％，下下加热段段占40％~60％，，总和为为100％。但但为了使使护子在在生产中中有一定定的调节节余地，，所以供供热能力力的配置置比例应应大于燃燃料分配配的比例例，即烧烧嘴能力力的总和和应为燃燃料消耗耗量的120％％~130％。。这样大大体上均均热段、、上加热热段、下下加热段段的供