加热炉基础知识与操作2

加热炉基础知识与操作2第二部分热工基础知识2.1燃料及燃烧燃料：热源，在燃烧时能够放出大量的热。燃料种类：固体燃料、液体燃料、气体燃料固体燃料：煤、煤粉等；目前轧钢加热炉很少用。液体燃料：重油、煤焦油等。气体燃料：天然气、高炉煤气、焦炉煤气、混合煤气、转炉煤气、发生炉煤气等。●燃料的一般性质1、化学组成：气体燃料一般由CO、H2、CH4、C2H2、CnHm、H2S、CO2、N2、O2、H2O等。可燃成分：CO、H2、CH4、C2H2、CnHm、H2S。不可燃成分：H2S、CO2、N2、O2、H2O固体燃料和液体燃料都来源于埋藏于地下的有机物质。由古代的动植物经过长期的物理化学变化而成。（了解即可不做特别介绍）2、燃料的发热量单位质量或体积的燃料，完全燃烧后所放出的热量称为燃料的发热量。固体、液体用kJ/kg表示；气体用kJ/m3表示。依据燃烧后，燃烧产物水的状态分为:高发热量、低发热量。主要看水是液态还是气态。我们日常提到的发热量一般是指低发热量●加热炉常用的煤气种类一、高炉煤气的性质和用途高炉煤气是无色、无味、有毒的气体，着火温度700℃，co含量在30%左右，如泄漏极易造成人身中毒。发热值在3345KJ/m3左右，理论燃烧温度约为1300~1500℃。高炉煤气作为燃料的主要用户在钢铁厂有高炉热风炉、焦炉、发电锅炉、轧钢加热炉。九江线材高炉煤气用户：高炉热风炉、发电锅炉、轧钢加热炉二、高炉煤气中毒和爆炸环境中co浓度（mg/Nm3）

允许停留时间（h）

３０８５０１１０００.５２０００.２５

高炉煤气中co含量在30%左右，co同人体血液中的血红素的亲和力比氧同血红素的亲和力大300倍，就是说当co被吸入人体肺部，首先co同血红素结合，使血液失去携带氧的能力，造成人体细胞缺氧，发生煤气中毒现象。

当煤气在一定的容器内与空气进行混合达到一定的浓度，遇明火时将产生煤气爆炸。煤气爆炸的必要条件：１在容器内。如房间、管道、炉内等；２混合达到着火浓度。高炉煤气40~70%；３着火温度。高炉煤气500~700℃。三、煤气使用与检修日常使用煤气应注意的问题：１煤气管道和设备要密封不泄漏。２煤气设施内必须保持正压。３点燃煤气时，必须先提供火源和空气，后给煤气。在煤气设施上动火检修必须遵守的原则：１办理动火证。２在正常生产的煤气设施，要保持内部为正压，并准备好防毒面具，灭火器材，设专人监护。３在停止运行的设施，须确保可靠切断煤气来源，用蒸汽或者氮气吹扫置换合格后方可。四、煤气系统的处理过程

处理煤气就是煤气设施内的煤气通过蒸汽或者氮气进行吹扫置换，然后再被空气进行置换的过程，又叫撵煤气作业。煤气的可靠切断装置只有：盲板、眼睛阀、蝶阀加U型水封。

五、煤气中毒及救护中毒。高炉煤气能使人中毒，高炉煤气是无色、无味的气体，人吸入体内后与血液中的血红蛋白结合，夺取血液中的氧气，使人体因缺氧而导致死亡。如何预防高炉煤气中毒？A、上炉顶平台工作时必须两人以上同行；B、煤气区域检查巡视时必须携带煤气报警仪；C、不能在有煤气管道和设施附近打盹、睡觉、滞留。六、发现煤气中毒后怎么办？立即将中毒者抬至空气新鲜的地方；将伤员的裤带、衣服扣松开，保证呼吸畅通，能喝水的给予水喝；对已经停止呼吸的要立即通知煤气救护人员，并进行指压人中、口对口人工呼吸和同时进行呼吸胸外挤压。C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2排水器排水器是事故常发部位。排水器应有明显的警告标志；排水器的满流管口应保持溢流。高炉煤气的产出过程高炉炼铁工艺动画\高炉炼铁工艺动画\高炉本体_.swf高炉炼铁工艺动画\高炉炼铁工艺动画\煤气净化系统.swf●燃料的燃烧1、基本概念完全燃烧：燃烧产物中不存在可燃成分；不完全燃烧：燃烧产物中存在可燃成分。不完全燃烧又分两种：化学不完全燃烧:混合不好，产物中有CO存在。机械不完全燃烧：没有参加混合就损失了。理论空气需要量：煤气中的可燃成分全部燃烧需要的空气量。空气消耗系数：为了实现完全燃烧，实际空气供给量必须大于理论空气需求量，实际量与理论量的比值就是空气消耗系数。

固体燃料：1.20～1.50

液体燃料：1.15～1.25气体燃料：1.05～1.152、气体燃料的燃烧过程是个复杂的过程，但整个燃烧过程可视为：混合→着火→反应极短时间完成提高燃烧强度的途径必须很好地完成混合过程，是最关键的环节。有焰燃烧：煤气与空气预先不混合，各自单独进入炉膛，边混合边燃烧。有碳氢化合物燃烧产物（游离碳）轨迹形成的火焰。无焰燃烧：煤气与空气先混合再喷入炉内。燃烧很快，碳氢化合物来不及分解，所以看不到火焰或很短。▲蓄热式加热炉都是有焰燃烧。无焰燃烧预热温度不能太高，否则易造成回火事故。燃烧温度的概念：

燃烧放出的热量包含在气态燃烧物中，燃烧产物所能达到的最高温度就是燃烧温度，或火焰温度。燃烧温度的高低取决于燃料的成分，或所含热量的高低。燃烧产物中所含热量的多少取决于燃烧过程中热量的收入与支出。提高燃烧温度的措施：①提高燃料的发热量；②实现完全燃烧；③降低炉体热损失；④预热空气和煤气；⑤尽量减少烟气量。（注意：不是排烟量）●、炉内综合传热钢坯加热是通过炉内热交换过程进行的，炉内热交换过程有三种基本方式，即：对流传热、传导传热、辐射传热。1、对流传热对流传热是炉气与钢材表面接触时的热交换过程，包括炉气各部分发生位移所产生的对流作用及炉气分子之间的导热作用。2、传导传热传导传热是温度不同的物体直接接触（或物体存在温差）由于自由电子的运动（对于钢材）或分子的运动（对于炉气）而发生的热交换现象，此种传热发生在钢材表面及内部和钢材及炉底之间。3、辐射传热辐射传热是物体热射线的传播过程，温度越高，辐射能量越大，此种传热存在于炉气对炉壁、炉气和炉壁对钢坯表面。综合传热：两种以上传热方式同时存在称为综合传热。800℃以下时：主要是依靠对流和传导；800℃～1000℃时：主要是对流及辐射同时进行；1000℃以上时：约90%传热依靠辐射。炉膛内传热的有关问题：1、炉内炉气温度最高，钢坯温度最低，炉壁温度居中。2、炉墙和炉顶吸收了炉气热量，又通过辐射传热传给钢坯，炉壁起传递热量的作用。3、钢坯的热量来源于炉气和炉壁。炉壁替钢坯储存热量。炉壁、炉气、钢坯黑度对热交换影响很大。（了解即可）●、耐火材料砌筑加热炉使用各种耐火材料和绝热材料。耐火材料要求：1、耐火度，高于1580℃，不软化不熔融；2、一定的结构强度；3、高温下体积保持稳定；4、抗温度急剧变化性能；5、抗腐蚀能力强；6、耐磨、抗热震；7、外形整齐，尺寸精确。耐材分类：耐火材料分为定形、不定形两种。按材质分为：硅质、硅酸铝质、镁质、铬质、碳化硅质、锆质等等。按耐火度分普通的（1770℃以下）、高级的（2000℃以下）、特级的（2000℃以上）另外还分酸性的、碱性的、中性的。耐火材料的工作性能：耐火度、高温结构强度、高温体积稳定性、抗热震性、化学稳定性等。重要指标：耐火度、荷重软化开始温度、常温耐压强度、密度等。常见耐火材料：定形料：各类耐火砖包括黏土砖、高铝砖、硅砖、镁砖、碳化硅材料等。不定形料：耐火浇注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火涂料等。轻质耐火材料及其它隔热材料：轻质砖、石棉、硅藻土、矿渣棉、珍珠岩、耐后纤维。耐火材料的选用一般考虑满足工作条件、经济上合理，能用低的不用高的。第三部分、钢的加热工艺1、钢加热的目的①提高钢的塑性，以降低钢在热加工时的变形抗力，从而减少轧制中轧辊的磨损和断辊等机械设备事故。②使坯料内外温度均匀，以避免由于温度应力过大造成成品的严重缺陷或废品。③改善金属的结晶组织或消除加工时所形成的内应力。总之，钢的加热对于钢材的质量、产量、能耗以及机械寿命等都有直接关系2、钢的加热缺陷和预防处理●钢的加热缺陷包括：钢的氧化、脱碳、过热、过烧、加热温度不均匀。●加热缺陷的预防处理：①钢的氧化定义：钢在加热炉内加热时，钢的表面同炉气中的CO2、H2O、O2、SO2发生反应，生成氧化铁皮的过程叫钢的氧化。生成的氧化铁皮即所说烧损，通常为0.5~3%。氧化铁皮结构示意图如下：最外层Fe2O3

10%第二层Fe3O4

50%第一层FeO

40%钢坯Fe

氧化铁皮的危害：1、造成大量金属消耗；2、炉底堆积，侵蚀耐火材料，定期清理劳动强度大，严重时造成被迫停产；3、影响钢的表面质量；4、轧钢被迫增加工序予以清除；5、影响加热、增加煤气消耗。氧化铁皮熔点为1300～1350℃。（注意粘钢）影响氧化的因素：加热温度、加热时间、炉气成分、钢的成分等。加热温度的影响：在850~900℃以下时，钢的氧化速度很小；当达1000℃以上时，钢的氧化速度急剧增加。加热时间的影响：在相同条件下，加热时间愈长则钢的氧化层愈厚。炉气成分的影响：火焰中的炉气成分决定与燃料成分、空气消耗系数、完全燃烧成度等。炉气成分对氧化的影响很大。按照对钢氧化的效应把炉气分为：氧化性气氛、中性气氛和还原性气氛。钢的成分的影响：对于碳钢随其含炭量的增加钢的烧损量有所下降。合金元素如Cr、Si、Mn、Al等本身即已被氧化成相应的氧化物，但由于这些氧化物组织结构十分致密稳定，可进一步阻止钢的氧化。减少氧化的措施：①保证钢的加热温度不超过规程的规定温度；②采取高温短烧的的方法，提高炉温，并使炉子高温区前移并变短、缩短钢在高温区的加热时间③保持微正压操作。防止吸入冷风④尽量降低空气过剩系数，减少燃料中的水分、含S量。⑤待轧时及时调整供热量和炉压、降炉温；关闭阀门；使炉内呈弱还原性气氛。②钢的脱碳定义：钢在加热时除表面被部分氧化烧损外，炉气中的氧化性气体还要和钢中的碳（即Fe3C）发生反应而使钢中的碳含量降低，这种现象称为钢的脱碳。脱碳的危害：脱碳后钢的机械强度（尤其是硬度）大为降低，严重时其疲劳强度也降低（如弹簧钢）。影响脱碳的因素：加热温度（1100℃左右是峰值）、加热时间、炉气成分、钢的成分等。●防止脱碳的主要方法：快速加热，减少钢在高温段的停留时间，一般以不超过三十分钟为宜。正确选择加热温度，避开易脱碳的峰值范围。适当调节和控制炉内气氛，炉气最好控制在中性或弱氧化气氛。③、钢的过热与过烧钢的过热：当钢的加热温度超过临界点后，钢的晶粒开始长大，温度愈高，加热时间愈长，晶粒长大愈显。晶粒长大后使其机械性能变坏，这种现象叫钢的过热。过热的钢轧制时极易产生裂纹，特别是坯料的棱角和端头。过热的钢还能补救，但增加成本影响产量。防止钢过热的措施：掌握好加热温度减少钢在高温段的停留时间适当缩短加热时间钢的过烧：当钢的加热温度比过热更高，时间更长，不仅钢的晶粒长大，而且晶粒之间的边界开始融化，氧进入晶粒间隙，使金属发生氧化并促使融化，导致晶粒间的结合力被破坏，是钢失去本身的强度和塑性，这种现象叫钢的过烧。过烧的钢无法挽救，只有报废回炉重炼。防止钢过烧的措施：避免加热温度过高减少钢在高温段的停留时间减少过剩空气量④、钢的表面烧化与粘钢如果钢的加热温度过高，钢表面氧化铁皮容易熔化，时间长了容易发生过热或过烧。表面烧化了的钢，出钢时由于温度有所降低而使钢坯容易粘在一起，发生所谓粘钢。另外表面烧化后，容易使钢坯皮下气泡暴露，加热时气泡内壁氧化，轧制时不能轧合，最终会在钢材上产生裂纹。粘钢产生原因：一是加热温度过高，钢表面熔化，而后温度又降低。二是在一定推钢压力下，高温长时间加热。三是氧化铁皮熔化后粘结。处理方法：一是采用快拉的方法，快速拉开。且不能采取关烧嘴、减风等办法降温，否则会加剧粘钢。二是一定要处理完粘钢后在调整温度。⑤、钢的加热温度不均匀性原因：加热时间不足、均热时间不足、燃料分配不当。内容：内外温度不均、上下表面温度不均、长度和宽度方向上温度不均。预防措施（具体情况具体分析有针对性解决）钢的加热温度应严格按照钢种的温度制度、供热制度和炉压制度进行操作。适当延长钢的加热时间和均热时间。提高下加热炉堂温度，适当延长钢在均热段的停留时间。适当调整烧嘴的开启度、及时开启的个数，来调整燃料在长度和宽度上的分配。⑥、钢的加热裂纹加热裂纹分为表面裂纹、内部裂纹两种。表面裂纹：原料表面缺陷（皮下气泡、夹杂、裂纹）造成，加热时受温度应力影响发展成可见裂纹；过热也会产生裂纹。表面裂纹轧制时成为产品的表面缺陷。内部裂纹：加热速度过快、装炉温度过高都会造成内部裂纹，特别是高碳钢和合金钢。其导热性差，内外温度悬殊时，钢不均匀膨胀会产生内部裂纹。要严格控制加热速度及炉尾温度。3、钢的加热工艺钢的加热工艺制度包括：加热温度、加热速度、加热时间、加热制度。●加热温度：指钢坯在炉内加热完毕出炉时的表面温度。加热上下限温度的选择：加热温度的选择依赖于铁碳相图。当钢处于奥氏体区域时塑性最好。理论上限温度是AE固相线（1400～1530℃）以下。实际加热温度要低，原因是钢种成分偏析、夹杂物的存在，温度过高容易造成晶界出现熔化，晶粒间失去塑性。确定上限温度一般低于固相线100～150℃；下限温度在高于AC3线30～50℃的基础上，结合终轧温度及轧制道次，成品尺寸等来确定。终轧温度越高，晶粒聚集长大倾向越大，奥氏体晶粒越粗大钢的机械性能越低，所以终轧温度一般控制在不超过900℃

，但绝不能低于700℃.铁碳合金相图在制定热加工工艺方面的应用●在铸造生产方面，根据相图可以确定铸钢和铸铁的浇注温度。●在锻轧生产方面，可确定开轧、终轧温度。●对热处理来说，可确定加热范围。●加热速度：与加热温度同样重要。指钢在单位时间内表面温度升高的度数。或加热钢坯的厚度。单位：℃/h或cm/min。实际操作中常由于加热速度不当，造成钢内外温差大而产生裂纹甚至断裂。加热速度越大，钢坯的氧化、脱碳越少，煤气消耗越低。提高加热速度是改善炉子指标的重要途径。加热速度受钢坯材质、加热初期断面上的温差、加热末期断面上烧透程度限制。以及炉温过高会造成加热缺陷的限制。低碳钢可以进行快速加热不会给质量带来影响。高碳钢、合金钢加热速度受限，特别是500～600℃时易产生裂纹，所以限制加热速度显得很重要。●加热时间：钢坯在炉内加热达到轧制所要求的温度所必须的最少时间。通常为预热、加热、均热时间之和。加热时间经验公式：τ=CS式中：τ—加热时间，h；

C—钢皮厚度，cm；

S—每1cm厚钢坯加热所需时