CN101967541B - 一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄热式加热模式下控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，所述加热过程包括预热段、加热段和均热段。炉压测点位于预热段；控制全炉保持正压；控制钢坯温度＜1000℃时炉内为氧化性气氛，空气消耗系数在1.05-1.25之间；控制钢坯温度≥1000℃时炉内为弱还原性气氛，空气消耗系数在0.9-1.0之间。本发明针对蓄热式加热炉具有的不同于传统加热炉的运行和脱碳特点，在炉内气氛和温度的控制方面，采取了分段控制的方法，实现了一种极限低氧浓度燃烧过程。本发明具有加热钢坯表面脱碳少、氧化烧损低、炉子能源利用高、污染物排放低、生产成本低、简便易行等诸多优点，可在提高产品加热质量的同时达到节材节能的良好效果。

Description

一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法

技术领域

本发明属于材料热处理的技术领域，具体是指一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法。

背景技术

由于重轨钢的碳含量较高，所以在轧前的加热过程中很容易发生氧化与脱碳。而钢轨表层的脱碳会造成钢轨表面的硬度降低，同时耐磨、耐剥离性能下降，疲劳强度也会降低。所以如何有效控制重轨产品的脱碳层深度一直是钢轨生产中的一个技术难点。

钢坯在炉内加热过程中表面脱碳层形成影响因素主要有加热炉内的气氛、加热时间和加热温度等三个方面。加热时间越长，温度越高，钢轨的脱碳层越深。并且均热炉内呈还原性气氛有利于降低钢轨脱碳层的深度。

申请号为ZL03117411.6的专利中公开了一种防止高碳钢坯或钢锭脱碳的加热方法。该方法是在高碳钢加热期或在预热期、加热期、保温期整个加热过程中，采用强氧化性气氛加热钢坯或钢锭。

申请号为ZL200710115641.1的专利中公开了一种防止高碳带钢坯脱碳的加热方法。该方法是在加热过程中采用微正压、弱氧化性气氛加热带钢坯。

另外，还有一类方法是在高碳钢表面涂保护涂层防止钢坯脱碳。例如，据《轧钢》1996年第四期中“高碳钢防脱碳保护涂层研究”一文报道，在轴承钢的表面涂保护层可使脱碳合格率提高20％。

以上三种防止脱碳的方法各有优缺点及应用范围。均热炉内呈弱氧化性气氛防止脱碳的方法方法操作简单，但由于助燃空气不足，燃料不能完全燃烧，存在能源浪费，且排入大气的废气中CO含量高，污染环境。采用炉内强氧化气氛的加热方法又造成了钢坯或钢锭氧化烧损的增加，降低了产品成材率。在钢坯的表面涂保护涂层，效果好，但增加了生产成本和工人的劳动强度，也不适应于钢铁工业的大规模生产。

此外，这三种防止脱碳的方法主要针对传统加热炉加热模式开发，而对于近来新兴的节能型蓄热式加热炉而言应用成效不是十分明显。蓄热式加热炉相对于传统加热炉具有不同的炉内温度场、浓度场和压力场特性，并直接影响到钢坯在炉内加热时的表面脱碳形成过程。针对蓄热式加热炉的不同运行特点，需要开发相应的控制重轨钢坯炉内脱碳的新方法。

发明内容

本发明的目的是根据上述不足，提供一种适合于大规模生产的蓄热式加热模式下有效控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，这种加热方法不仅能够控制重轨产品表面脱碳层深度较浅，而且可以提高产品性能和成材率。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种蓄热式加热模式下控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，所述加热过程包括预热段、加热段和均热段，其特征在于：炉压测点位于预热段；控制全炉保持正压；控制钢坯温度＜1000℃时炉内为氧化性气氛，空气消耗系数在1.05-1.25之间；控制钢坯温度≥1000℃时炉内为弱还原性气氛，空气消耗系数在0.9-1.0之间。

控制全炉空气消耗系数在1.0-1.05之间。

控制炉内温度为900-1300℃之间。

所述加热段分为上部段和下部段，其中下部段的加热温度比上部段高10-50℃。

所述加热段中的加热速度为7-10℃/min。

所述加热段控制以最大速度升温。

使用上述的控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法的设备为蓄热式步进梁式加热炉。

所述蓄热式加热炉的换向周期以固定点炉温值随时间变化为最小时确定。

本发明针对蓄热式加热炉具有的不同于传统加热炉的运行和脱碳特点，在炉内气氛和温度的控制方面，采取了分段控制的方法，实现了一种极限低氧浓度燃烧过程。本发明通过调整炉压测点的位置从均热段到预热段，控制全炉综合气氛于一种接近中性的极限水平，保证了加热钢坯表面脱碳层深度控制在最浅的范围内，同时又保证了燃料的完全燃烧，提高了能源利用率和降低了污染物排放。本发明在温度控制方面采取快速加热的策略，缩短加热时间，同时合理确定蓄热式加热炉换向周期，以保证炉温控制精度，不仅可以有效地减少钢坯表面脱碳的形成，同时也可将钢坯的氧化烧损控制在最低的程度，提高产品的成材率。本发明与在钢坯表面涂保护涂层等方法相比，降低了生产成本和劳动强度。本发明与还原性气氛防止脱碳的方法相比，提高了能能源利用率，减少污染物排放。本发明与强氧化气氛的加热方法相比，减少了钢坯的氧化烧损，提高产品成材率。本发明具有加热钢坯表面脱碳少、氧化烧损低、炉子能源利用高、污染物排放低、生产成本低、简便易行等诸多优点，可在提高产品加热质量的同时达到节材节能的良好效果。

具体实施方式

以下通过具体实施例来进一步说明本发明：

实施例1

在生产50Kg/m级U71Mn高速重轨(碳含量0.68-0.74％)时，轧制线方法流程为：连铸坯原料称重→蓄热式步进梁加热炉内加热→高压水除鳞→BD1开坯→BD2异形轧制→UEU型串列式万能轧制→热打印→热锯切头→步进式冷床冷却。在蓄热式步进梁式加热炉内加热从连铸机过来的大方坯(断面尺寸380×280mm)。首先加热钢坯水平放置装入炉内，宽面(边380mm所在面)水平，窄面(边280mm所在面)垂直，炉内钢坯之间以最小间距布置。因为钢坯在炉内加热过程中表面脱碳层的分布并非均匀分布，而是表现出水平面要略高于垂直面的趋势，轧制时以窄面(侧面)作为轨头产生面，同时还因为窄面比宽面具有更大的变形量，轧制后产品的脱碳层厚度在双重因素作用下会优化到一个最好的水平。随后钢坯在加热炉内以高炉煤气双蓄热式方式明火加热，加热过程包括预热段、一加热段、二加热段和均热段，其中预热段不设烧嘴供热点。

在钢坯的加热过程中全炉保持正压，炉压测点布置于预热段炉顶中部，炉压控制值保持在10-30Pa之间。炉内气氛以控制全炉总空气消耗系数进行调节，控制值保持在1.0-1.05之间，其中低温段(钢坯温度＜1000℃时)在氧化性气氛下，空气消耗系数控制在1.05左右，高温段(钢坯温度≥1000℃时)在弱还原性气氛下，空气消耗系数控制在0.9左右。炉内综合气氛实测氧含量在0-2％之间，该气氛状态即保证了加热钢坯表面脱碳层深度控制在最浅的范围内，同时又保证了燃料的完全燃烧，提高了能源利用率和降低了污染物排放。加热过程中蓄热式加热炉换向周期以炉内任一点炉温周期波动值为最小时状态确定，本实施例中换向周期为48s时，炉温波动值由100℃以上降到了20℃最小值，保证了炉温控制精度。加热炉炉温控制范围一加热段为1000-1100℃，二加热段为1200-1250℃，均热段为1220-1270℃，并且下部段温度控制高出上部段温度10-50℃，消除炉底水梁对钢坯下表面温度的影响，提高钢坯加热温度均匀性，缩短加热时间。加热段加热速度达7℃/min，钢坯在炉时间200min，由于采取快速加热的策略，进一步缩短了加热时间，不仅可以有效地减少钢坯表面脱碳的形成，同时也可将钢坯的氧化烧损控制在最低的程度，提高产品的成材率。

实施例2

在钢坯的加热过程中全炉保持正压，炉压测点布置于预热段炉顶中部，炉压控制值保持在10-30Pa之间。炉内气氛以控制全炉总空气消耗系数进行调节，控制值保持在1.0-1.05之间，其中低温段(钢坯温度＜1000℃时)在氧化性气氛下，空气消耗系数控制在1.25左右，高温段(钢坯温度≥1000℃时)在弱还原性气氛下，空气消耗系数控制在1.0左右。炉内综合气氛实测氧含量在0-2％之间，该气氛状态即保证了加热钢坯表面脱碳层深度控制在最浅的范围内，同时又保证了燃料的完全燃烧，提高了能源利用率和降低了污染物排放。加热过程中蓄热式加热炉换向周期以炉内任一点炉温周期波动值为最小时状态确定，本实施例中换向周期为48s时，炉温波动值由100℃以上降到了20℃最小值，保证了炉温控制精度。加热炉炉温控制范围一加热段为900-1000℃，二加热段为1000-1150℃，均热段为1200-1270℃，并且下部段温度控制高出上部段温度10-50℃，消除炉底水梁对钢坯下表面温度的影响，提高钢坯加热温度均匀性，缩短加热时间。加热段加热速度达10℃/min，钢坯在炉时间160min，由于采取快速加热的策略，进一步缩短了加热时间，不仅可以有效地减少钢坯表面脱碳的形成，同时也可将钢坯的氧化烧损控制在最低的程度，提高产品的成材率。

实施例3

在钢坯的加热过程中全炉保持正压，炉压测点布置于预热段炉顶中部，炉压控制值保持在10-30Pa之间。炉内气氛以控制全炉总空气消耗系数进行调节，控制值保持在1.0-1.05之间，其中低温段(钢坯温度＜1000℃时)在氧化性气氛下，空气消耗系数控制在1.1左右，高温段(钢坯温度≥1000℃时)在弱还原性气氛下，空气消耗系数控制在0.95左右。炉内综合气氛实测氧含量在0-2％之间，该气氛状态即保证了加热钢坯表面脱碳层深度控制在最浅的范围内，同时又保证了燃料的完全燃烧，提高了能源利用率和降低了污染物排放。加热过程中蓄热式加热炉换向周期以炉内任一点炉温周期波动值为最小时状态确定，本实施例中换向周期为48s时，炉温波动值由100℃以上降到了20℃最小值，保证了炉温控制精度。加热炉炉温控制范围一加热段为1000-1100℃，二加热段为1240-1300℃，均热段为1220-1270℃，并且下部段温度控制高出上部段温度10-50℃，消除炉底水梁对钢坯下表面温度的影响，提高钢坯加热温度均匀性，缩短加热时间。加热段加热速度达9℃/min，钢坯在炉时间180min，由于采取快速加热的策略，进一步缩短了加热时间，不仅可以有效地减少钢坯表面脱碳的形成，同时也可将钢坯的氧化烧损控制在最低的程度，提高产品的成材率。

采用本发明加热方法生产的钢坯轧制成50Kg/m级的重轨产品后，经检验表面脱碳层厚度平均在0.26mm左右，最小值达到0.18mm以下，比现有技术大大降低，具有很好的效果。

Claims (4)

1.一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，它是在蓄热式加热模式下进行，加热过程包括预热段、加热段和均热段，其特征在于：炉压测点位于预热段；控制全炉保持正压；控制钢坯温度<1000℃时炉内为氧化性气氛，空气消耗系数在1.05-1.25之间；控制钢坯温度≥1000℃时炉内为弱还原性气氛，空气消耗系数在0.9-1.0之间；控制全炉空气消耗系数在1.0-1.05之间；控制炉内温度为900-1300℃之间；所述加热段分为上部段和下部段，其中下部段的加热温度比上部段高10-50℃；设备为蓄热式步进梁式加热炉。

2.根据权利要求1所述的控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，其特征在于：所述加热段中的加热速度为7-10℃/min。

3.根据权利要求2所述的控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法，其特征在于：所述加热段控制以最大速度升温。

4.根据权利要求1所述的控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法的设备，其特征在于：所述加热炉的换向周期以固定点炉温值随时间变化为最小时确定。