CN101748264B - 一种耐候钢板坯的加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候钢板坯的加热方法。根据本发明，对于不同断面的板坯，根据其入炉温度采用不同的加热时间，然后使加热好的板坯进入除鳞箱进行除鳞，耐候钢板坯的加热方法包括：控制加热炉的加热段上部段的空煤比为2.05～2.15和加热段下部段的空煤比为1.95～2.05，以使加热炉的加热段处于氧化性气氛。因此，本发明通过优化耐候钢板坯的加热制度、出炉节奏的控制、保温制度和空煤比，减少了板坯炉生氧化铁皮的生成量，避免了板坯氧化铁皮凝固现象的产生，并且不会影响后续的轧制工艺。

Description

一种耐候钢板坯的加热方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体地涉及一种耐候钢板坯的加热方法。

背景技术

目前，步进梁式加热炉主要用来加热一般碳素结构钢、优质碳素结构钢、冷轧用低碳钢和低合金钢等钢种。耐候钢是一种耐大气腐蚀的低合金钢，主要用于制造车辆、集装箱、桥梁塔架等钢结构，其牌号主要有Q450NQR1、Q400NQR1、Q550NQR1、Q700NQR1等。为了提高耐候钢的产量，一般大型轧钢厂都设有多座平行或相对布置的加热炉。在加热炉中对低温板坯进行加热，板坯符合加热质量要求后出炉，通过出炉辊道运送至除鳞箱，高温板坯经过除鳞后进行粗轧、精轧、终轧、卷曲等一系列工艺步骤制成成品钢卷。

然而，在采用步进梁式加热炉对耐候钢板坯进行加热的过程中，因炉气含有大量CO₂、H₂O和过剩O₂等氧化性气体，容易使钢的表层发生氧化而形成炉生氧化铁皮。一般炉生氧化铁皮经高压水除鳞后都能去除干净，但以Q450NQR1为代表的高耐候系列板坯出炉除鳞后，板坯表面仍存在局部或大面积炉生氧化铁皮除鳞不尽的现象，除鳞合格率仅为80％左右。如果在轧制耐候钢板坯之前不能完全去除板坯表面的炉生氧化铁皮，则在轧制过程中可能会将氧化铁皮压入带钢表面，将会产生板卷表面实物质量缺陷，从而严重影响产品的机械性能。此外，除鳞不尽的板坯在轧制过程中还会劣化轧制状态，甚至产生废钢或损坏主轧线设备。

因此，为了提高除鳞合格率，通常在加热炉内采用还原性气氛来控制耐候钢这种特殊钢种的氧化铁皮生成量，但是效果往往不甚理想。因此，亟需对利用步进梁式加热炉来加热耐候钢板坯的方法进行改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明反其道而行之，通过进一步增加加热炉加热段的氧化性气氛，较好地控制了氧化铁皮的生成量，从而明显提高了板坯出炉的除鳞合格率。

本发明提供了一种耐候钢板坯的加热方法，对于不同断面的板坯，根据其入炉温度采用不同的加热时间，然后使加热好的板坯进入除鳞箱进行除鳞，所述加热方法包括：控制加热炉的加热段上部段的空煤比为2.05～2.15和加热段下部段的空煤比为1.95～2.05，以使加热炉的加热段处于氧化性气氛。

根据本发明的耐候钢板坯的加热方法，通过降低板坯出炉温度、控制板坯出炉节奏、优化待轧保温制度及优化空煤比，大幅度地提高了以Q450NQR1为代表的高耐候系列板坯的出炉除鳞合格率并且不会影响后续的轧制工艺，提高了高耐候板卷的表面实物质量，保证了高耐候板卷的机械性能，并且同时保护了主轧线设备，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

对于耐候钢板坯的加热，为了尽可能地减少板坯的氧化铁皮生产量，通常采用使加热炉处于还原性气氛进而使板坯处于还原性气氛，控制耐候钢板坯的氧化铁皮生成量。然而，在本发明提供的耐候钢板坯的加热方法中，通过进一步增强加热炉的加热段的氧化性气氛来控制耐候钢板坯的氧化铁皮生成量。

下面将详细描述根据本发明的耐候钢板坯的加热方法。需要注意的是，为了简明起见，在下文除非特别说明，否则下文提到的板坯均指耐候钢板坯。

在本发明的耐候钢板坯的加热方法中，根据板坯的入炉温度来控制在加热炉内对板坯的加热时间，增加加热炉的加热段的空煤比，以使加热炉的加热段处于氧化性气氛，然后控制板坯的出炉温度，从而完成对耐候钢板坯的加热。在根据本发明的方法加热耐候钢板坯之后，使加热好的板坯进入除鳞箱进行除鳞，然后对除鳞后的板坯进行常规轧制，即进行粗轧、精轧、终轧、卷曲等一系列工艺步骤制成成品耐候钢钢卷。

本领域技术人员应该明白，空煤比是指空气与煤气的体积比，调节空煤比能够改变加热炉炉膛内烟气的气氛。如果在煤气完全燃烧后，空气有余量，炉膛烟气中具有过剩O₂，则炉膛内烟气气氛为氧化性气氛；相反，如果空气完全消耗，煤气有余量，炉膛烟气中具有过剩的H₂、CO等可燃成分，则炉膛内烟气气氛为还原性气氛。根据本发明，通过改变加热炉的加热段气氛，使板坯表面快速生成一层致密的氧化膜，从而阻止氧化反应的进一步进行。

具体地讲，在本发明的耐候钢板坯的加热方法中，通过加大加热炉的加热段的空煤比，以使板坯处于氧化性气氛。本领域技术人员应该明白，加热炉预热段的温度偏低，板坯表面不会发生剧烈的氧化反应，调节预热段空煤比对板坯表面氧化反应都不会有明显的作用；当板坯进入降温后的均热段时，板坯表面已经生成一层较厚的氧化铁皮，由于板坯表面的氧化主要取决于烟气中氧原子向Fe基中的渗透作用，因此板坯在均热段时其表面的氧化反应将会减弱，只有长时间高保温对其影响很大；而加热炉加热段的温度往往最高，板坯表面会发生剧烈的氧化反应，调节加热段空煤比会对板坯表面的氧化反应产生重要的影响。因此，与现有技术的为防止板坯的表面氧化而使加热炉加热段处于还原性气氛不同，在本发明中，通过加大加热炉的加热段的空煤比，使板坯处于氧化性气氛而在表面快速生成一层致密的氧化膜，从而阻止氧化反应的进一步进行。

在本发明的一个实施例中，控制加热炉的加热段上部段的空煤比为2.05～2.15，加热段下部段的空煤比为1.95～2.05。在本发明的一个优选实施例中，控制加热炉的加热段上部段的空煤比为2.1，加热段下部段的空煤比为2.0。

下面的表1列出了根据现有技术的空煤比和根据本发明一个实施例的空煤比。

表1空煤比对比表

加热炉的炉段	现有技术	本发明
			预热段上部段	1.8	1.8
预热段下部段	1.7	1.7

加热段上部段	2.0	2.05～2.15
			加热段下部段	1.9	1.95～2.05
均热段上部段	1.7	1.7
			均热段下部段	1.6	1.6

本领域技术人员应该明白，大型加热炉的每段通常都设有上部和下部供热系统，因此，在上表中示出的加热炉各段均分为上部段和下部段。从上表可以看出，在本发明的一个实施例中，加热段的空煤比较现有技术的空煤比增加了0.05～0.15，从而大大地提高了板坯进入加热段后的氧化速度，使板坯表面快速生成一层致密的氧化膜，从而隔离了炉气中氧原子向Fe基中渗透，减少了Fe₂SiO₄(2FeO·SiO₂)的生成量。

为了更好地理解本发明，现在将详细描述根据本发明的耐候钢板坯的加热方法的具体步骤。

在本发明中，对于不同断面的板坯采用不同的加热制度和出炉温度。具体地讲，对于不同断面的板坯，其入炉温度不同，在加热炉内的加热时间有所不同。如果板坯的入炉温度较低，则相应地控制板坯在加热炉内的加热时间较长，如果板坯的入炉温度较高，则相应地减少板坯在加热炉内的加热时间。加热炉的预热段的温度在1000℃～1230℃的范围内，加热段的温度在1240℃～1330℃的范围内，均热段的温度在1200℃～1300℃的范围内，控制板坯的出炉温度为1220±20℃～1230±20℃。下面的表2示出了根据本发明的板坯加热制度。

表2根据本发明的耐候钢板坯加热制度

参照表2，在本发明中，通过使板坯在加热炉的均热段和加热段的温度下限均比现有技术降低10℃，在加热炉内的时间平均比现有技术减少了7.5分钟。因此，根据本发明，通过板坯的出炉温度及加热段、均热段温度的降低，可以减少板坯的炉生氧化铁皮的生成量，而加热时间的缩短不但可以减少氧化铁皮的生成量，而且可以最大限度地减少熔融状态的Fe₂SiO₄(2FeO·SiO₂)侵入氧化铁皮与钢基体孔穴中的机会。

此外，在本发明的耐候钢板坯的加热方法中，还通过控制板坯出炉节奏来避免板坯氧化铁皮在除鳞前的凝固现象。具体地讲，一般的轧钢厂为了抢产量，要求板坯提前出炉至除鳞箱前等待除鳞和轧制，造成板坯温降大和空冷时间长，从而因氧化铁皮产生凝固，不利于炉生氧化铁皮的去除。然而，在本发明中，要求作业人员根据轧线轧制情况适时分别控制板坯在加热炉的出炉时刻，使板坯在除鳞箱前等待除鳞时间≤5秒，从而可以减少出炉板坯在除鳞前的温降和空冷时间，避免了板坯氧化铁皮凝固现象的产生。

本领域技术人员应该明白，在加热炉内加热耐候钢板坯时，加热炉内的炉压按0～5Pa控制；当轧制节奏较快和板坯断面规格较大时，加热炉各段的炉温按上限控制；当轧制节奏慢，超过加热制度规定的加热时间时，炉温按下限控制，如果轧制节奏很慢，则可根据生产实际情况适当降低加热炉炉温；当入炉板坯温度≥500℃时，加热炉的炉温按下限控制。

在本发明的一个实施例中，为了保证轧制的连续进行，采用了两座步进梁式加热炉进行加热，同时为了使设备成本尽可能地低，只设置了一台除鳞箱，其中一座加热炉离除鳞箱的距离较另一加热炉离除鳞箱的距离近。一般情况下，板坯在进入这两座加热炉加热时，两加热炉的出炉温度无差别，但是由于耐候钢板坯对除鳞温度相当敏感，因此，在本发明的该实施例中，要求板坯在离除鳞箱较近的加热炉(以下称为“第一加热炉”)的出炉温度比在另一加热炉(以下称为“第二加热炉”)的出炉温度低5℃。下面的表3列出了对于不同规格的板坯在不同加热炉的出炉温度。

表3板坯在两座加热炉的出炉目标温度

从表3可以看出，按照优化后耐候板坯加热制度规定的要求控制，第一加热炉的板坯出炉温度比第二加热炉板坯出炉温度低5℃。因此，通过两座加热炉板坯出炉温度的差别控制，弥补了第二加热炉板坯在除鳞前的温降，一方面稳定了轧制工艺，更重要的是避免了第二加热炉板坯在除鳞前氧化铁皮凝固的现象。

此外，为了更好地去除炉生氧化铁皮，在根据本发明的耐候钢板坯的加热方法中采用了不同于现行的待轧保温制度。下面的表4和表5分别示出了根据现有技术的待轧保温制度和根据本发明的待轧保温制度。

表4根据现有技术的待轧保温制度

表5根据本发明的待轧保温制度

本领域技术人员应该明白，在轧制耐候钢板坯的正常生产过程中，如果轧线出现故障，则加热炉内板坯不能进行高保温等待轧制，必须根据等待时间的长短作相应的降温处理，通常通过调节煤气及空气的用量降低炉膛温度以实现炉内板坯的降温。

在本发明中，采用弱还原气氛进行保温待轧，在这里，弱还原气氛指的是空气消耗系数(燃料完全燃烧实际所需空气量与理论空气量的比值)＜1.0，即炉膛烟气中没有O₂。

在这里，需要指出的是，因待轧后，加热炉的炉膛要作降温处理，因此待轧保温制度中规定的炉膛温度与前面表2中给出的正常生产时控制的炉膛温度是不同的。

从上面的表4和表5可以看出，在本发明中高耐候钢在保温过程中均热段保温下限温度升高了20℃～30℃，上限温度降低了10℃，同时在控制要求中增加了“保温及升温过程中，炉内按弱还原性气氛控制”的规定，因此减少了炉气中氧的浓度，避免了Fe₂SiO₄(2FeO·SiO₂)的大量产生和短时间保温固相。

下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。需要说明的是，因不同入炉温度板坯的加热时间必须超过加热制度规定的加热时间，但由于炉内板坯的出炉时刻是由轧线决定的，因此炉内板坯不可能达到加热时间就立即出炉，其实际的加热时间肯定大于加热制度规定的加热时间。

对比例1

采用现有技术共加热200mm×1250mm×L(L表示长度)规格的耐候钢板坯521块，板坯的出炉温度平均为1226℃，加热段温度平均为1283℃，均热段温度平均为1253℃，不同入炉温度板坯的加热时间都超过规定时间10分钟；板坯在第一加热炉的出炉温度平均为1225℃，板坯在第二加热炉的出炉温度平均为1226.2℃，板坯在第二加热炉出炉温度只比在第一加热炉的出炉温度高1.2℃；两炉板坯在除鳞箱前等待除鳞的时间平均为9.8秒。

因轧线故障造成在均热段进行过40min～50min保温的板坯共有43块，温度控制为1211℃；521块板坯经过加热段时加热段上部段的空煤比为1.98，加热段下部段为1.89。统计521块板坯的炉生氧化铁皮除鳞合格率仅为79.

实施例1

采用本发明技术共加热200mm×1250mm×L规格的耐候钢板坯782块，板坯的出炉温度平均为1215℃，比采用现有技术低11℃；加热段温度平均为1271℃，比采用现有技术低12℃，均热段温度平均为1244℃，比采用现有技术低9℃，不同入炉温度板坯的加热时间只超过规定时间1-2分钟，比采用现有技术明显减少；板坯在第一加热炉的出炉温度平均为1211℃，板坯在第二加热炉的出炉温度平均为1217℃，板坯在第二加热炉的出炉温度比在第一加热炉的出炉温度高6℃，比采用现有技术的两炉温差增加4.8℃；两炉板坯在除鳞箱前等待除鳞的时间平均为4.3秒，比采用现有技术减少5.5秒。

因轧线故障造成在均热段进行过40min～50min保温的板坯共有121块，温度控制为1202℃，比采用现有技术降低了9℃；782块板坯经过加热段时加热段上部段的空煤比平均为2.11，加热段下部段平均为2.02。统计782块板坯的炉生氧化铁皮除鳞合格率上升为95.2％。

另外，对由对比例1得到的耐候钢Q450NQR1和由实施例1得到的耐候钢Q450NQR1进行了性能检验，检验结果见下面的表6。

表6Q450NQR1性能分布情况

从上面表6中的数据可见，根据本发明生产的Q450NQR1耐候钢的下屈服强度(ReL)、抗拉强度(Rm)及延伸率(A)的平均值和相应的标准差与根据现有技术的统计数据一致。

对比例2

采用现有技术加热断面为200mm×1200mm的耐候钢板坯100块，板坯的出炉温度平均为1248℃，加热炉的预热段、加热段和预热段的温度分别平均为1100℃、1300℃和1280℃，其中，加热炉的加热段上部段的空煤比平均为2.01，加热段下部段的空煤比平均为1.92。统计这100块的炉生氧化铁皮除鳞合格率仅为78.4％。

实施例2

采用本发明技术加热断面为200mm×1200mm的耐候钢板坯100块，板坯的出炉温度平均为1237℃，加热炉的预热段、加热段和预热段的温度分别平均为1087℃、1280℃和1273℃，其中，加热炉的加热段上部段的空煤比平均为2.15，加热段下部段的空煤比平均为2.02。统计这100块的炉生氧化铁皮除鳞合格率高达96.4％。

实施例3

采用本发明技术加热断面为200mm×920mm的耐候钢板坯100块，板坯的出炉温度平均为1205℃，加热炉的预热段、加热段和预热段的温度分别平均为1087℃、1252℃和1233℃，其中，加热炉的加热段上部段的空煤比平均为2.05，加热段下部段的空煤比平均为1.98。统计这100块的炉生氧化铁皮除鳞合格率高达95.8％。

实施例4

采用本发明技术加热断面为200mm×1050mm的耐候钢板坯100块，板坯的出炉温度平均为1212℃，加热炉的预热段、加热段和预热段的温度分别平均为1105℃、1264℃和1240℃，其中，加热炉的加热段上部段的空煤比平均为2.07，加热段下部段的空煤比平均为1.95。统计这100块的炉生氧化铁皮除鳞合格率高达94.9％。

实施例5

采用本发明技术加热断面为200mm×1280mm的耐候钢板坯100块，板坯的出炉温度平均为1242℃，加热炉的预热段、加热段和预热段的温度分别平均为1202℃、1311℃和1289℃，其中，加热炉的加热段上部段的空煤比平均为2.11，加热段下部段的空煤比平均为2.05。统计这100块的炉生氧化铁皮除鳞合格率高达95.8％。

另外，通过将由对比例2得到的耐候钢Q450NQR1和由实施例2-5得到的耐候钢Q450NQR1进行了性能检验，发现实施例2-5的耐候钢的下屈服强度、抗拉强度及延伸率的平均值和相应的标准差与根据对比例2的统计数据一致。

由此可见，将对比例2与实施例2-5进行对比，可以发现，采用本发明的方法，通过增大加热炉加热段的空煤比，使板坏在加热段处于氧化性气氛，可以减少炉生氧化铁皮量，从而显著地提高了炉生氧化铁皮的除鳞合格率。

因此，根据本发明的耐候钢板坯的加热方法，通过增大加热段的空煤比，可以提高板坯进入加热段后的氧化速度，使板坯表面快速生成一层致密的氧化膜，隔离炉气中氧原子向Fe基中渗透，从而减少了Fe₂SiO₄(2FeO·SiO₂)的生成量。

根据本发明的一个实施例，还通过控制板坯出炉节奏，可以减少出炉板坯在除鳞前的温降和空冷时间，从而避免了板坯氧化铁皮在除鳞前的凝固现象。

根据本发明的另一实施例，通过差别控制两加热炉的出炉温度，可以弥补离除鳞箱较远加热炉板坯在除鳞前的温降，从而稳定了轧制工艺，避免了板坯在除鳞前氧化铁皮的凝固。

根据本发明的又一实施例，通过适当地保温制度，可以减少炉气中氧的浓度，从而避免了Fe₂SiO₄(2FeO·SiO₂)的大量产生和短时间保温固相。

已经在此公开了本发明的示例实施例，虽然采用了特定术语，但是仅仅以一般的且描述性的意义来使用和解释这些术语，而不是出于限制性的目的。因此，本领域的普通技术人员应该明白，在不脱离由权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。

Claims (5)

1.一种耐候钢板坯的加热方法，对于不同断面的板坯，根据其入炉温度采用不同的加热时间，然后使加热好的板坯进入除鳞箱进行除鳞，其特征在于，所述加热方法包括：控制加热炉的加热段上部段的空煤比为2.05～2.15和加热段下部段的空煤比为1.95～2.05，以使加热炉的加热段处于氧化性气氛，

其中，加热炉的预热段的温度在1000℃～1230℃的范围内，加热段的温度在1240℃～1330℃的范围内，均热段的温度在1200℃～1300℃的范围内，控制板坯的出炉温度为1220±20℃～1230±20℃。

2.如权利要求1所述的耐候钢板坯的加热方法，其特征在于，控制板坯在加热炉中的出炉时刻，板坯在进入除鳞箱前等待除鳞的时间≤5秒。

3.如权利要求1所述的耐候钢板坯的加热方法，其特征在于，均热段的保温温度在1180℃～1240℃的范围内，并且在保温及升温过程中，炉内按弱还原性气氛控制。

4.如权利要求1所述的耐候钢板坯的加热方法，其特征在于，板坯的入炉温度与加热时间的关系如下：

板坯的入炉温度≤300℃，在加热炉中加热板坯的时间≥150min；

板坯的入炉温度＞300℃且≤400℃，在加热炉中加热板坯的时间≥145min；

板坯的入炉温度＞400℃且≤600℃，在加热炉中加热板坯的时间≥140min；

板坯的入炉温度＞600℃且≤800℃，在加热炉中加热板坯的时间≥130min；

板坯的入炉温度＞800℃，在加热炉中加热板坯的时间≥120min。

5.如权利要求1所述的耐候钢板坯的加热方法，其特征在于，采用两座加热炉加热板坯，控制板坯在离除鳞箱较近的加热炉的出炉温度比在另一座加热炉的出炉温度低5℃。