CN105420486B - 一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，采用四段式加热，预热段温度1100±50℃，预热时间≥105min，加热一段温度1200±30℃，30min≤加热时间≤60min，加热二段温度1220±20℃，35min≤加热时间≤60min，均热段温度1180±20℃，加热时间≥40min；烟道入口温度750±50℃；控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min，控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃；本发明保证了板坯加热过程的连续性，杜绝了由于加热速度不当造成的板坯裂纹；有效保证管线钢轧制过程中通板的性能稳定性，避免了中间坯翘叩头造成的废钢生产事故和板坯黑印缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，属于轧钢加热炉工艺控制技术领域。
背景技术
管线钢广泛应用于石油、天然气、煤气能源或煤炭、建材浆体输送等领域，由于管线钢直接关系国民经济发展甚至国家能源战略安全，市场需求量很大，所以各大钢铁企业越来越重视管线钢产品的研发和生产。管线钢的生产，目前主要采用热轧工艺，其中热轧工序主要包括加热、轧制和冷却三个主要工艺过程，其中加热工序是管线钢生产最为关键的工艺控制环节；由于管线钢属于低碳或超低碳的微合金钢，元素成份中通常会添加Ni，Mo，Cr，Cu，V，Ti，Al等合金元素，使管线钢的加热过程控制明显区别于其它碳素钢，从而加热工艺成为管线钢生产工艺控制的难点，加热质量不仅对管线钢的机械性能、工艺性能和化学性能有直接的影响，而且对生产过程的稳定性和连续性也有很大影响，例如生产过程中中间坯翘叩头导致废钢、板坯长度方向上温度波动造成的轧制不稳定等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，这种方法可以有效保证管线钢加热工序生产的连续性和稳定性，同时消除轧制过程中板坯翘叩头、板坯长度方向上温度波动和产品通板性能不稳定的技术缺陷。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，它采用以下步骤进行：
a.板坯表面清理：板坯入加热炉前对板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除，排除板坯表面可视质量缺陷，目的是防止板坯表面局部被低导热物质覆盖，影响板坯炉内传热；
b. 装钢布料时采用头部对齐方式进行布料，目的为保证板坯头部受热条件相同，保证头部温度的一致性；
c. 加热模式设定：采用预热段、加热一段、加热二段和均热段四段式加热模式，其中预热段温度1100±50℃，预热时间≥105min，加热一段温度1200±30℃， 30min≤加热时间≤60min，加热二段温度1220±20℃，35min≤加热时间≤60min，均热段温度1180±20℃，加热时间≥40min；烟道入口温度控制为750±50℃；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20-40℃；炉压设定范围4-10pa，保证炉压处于正压状态，防止炉门吸冷风，影响上下部区域温度控制；
d. 控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min，目的为消除板坯晶相组织在非塑性变形区加热速度过快，产生温度内应力，破坏板坯内部组织，影响产品性能；控制板坯尾部温度高于头部温度10-30℃，目的为保证开轧时板坯尾部温度不低于头部，消除轧制过程中尾部温降造成产品性能波动；
e. 控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃，目的为消除板坯长度方向上温度变化对轧制稳定性的影响；控制方法为：保证加热二段和均热段的加热时间和炉温；如遇有待轧或事故，每隔15-25min交替变换板坯在高度或炉长方向的位置，消除长时间停留在一个固定位置造成的板坯温度差异，停止出钢后将炉压设定为10pa以上，保证炉门，侧墙，炉顶，炉底可能吸冷风位置处于正压，消除由于吸冷风造成的炉内温度场变化导致板坯温度不均。
上述的一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，所述步骤d中控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min的控制方法为：控制烟道入口温度在750±50℃，预热段温度1100±50℃，预热段加热时间≥105min，将加热炉炉内氧含量控制在1%-4%范围内，保证炉内气氛处于弱氧化气氛，以此保证煤气在预热段前充分燃烧，杜绝可燃气体在热回收段二次燃烧升高热回收段温度；所述步骤d中控制板坯尾部温度高于头部温度10-30℃的控制方法为：对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20-50℃。
本发明理论分析（即加热模式设定依据分析）：根据铁碳相图，奥氏体组织钢的塑性最好，在单相奥氏体区域内轧制，这时金属的变形抗力小，而且轧制后的残余应力小，不会出现裂纹等缺陷，根据以上原则，考虑钢在出炉和加工过程中的热损失，同时结合合金添加对加热的影响和现场实际生产验证积累，制定出管线钢加热制度；其中预热段和烟道入口温度主要是为了控制加热速度，加热段和均热段主要是得到温度均匀的板坯，改变金属结晶组织，消除浇注过程中产生的板坯组织缺陷；加热一段和加热二段设定加热时间下限的原因：一是为了控制加热速度，二是管线钢的合金元素可以降低钢的导热性，钢中的合金元素越多，则其导热系数越低；三是管线钢通过再加热改善组织结构，消除板坯组织缺陷同样需要时间保证；加热一段和加热二段设定加热时间上限的原因：加热温度和加热时间对晶粒长大有决定性的影响，钢的加热温度超过了临界温度AC3，钢的晶粒就开始长大，加热时间越长，这种晶粒长大的现象越显著，晶粒过份长大，钢的机械性能就会下降，轧制时容易产生裂纹，特别是在板坯的角部，导致出现待轧或者事故；控制加热速度的原因是钢在加热过程中，由于金属本身的热阻，不可避免的存在内外温度差，表面温度总比中心温度升高的快，这时表面的膨胀要大于中心的膨胀，这样表面受压力而中心受张力，于是在钢的内部产生了温度应力，或称热应力，热应力大小取决于温度梯度的大小，加热速度越快，内外温差越大，温度梯度就越大，热应力就越大。如果这种应力超出了钢的破裂强度极限，钢的内部就要产生裂纹，钢的温度应力只是在一定温度范围内才是危险的，根据实际生产反复测试，管线钢在600℃以下处于弹性状态，塑性低，这时如果加热速度太快，钢的内部容易产生裂纹，超过这个温度范围，钢就进入了塑性状态，这时即便在加热过程中产生较大的温度应力，将由塑性形变 而是应力消失，不致造成裂纹或者折断。
本发明的有益效果是：
本发明通过对加热工艺和过程的控制，保证了板坯加热过程的连续性和工艺要求，杜绝了由于加热速度不当造成的板坯裂纹；有效保证管线钢轧制过程中通板的性能稳定性，消除了轧制过程中由于温度变化对生产过程的影响；避免了中间坯翘叩头造成的废钢生产事故和板坯黑印缺陷。
具体实施方式
本发明一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，采用以下步骤进行：
a.板坯表面清理：板坯入加热炉前对板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除，排除板坯表面可视质量缺陷，目的是防止板坯表面局部被低导热物质覆盖，影响板坯炉内传热；
b. 装钢布料时采用头部对齐方式进行布料，目的为保证板坯头部受热条件相同，保证头部温度的一致性；
c. 加热模式设定：采用预热段、加热一段、加热二段和均热段四段式加热模式，其中预热段温度1100±50℃，预热时间≥105min，加热一段温度1200±30℃， 30min≤加热时间≤60min，加热二段温度1220±20℃，35min≤加热时间≤60min，均热段温度1180±20℃，加热时间≥40min；烟道入口温度控制为750±50℃；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20-40℃；炉压设定范围4-10pa，保证炉压处于正压状态，防止炉门吸冷风，影响上下部区域温度控制；
d. 控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min，控制方法为：控制烟道入口温度在750±50℃，预热段温度1100±50℃，预热段加热时间≥105min，将加热炉炉内氧含量控制在1%～4%范围内，保证炉内气氛处于弱氧化气氛，以此保证煤气在预热段前充分燃烧，杜绝可燃气体在热回收段二次燃烧升高热回收段温度；目的为消除板坯晶相组织在非塑性变形区加热速度过快，产生温度内应力，破坏板坯内部组织，影响产品性能；控制板坯尾部温度高于头部温度10～30℃，控制方法为：对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20～50℃；目的为保证开轧时板坯尾部温度不低于头部，消除轧制过程中尾部温降造成产品性能波动；
e. 控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃，控制方法为：保证加热二段和均热段的加热时间和炉温；如遇有待轧或事故，每隔15～25min交替变换板坯在高度或炉长方向的位置，消除长时间停留在一个固定位置造成的板坯温度差异，停止出钢后将炉压设定为10pa以上，保证炉门，侧墙，炉顶，炉底可能吸冷风位置处于正压，消除由于吸冷风造成的炉内温度场变化导致板坯温度不均。
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明,实施例1～3所用管线钢板坯规格为： 9550 mm×1618mm×236mm（长×宽×厚）。
实施例1：
将管线钢板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除表面可视质量缺陷，采用头部对齐方式进行布料，保证头部温度的一致性；加热炉加热制度为：烟道入口温度700℃，预热段温度1060℃，预热时间105min，加热一段温度1170℃，加热时间30min，加热二段温度1200℃，加热时间35min，均热段温度1160℃，保温时间40min；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20℃～40℃；炉压设定范围4pa～10 pa；在保证烟道入口温度在700℃，预热段温度1060℃，预热段加热时间105min的同时，将加热炉炉内氧含量控制在1%～4%，以此控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min；对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20℃～50℃，以此控制板坯尾部温度高于头部温度10℃～30℃；通过保证加热二段和均热段的加热时间和炉温来控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃；
实施例1轧制完成后，成品管线钢的厚度公差为±0.07mm，宽度公差为±4mm，平直度公差为±12ｕm，板坯长度方向上相邻温度差7℃，板坯翘叩头平直，无黑印缺陷，无表面裂纹。
实施例2：
将管线钢板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除表面可视质量缺陷，采用头部对齐方式进行布料，保证头部温度的一致性；加热炉加热制度为：烟道入口温度750℃，预热段温度1100℃，预热时间120min，加热一段温度1200℃，加热时间50min，加热二段温度1220℃，加热时间45min，均热段温度1180℃，保温时间50min；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20℃～40℃；炉压设定范围4pa～10 pa；在保证烟道入口温度在750℃，预热段温度1100℃，预热段加热时间120min的同时，将加热炉炉内氧含量控制在1%～4%，以此控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min；对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20℃～50℃，以此控制板坯尾部温度高于头部温度10℃～30℃；通过保证加热二段和均热段的加热时间和炉温来控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃；
实施例2轧制完成后，成品管线钢的厚度公差为±0.07mm，宽度公差为±4mm，平直度公差为±12ｕm，板坯长度方向上相邻温度差6℃，板坯翘叩头平直，无黑印缺陷，无表面裂纹。
实施例3：
将管线钢板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除表面可视质量缺陷，采用头部对齐方式进行布料，保证头部温度的一致性；加热炉加热制度为：烟道入口温度800℃，预热段温度1150℃，预热时间150min，加热一段温度1250℃，加热时间60min，加热二段温度1240℃，加热时间60min，均热段温度1200℃，保温时间60min；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20℃～40℃；炉压设定范围4pa～10pa；在保证烟道入口温度在800℃，预热段温度1150℃，预热段加热时间150min的同时，将加热炉炉内氧含量控制在1%～4%，以此控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min；对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20℃～50℃，以此控制板坯尾部温度高于头部温度10℃～30℃；通过保证加热二段和均热段的加热时间和炉温来控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃；
实施例3轧制完成后，成品管线钢的厚度公差为±0.07mm，宽度公差为±4mm，平直度公差为±12ｕm，板坯长度方向上相邻温度差5℃，板坯翘叩头、微翘，无黑印缺陷，无表面裂纹。
本发明首先通过对原料板坯表面进行冷检，保证加热前板坯不存在可视缺陷和影响传热效果的异物存在，保证后续原料的加热效果；通过给出四段式加热策略、各区段炉温设定值和加热时间要求，保证了板坯加热过程的连续性和工艺要求，同时防止出现加热速度不合适造成的板坯裂纹；通过给出的添加不同合金元素对金属组织的影响，对温度制度进行微调；通过加热过程中的尾部温度补偿方法，保证管线钢轧制过程中通板的性能稳定性；通过给出的板坯相邻温度最大值和最小值差值控制标准和控制方法，消除轧制过程中由于温度变化对生产过程的影响；翘叩头控制的方法，可以有效避免中间坯翘叩头造成的废钢和生产事故；通过满足加热二和均热段加热时间和温度要求，保证板坯在炉内获得温度均匀性所必要的热量，通过交替变换板坯在炉内高度或者长度方向的位置，消除由于固定位置传热造成的板坯温度差异；通过待轧或事故期间做炉温保温设定，消除由于板坯降温，升温加热过程再造因素，造成的板坯温度不均匀；通过待轧期间将炉压设定大于10pa，消除炉膛各个部位吸冷风对炉内温度场的改变，造成板坯温度变化。
Claims (1)
1.一种适用于管线钢的轧钢加热炉加热控制方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：
a.板坯表面清理：板坯入加热炉前对板坯表面氧化铁皮、裂纹、孔洞缺陷进行清理、消除，排除板坯表面可视质量缺陷，目的是防止板坯表面局部被低导热物质覆盖，影响板坯炉内传热；
b. 装钢布料时采用头部对齐方式进行布料，目的为保证板坯头部受热条件相同，保证头部温度的一致性；
c. 加热模式设定：采用预热段、加热一段、加热二段和均热段四段式加热模式，其中预热段温度1100±50℃，预热时间≥105min，加热一段温度1200±30℃， 30min≤加热时间≤60min，加热二段温度1220±20℃，35min≤加热时间≤60min，均热段温度1180±20℃，加热时间≥40min；烟道入口温度控制为750±50℃；手动调整加热炉上部区和下部区烧嘴负荷，使均热段上部区温度低于下部区温度20-40℃；炉压设定范围4-10pa，保证炉压处于正压状态，防止炉门吸冷风，影响上下部区域温度控制；
d. 控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min，目的为消除板坯晶相组织在非塑性变形区加热速度过快，产生温度内应力，破坏板坯内部组织，影响产品性能；控制板坯尾部温度高于头部温度10-30℃，目的为保证开轧时板坯尾部温度不低于头部，消除轧制过程中尾部温降造成产品性能波动；
e. 控制板坯长度方向上相邻最低温度和最高温度差≤8℃，目的为消除板坯长度方向上温度变化对轧制稳定性的影响；控制方法为：保证加热二段和均热段的加热时间和炉温；如遇有待轧或事故，每隔15-25min交替变换板坯在高度或炉长方向的位置，消除长时间停留在一个固定位置造成的板坯温度差异，停止出钢后将炉压设定为10pa以上，保证炉门，侧墙，炉顶，炉底可能吸冷风位置处于正压，消除由于吸冷风造成的炉内温度场变化导致板坯温度不均；
所述步骤d中控制板坯温度≤600℃之前的加热速度不高于7℃/min的控制方法为：控制烟道入口温度在750±50℃，预热段温度1100±50℃，预热段加热时间≥105min，将加热炉炉内氧含量控制在1%-4%范围内，保证炉内气氛处于弱氧化气氛，以此保证煤气在预热段前充分燃烧，杜绝可燃气体在热回收段二次燃烧升高热回收段温度；所述步骤d中控制板坯尾部温度高于头部温度10-30℃的控制方法为：对炉内两侧热负荷进行手动分配，使尾部烧嘴的热负荷大于头部烧嘴热负荷，尾部侧炉温从加热一段开始高于头部20-50℃。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170623 Termination date: 20211103 |