张大飞 杨有全
摘要：氧化铁皮是影响轧钢表面质量的重要因素之一。氧化烧损率也是评价加热炉重要指标之一。本文通过分析轧钢加热过程中氧化铁皮的形成原因及主要影响因素，提出预防措施，提高加热炉的加热质量。
关键词：氧化铁皮、影响因素、改进措施
一、生成氧化铁皮的原因
在钢坯的加热过程中，钢坯表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生反应，生成铁的氧化物，造成金属的损失，这种现象称为钢坯的氧化烧损。把在轧钢加热过程中生成的铁的氧化物称之为氧化铁皮。
钢坯在加热工程中，钢的氧化是氧原子和铁原子发生反应的结果，炉气中的氧原子通过钢坯的表面由外向里扩散，而铁原子由钢坯的里面向外扩散，当两种原子相遇，在一定的条件下（温度、浓度、时间）就能起氧化反应，生成氧化物。通过对不同加热时间下生成的氧化铁皮的金相结构分析发现：表面一层是致密的三氧化二铁，中间是四氧化三铁和氧化铁的混合物，里面的是三氧化二铁和氧化铁的混合物。这也就表明氧化是由于炉内气氛中氧原子浓度过高造成的。钢坯在炉内加热时，炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等。
二、影响氧化铁皮形成的因素
1、加热温度的影响
钢坯的加热温度主要根据铁－碳相图中组织转变温度来确定，同时必须满足轧钢工艺的要求，一般棒材钢坯的加热温度都在1050～1200℃，具体确定加热温度还要看钢种、钢坯断面规格和轧钢工艺及设备的条件。根据现场测试发现，温度越高，生成的氧化铁皮越多。这是因为随着温度的提高，各成分的扩散速度增加，炉气和钢坯之间氧化反应的平衡也向着氧化的方向移动，使得钢的氧化加重。
2、加热时间的影响
加热时间与氧化烧损成正比，即在相同的条件下，加热的时间越长，氧化生成的氧化铁皮就越多，尤其在高温条件下，钢坯在炉内停留的时间越长，氧化铁皮的生成量就越大。
3、炉内气氛的影响
加热炉内的气氛决定于燃料的成分、空气过剩系数及燃料燃烧的完全程度。炉气的主要成分有氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、一氧化碳、氢气、甲烷等，其中炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等
钢坯表面的氧化反应如下：
Fe＋O2＝ 2FeO
3Fe＋2O2＝ Fe3O4
4Fe＋3O2＝ 2Fe2O3
Fe＋CO2＝ FeO＋ CO
3Fe＋4CO2＝ Fe3O4＋ 4CO
Fe＋ H2O ＝ FeO＋H2
其中SO2的氧化能力最强。当炉气中有SO2时，在1100℃以上，钢坯表面产生FeO·FeS低熔点化合物，钢坯不断暴露新表面，造成激烈的氧化。当SO2的含量达到0.1％～0.2％时，烧损增加1～2倍。
4、钢的化学成分的影响
钢的化学成分对钢坯的氧化烧损也有显著的影响，一般增加含碳量可以可以提高钢的氧化了能力，合金元素对于钢的氧化影响就在于能否生成连续的、致密的氧化物薄膜，提高钢的抗氧化能力。促进这种薄膜生成的元素有Cr、Al、Si、Ni，破坏生成这种膜生成的元素是W.
三、减少氧化烧损的措施
减少钢坯在加热过程中的氧化烧损，对于提高钢材的成品率，一直的钢铁企业追求的目标，目前国内钢铁企业采取的措施有：
1、严格控制加热炉各段的空气过剩系数
根据加热工艺，均热段存在冷风吸入现象，因此，均热段的空气过剩系数可以适当取小点，这样可以使多余的燃料和吸入进来的冷风发生反应，让均热段保持还原性的气氛。加热段的空气过剩系数可以适当取大点，可以取1.05～1.1，这样既可以保证燃料的充分燃烧，还可以让均热段未燃尽的燃料在加热段与空气发生反应。使加热段处于弱氧化性气氛。总之，控制空气过剩系数就是寻求最优空燃比，分段控制，减少氧化烧损。
2、炉压控制
加热炉在生产过程中，应该是微正压操作，在数值上约为5～30Pa。
3、设计合理的加热炉炉型
在加热炉设计时，应该遵循适当延长预热段，高温快速加热，均热段烧少加热的的原则，预热段长度应该达到炉长的50%以上，这样可以充分利用余热，降低排烟温度，提高热效率，同时可以将钢坯预热到800度以上，为加热段的高温快速加热创造了条件。在均热段炉底水管采用全热滑轨，减少钢坯黑印，缩短均热时间，提高加热质量，氧化层厚度也得到控制。
4、制定合理的加热工艺和轧制工艺
通过对轧钢车间调研发现，由于轧机和加热炉未能协调配合，经常出现加热炉空烧待轧的情况，这样氧化率也就提高了，而且也增加了加热炉的能耗，为了避免这种情况，加热炉和轧机应该协调管理，减少加热炉的保温待轧时间。
5、提高助燃空气的预热温度
提高空气的预热温度可以减少钢坯在炉内的加热时间，可以减少氧化铁皮的生成量。
6、连铸坯热装热送
从连铸机出来的热坯不经冷却，直接送往加热炉加热轧制，这样可以显著
减少加热时间，降低能耗，减少氧化烧损量。
氧化铁皮的生成不仅影响钢材的成材率，还给加热炉炉底的维护带来了很大的困难。虽然氧化烧损是不可避免的，当我们可以采取一定的措施和方法来减少。 | 
