阅读说明：本技术 一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法 (Plate blank surface iron scale heating control method based on hot-conveying and hot-charging process ) 是由 魏兵 尹云洋 张扬 梁文 张鹏武 谭佳梅 徐峰 王立新 王世森 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法,所述方法包括步骤：将加热炉内部依次划分为预热段、加热段和均热段；获取所述加热段对应的抛物线氧化规律公式和所述均热段对应的直线氧化规律公式；根据所述抛物线氧化规律公式和所述直线氧化规律公式计算临界氧浓度；向所述预热段中通入第一加热气氛,向所述加热段中通入第二加热气氛,向所述均热段中通入第三加热气氛；将板坯输送至所述预热段中以对其进行预加热；将所述板坯输送至所述加热段中以对其进行第一氧化；将所述板坯输送至所述均热段中以对其进行第二氧化。本发明无需对现有产线进行改造,只需优化加热工艺参数,控制炉内气氛及相应段的加热温度,简单易行,具有普遍推广意义。(A slab surface iron scale heating control method based on a hot-feeding and hot-charging process comprises the following steps: dividing the interior of the heating furnace into a preheating section, a heating section and a soaking section in sequence; acquiring a parabolic oxidation rule formula corresponding to the heating section and a linear oxidation rule formula corresponding to the soaking section; calculating the critical oxygen concentration according to the parabolic oxidation law formula and the linear oxidation law formula; introducing a first heating atmosphere into the preheating section, introducing a second heating atmosphere into the heating section, and introducing a third heating atmosphere into the soaking section; conveying the slabs into the preheating section to preheat the slabs; conveying the slab into the heating section for a first oxidation thereof; transporting the mat into the soaking section for a second oxidation thereof. The invention does not need to modify the existing production line, only needs to optimize the heating process parameters and control the heating temperature of the atmosphere in the furnace and the corresponding section, is simple and easy to implement and has general popularization significance.)

一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法

技术领域

本发明属于热轧板带用钢制造技术领域，具体涉及一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法。

背景技术

连铸坯热送热装和直接轧制是综合近年来炼钢、连铸和轧钢的最新技术成果而发展起来的一项新工艺、新技术，它推动了炼钢-连铸-轧钢生产管理的一体化进程，可以取得节能降耗、提高产品质量和生产率等综合效益，在钢企应用的比例不断地提高。根据资料介绍，仅采用热送热装工艺，燃料消耗可以降低45％，生产成本可以降低约30～60元/吨。在钢铁市场持续低迷、各大钢厂为生存而战的当下，节能降耗、降本增效显得尤为重要，因此，很多钢铁企业就热送热装和直接轧制的加热炉工艺技术和装备进行深入研究、集成创新。结合连铸、炼钢的平面布置及设备配置等关键因素的特点，一种操作灵活、控制精确，既可再加热高温铸坯，又可直接加热冷坯的加热炉得以研发出来，满足板坯直接轧制连续性和快速通过性的要求，实现节能降耗。

采用热送热装或者直装工艺对钢企的统筹协调能力提出了更高的要求，往往需要制造管理部门、热轧厂、炼钢厂、销售中心无缝衔接，但是，在实际生产组织过程中很难做到，仍然存在较大一部分钢坯采用冷装方式入炉。冷装入炉的板坯热履历与热送热装完全不同，其加热要求也不同，同时，冷装板坯的温度在400℃以上，板坯表面存在一层较厚的氧化铁皮，如果后续的加热工艺再不恰当，会造成最终产品出现严重的质量问题。因此，需要针对热送热装工艺开展板坯加热工艺的系统研究，制定合适的加热工艺，解决板坯的表面缺陷问题，提高板坯表面质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法，所述方法包括步骤：

将加热炉内部依次划分为预热段、加热段和均热段；

获取所述加热段对应的抛物线氧化规律公式和所述均热段对应的直线氧化规律公式；

根据所述抛物线氧化规律公式和所述直线氧化规律公式计算临界氧浓度；

向所述预热段中通入第一加热气氛，向所述加热段中通入第二加热气氛，向所述均热段中通入第三加热气氛；

将板坯输送至所述预热段中以对其进行预加热；

将所述板坯输送至所述加热段中以对其进行第一氧化；

将所述板坯输送至所述均热段中以对其进行第二氧化。

优选地，所述抛物线氧化规律公式为：

其中，W表示氧化铁皮氧化增量，Kp表示抛物线氧化规律速度常数，t表示时间。

优选地，所述直线氧化规律公式为：

W＝K1*P_o2*t

其中，W表示氧化铁皮氧化增量，K1表示直线氧化规律速度常数，Po2表示氧浓度，t表示时间。

优选地，所述临界氧浓度的公式为：

P_o2lin＝7.519*Kp/(2*G*K1)

其中，表示临界氧浓度，Kp表示抛物线氧化规律速度常数，G表示氧化铁皮的厚度，K1表示直线氧化规律速度常数。

优选地，所述将板坯输送至所述预热段中以对其进行预加热包括步骤：

保持所述板坯入炉温度大于等于400℃；

使用所述烟气回收余热对所述板坯进行加热；

保持所述预热段的加热时间为40-60min；

保持所述预热段的末段温度为700-1000℃。

优选地，在所述保持所述板坯入炉温度大于等于400℃之前还包括步骤：

将所述加热段和所述均热段分别与所述预热段连接；

将所述加热段和所述均热段中产生的烟气余热回收至所述预热段中；

使用所述烟气余热在所述预热段中加热所述板坯。

优选地，所述将所述板坯输送至所述加热段中以对其进行第一氧化包括步骤：

向所述加热段内通入所述第二加热气氛；

保持所述加热段的加热时间为65-80min；

保持所述加热段的末端温度为1200-1300℃；

保持所述板坯温度均匀，所述板坯内温度梯度小于等于20℃。

优选地，所述第二加热气氛包括：空燃比为1.05-1.25，氧含量大于等于所述临界氧浓度，H₂O含量大于等于15％，CO₂含量大于等于8％，N₂含量为71％-74％。

优选地，所述将所述板坯输送至所述均热段中以对其进行第二氧化包括步骤：

向所述均热段内通入所述第三加热气氛；

保持所述均热段与所述加热段末端的温度梯度小于等于20℃；

保持所述均热段的加热时间为25-40min；

保持所述均热段的末端温度为1200-1300℃；

保持所述板坯温度均匀，所述板坯内温度梯度小于等于20℃。

优选地，所述第三加热气氛包括：空燃比为0.90-1.0，氧含量小于等于所述临界氧浓度，H₂O含量为10-15％，CO₂含量为6-8％，N₂含量为71％-74％。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明根据板坯氧化规律，明确加热炉中临界氧浓度，合理控制加热过程中各段的氧浓度，让板坯按照设计的氧化规律进行，最终实现以FeO为主的氧化铁皮结构，在整个加热过程中，加热炉中的氧浓度合理，板坯氧化速率相对较低，氧化铁皮厚度较薄，有利于后续除鳞去除，同时，能够有效降低材料的氧化烧损，提高成材率；

(2)本发明无需对现有产线进行改造，只需优化加热工艺参数，控制炉内气氛及相应段的加热温度，简单易行，具有普遍推广意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是使用本发明实施例提供的一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法得到的板坯出炉后表面氧化铁皮示意图；

图2是现有技术中使用常规加热工艺得到的板坯出炉后表面氧化铁皮示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

在本申请实施例中，本申请提供了一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法，所述方法包括步骤：

将加热炉内部依次划分为预热段、加热段和均热段；

获取所述加热段对应的抛物线氧化规律公式和所述均热段对应的直线氧化规律公式；

根据所述抛物线氧化规律公式和所述直线氧化规律公式计算临界氧浓度；

向所述预热段中通入第一加热气氛，向所述加热段中通入第二加热气氛，向所述均热段中通入第三加热气氛；

将板坯输送至所述预热段中以对其进行预加热；

将所述板坯输送至所述加热段中以对其进行第一氧化；

将所述板坯输送至所述均热段中以对其进行第二氧化。

当板坯处于加热段中时，炉内气氛气体中具有氧化反应所需要的充足氧气，板坯的氧化速度由高温下铁离子的扩散所决定，此时氧化速率较快，按照抛物线氧化规律公式进行氧化，所述抛物线氧化规律公式为：

其中，W表示氧化铁皮氧化增量，Kp表示抛物线氧化规律速度常数，t表示时间。

进一步地，Kp可以通过如下公式计算：

其中，Kpo＝0.60g2/(cm2·s)，E表示激活能，R表示气体常数，T表示温度。

在高氧浓度条件下，板坯表面能够获得典型的三层氧化铁皮结构(最外层Fe₂O₃、中间层Fe₃O₄、最内层FeO)。

当板坯处于均热段中时，随着板坯不断氧化，其表面氧化铁皮厚度越来越厚，无法将充足的氧气从最外层氧化铁皮供给到最内侧氧化铁皮(靠近基体)，高温铁皮处于低氧浓度条件下，氧化速率主要由铁皮中的氧供给决定，氧化速率较慢，氧化规律以平缓的直线氧化规律公式进行，所述直线氧化规律公式为：

W＝K1*P_o2*t

其中，W表示氧化铁皮氧化增量，K1表示直线氧化规律速度常数(9.6*10-6g/(cm-2·％·s))，Po2表示氧浓度，t表示时间。

在此过程中，高价的氧化物会不断失去氧，最终获得以FeO为主的氧化铁皮结构，铁皮中存在较少Fe304和Fe203或者不存在Fe304和Fe203。

从高氧浓度到低氧浓度过渡很关键，需要精准的计算出临界氧浓度。氧浓度临界点是根据抛物线氧化规律公式进行氧化的高氧浓度气氛条件和与直线氧化规律公式进行的低氧浓度气氛条件相等而计算出，如下所示，

由于氧化铁皮的厚度与氧化增量存在以下关系：

W＝G/7.519，

其中，G表示氧化铁皮的厚度(um)。

故而可以通过上述公式推算出高氧浓度和低氧浓度气氛条件交点处的临界氧浓度，所述临界氧浓度的公式为：

P_o2lin＝7.519*Kp/(2*G*K1)

其中，表示临界氧浓度，Kp表示抛物线氧化规律速度常数，G表示氧化铁皮的厚度，K1表示直线氧化规律速度常数。

此公式表明，临界氧浓度不仅取决于加热炉中供氧，同时与氧化铁皮的厚度、加热炉的温度密切相关。因此，板坯实际轧制过程中，各加热工艺参数按上述的原则来制定，会在板坯表面产生较薄的、单一的氧化铁皮结构。

首先根据以上公式计算加热炉中的临界氧浓度，使加热段、均热段的氧浓度满足一定的要求：加热段，氧含量应要求≥，在均热段，氧含量应要求≤。然后结合各段具体的温度、时间等要求，合理的制定加热各阶段的工艺参数，使其满足最终的要求。同时，在加热氧化过程中产生一定水蒸气，其也能够氧浓度，对板坯的表面会产生影响，也需要严格控制炉内水蒸气的浓度。

在本申请实施例中，所述将板坯输送至所述预热段中以对其进行预加热包括步骤：

保持所述板坯入炉温度大于等于400℃；

使用所述烟气回收余热对所述板坯进行加热；

保持所述预热段的加热时间为40-60min；

保持所述预热段的末段温度为700-1000℃。

在本申请实施例中，在所述保持所述板坯入炉温度大于等于400℃之前还包括步骤：

将所述加热段和所述均热段分别与所述预热段连接；

将所述加热段和所述均热段中产生的烟气余热回收至所述预热段中；

使用所述烟气余热在所述预热段中加热所述板坯。

在本申请实施例中，可以采用加热段和均热段中加热产生的尾气余热对预热段中的板坯进行预加热，一方面，可以利用尾气余热，提高能量的利用效率；另一方面，可以节省加热气体等资源。

在本申请实施例中，所述将所述板坯输送至所述加热段中以对其进行第一氧化包括步骤：

向所述加热段内通入所述第二加热气氛；其中，所述第二加热气氛的空燃比为1.05-1.25，氧含量大于等于所述临界氧浓度，H₂O含量大于等于15％，CO₂含量大于等于8％，N₂含量为71％-74％；

保持所述加热段的加热时间为65-80min；

保持所述加热段的末端温度为1200-1300℃；

保持所述板坯温度均匀，所述板坯内温度梯度小于等于20℃。

在本申请实施例中，所述将所述板坯输送至所述均热段中以对其进行第二氧化包括步骤：

向所述均热段内通入所述第三加热气氛；其中，所述第三加热气氛的空燃比为0.90-1.0，氧含量小于等于所述临界氧浓度，H₂O含量为10-15％，CO₂含量为6-8％，N₂含量为71％-74％；

保持所述均热段与所述加热段末端的温度梯度小于等于20℃；

保持所述均热段的加热时间为25-40min；

保持所述均热段的末端温度为1200-1300℃；

保持所述板坯温度均匀，所述板坯内温度梯度小于等于20℃。

下面以具体实施例对本申请进行详细描述。

实施例1：

在热轧实际生产过程中，根据以上公式计算加热炉中的临界氧浓度。临界氧浓度为5％，加热段，氧含量应要求≥P_o2lin，在均热段，氧含量应要求≤P_o2lin。根据各段具体的温度、时间计算，合理的制定加热各阶段的工艺参数。

结合热轧2250产线加热炉的具体参数，各段工艺要点及炉内气氛要求如下：

(1)预热段

板坯入炉温度为400℃，加热炉的预热段未安装烧嘴，利用回收的烟气余热来给高温板坯预热，主要通过热辐射提高板坯的温度，此阶段无燃气供给，氧化增重不明显，预热段的加热时间为60min，预热末段的温度为850℃。

(2)加热段

要求板坯以抛物线氧化规律公式进行氧化，获得的氧化铁皮的结构是典型的三层结构(最外层Fe203、中间层Fe304、最内层FeO)。炉内气氛需处于高氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为1.25，氧含量为5.5％，H₂O含量为15％，CO₂含量为8％，N₂含量为71％，加热时间为70min，加热段末端的温度为1280℃，板坯温度均匀，板坯内温度梯度10℃。

(1)均热段

要求板坯以较平缓的直线氧化规律公式的进行氧化，获得以FeO为主的氧化铁皮结构，炉内气氛需处于低氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为0.90，氧含量为3％，H₂O含量为12％，CO₂含量为8％，N₂含量为74％，均热段与加热段末端的温度梯度10℃，均热段加热时间为30min，温度均匀，板坯内温度梯度≤15℃，出炉温度为1280℃。

采用以上加热工艺，板坯表面氧化速率较小，获得的氧化铁皮厚度较薄，约1.5cm，同时，氧化铁皮结构以FeO为主，这样厚度与结构的铁皮有利于在粗轧前的除鳞中完全去除。

实施例2：

在热轧实际生产过程中，根据以上公式计算加热炉中的临界氧浓度。临界氧浓度为3％，加热段，氧含量应要求≥P_o2lin，在均热段，氧含量应要求≤P_o2lin。根据各段具体的温度、时间计算，合理的制定加热各阶段的工艺参数。

结合热轧2250产线加热炉的具体参数，各段工艺要点及炉内气氛要求如下：

(1)预热段

板坯入炉温度为600℃，加热炉的预热段未安装烧嘴，利用回收的烟气余热来给高温板坯预热，主要通过热辐射提高板坯的温度，此阶段无燃气供给，氧化增重不明显，预热段的加热时间为50min，预热末段的温度为900℃。

(2)加热段

要求板坯以抛物线氧化规律公式进行氧化，获得的氧化铁皮的结构是典型的三层结构(最外层Fe203、中间层Fe304、最内层FeO)。炉内气氛需处于高氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为1.20，氧含量为4.0％，H₂O含量为16％，CO₂含量为8％，N₂含量为72％，加热时间为80min，加热段末端的温度为1230℃，板坯温度均匀，板坯内温度梯度为10℃。

(3)均热段

要求板坯以较平缓的直线氧化规律公式的进行氧化，获得以FeO为主的氧化铁皮结构，炉内气氛需处于低氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为0.90，氧含量为2％，H₂O含量为12％，CO₂含量为7％，N₂含量为74％，均热段与加热段末端的温度梯度10℃，均热段加热时间为35min，温度均匀，板坯内温度梯度5℃，出炉温度在1250℃。

采用以上加热工艺，板坯表面氧化速率较小，获得的氧化铁皮厚度较薄，约1.45cm，同时，氧化铁皮结构以FeO为主，这样厚度与结构的铁皮有利于在粗轧前的除鳞中完全去除。

实施例3：

在热轧实际生产过程中，根据以上公式计算加热炉中的临界氧浓度。临界氧浓度为2％，加热段，氧含量应要求≥P_o2lin，在均热段，氧含量应要求≤P_o2lin。根据各段具体的温度、时间计算，合理的制定加热各阶段的工艺参数。

结合热轧2250产线加热炉的具体参数，各段工艺要点及炉内气氛要求如下：

(1)预热段

板坯入炉温度为700℃，加热炉的预热段未安装烧嘴，利用回收的烟气余热来给高温板坯预热，主要通过热辐射提高板坯的温度，此阶段无燃气供给，氧化增重不明显，预热段的加热时间为40min，预热末段的温度为1000℃。

(2)加热段

要求板坯以抛物线氧化规律公式进行氧化，获得的氧化铁皮的结构是典型的三层结构(最外层Fe203、中间层Fe304、最内层FeO)。炉内气氛需处于高氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为1.15，氧含量为3％，H₂O含量为12％，CO₂含量为9％，N₂含量为73％，加热时间为75min，加热段末端的温度为1280℃，板坯温度均匀，板坯内温度梯度为10℃。

(3)均热段

要求板坯以较平缓的直线氧化规律公式的进行氧化，获得以FeO为主的氧化铁皮结构，炉内气氛需处于低氧浓度条件，需要满足的具体参数如下：炉内气氛空燃比为0.90，氧含量为2％，H₂O含量为11％，CO₂含量为8％，N₂含量为74％，均热段与加热段末端的温度梯度10℃，均热段加热时间为35min，温度均匀，板坯内温度梯度10℃，出炉温度在1230℃。

采用以上加热工艺，板坯表面氧化速率较小，获得的氧化铁皮厚度较薄，约1.4cm，同时，氧化铁皮结构以FeO为主，这样厚度与结构的铁皮有利于在粗轧前的除鳞中完全去除。

附图1-2的具体说明：

从图1可知，该技术发明板坯出炉后表面氧化铁皮结构单一，氧化铁皮厚度710～810um，较常规工艺板坯表面铁皮薄，铁皮与基体界面完整，利于除磷去除。

从图2可知，常规工艺板坯出炉后表面氧化铁皮局部破碎，铁皮厚度900～960um，铁皮与基体界面不平整，不利于除磷去除。

本申请提供的一种基于热送热装工艺的板坯表面氧化铁皮加热控制方法具有如下优点：

(1)本发明根据板坯氧化规律，明确加热炉中临界氧浓度，合理控制加热过程中各段的氧浓度，让板坯按照设计的氧化规律进行，最终实现以FeO为主的氧化铁皮结构，在整个加热过程中，加热炉中的氧浓度合理，板坯氧化速率相对较低，氧化铁皮厚度较薄，有利于后续除鳞去除，同时，能够有效降低材料的氧化烧损，提高成材率；

(2)本发明无需对现有产线进行改造，只需优化加热工艺参数，控制炉内气氛及相应段的加热温度，简单易行，具有普遍推广意义。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明中的“第一”、“第二”等词可以理解为名词。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。