加熱爐基礎知識與操作2第二部分熱工基礎知識2.1燃料及燃燒燃料：熱源，在燃燒時能夠放出大量的熱。燃料種類：固體燃料、液體燃料、氣體燃料固體燃料：煤、煤粉等；目前軋鋼加熱爐很少用。液體燃料：重油、煤焦油等。氣體燃料：天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣、轉爐煤氣、發生爐煤氣等。●燃料的一般性質1、化學組成：氣體燃料一般由CO、H2、CH4、C2H2、CnHm、H2S、CO2、N2、O2、H2O等。可燃成分：CO、H2、CH4、C2H2、CnHm、H2S。不可燃成分：H2S、CO2、N2、O2、H2O固體燃料和液體燃料都來源于埋藏于地下的有機物質。由古代的動植物經過長期的物理化學變化而成。（了解即可不做特別介紹）2、燃料的發熱量單位質量或體積的燃料，完全燃燒后所放出的熱量稱為燃料的發熱量。固體、液體用kJ/kg表示；氣體用kJ/m3表示。依據燃燒后，燃燒產物水的狀態分為:高發熱量、低發熱量。主要看水是液態還是氣態。我們日常提到的發熱量一般是指低發熱量●加熱爐常用的煤氣種類一、高爐煤氣的性質和用途高爐煤氣是無色、無味、有毒的氣體，著火溫度700℃，co含量在30%左右，如泄漏極易造成人身中毒。發熱值在3345KJ/m3左右，理論燃燒溫度約為1300~1500℃。高爐煤氣作為燃料的主要用戶在鋼鐵廠有高爐熱風爐、焦爐、發電鍋爐、軋鋼加熱爐。九江線材高爐煤氣用戶：高爐熱風爐、發電鍋爐、軋鋼加熱爐二、高爐煤氣中毒和爆炸環境中co濃度（mg/Nm3）

允許停留時間（h）

３０８５０１１０００.５２０００.２５

高爐煤氣中co含量在30%左右，co同人體血液中的血紅素的親和力比氧同血紅素的親和力大300倍，就是說當co被吸入人體肺部，首先co同血紅素結合，使血液失去攜帶氧的能力，造成人體細胞缺氧，發生煤氣中毒現象。

當煤氣在一定的容器內與空氣進行混合達到一定的濃度，遇明火時將產生煤氣爆炸。煤氣爆炸的必要條件：１在容器內。如房間、管道、爐內等；２混合達到著火濃度。高爐煤氣40~70%；３著火溫度。高爐煤氣500~700℃。三、煤氣使用與檢修日常使用煤氣應注意的問題：１煤氣管道和設備要密封不泄漏。２煤氣設施內必須保持正壓。３點燃煤氣時，必須先提供火源和空氣，后給煤氣。在煤氣設施上動火檢修必須遵守的原則：１辦理動火證。２在正常生產的煤氣設施，要保持內部為正壓，并準備好防毒面具，滅火器材，設專人監護。３在停止運行的設施，須確保可靠切斷煤氣來源，用蒸汽或者氮氣吹掃置換合格后方可。四、煤氣系統的處理過程

處理煤氣就是煤氣設施內的煤氣通過蒸汽或者氮氣進行吹掃置換，然后再被空氣進行置換的過程，又叫攆煤氣作業。煤氣的可靠切斷裝置只有：盲板、眼睛閥、蝶閥加U型水封。

五、煤氣中毒及救護中毒。高爐煤氣能使人中毒，高爐煤氣是無色、無味的氣體，人吸入體內后與血液中的血紅蛋白結合，奪取血液中的氧氣，使人體因缺氧而導致死亡。如何預防高爐煤氣中毒？A、上爐頂平臺工作時必須兩人以上同行；B、煤氣區域檢查巡視時必須攜帶煤氣報警儀；C、不能在有煤氣管道和設施附近打盹、睡覺、滯留。六、發現煤氣中毒后怎么辦？立即將中毒者抬至空氣新鮮的地方；將傷員的褲帶、衣服扣松開，保證呼吸暢通，能喝水的給予水喝；對已經停止呼吸的要立即通知煤氣救護人員，并進行指壓人中、口對口人工呼吸和同時進行呼吸胸外擠壓。C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2排水器排水器是事故常發部位。排水器應有明顯的警告標志；排水器的滿流管口應保持溢流。高爐煤氣的產出過程高爐煉鐵工藝動畫\高爐煉鐵工藝動畫\高爐本體_.swf高爐煉鐵工藝動畫\高爐煉鐵工藝動畫\煤氣凈化系統.swf●燃料的燃燒1、基本概念完全燃燒：燃燒產物中不存在可燃成分；不完全燃燒：燃燒產物中存在可燃成分。不完全燃燒又分兩種：化學不完全燃燒:混合不好，產物中有CO存在。機械不完全燃燒：沒有參加混合就損失了。理論空氣需要量：煤氣中的可燃成分全部燃燒需要的空氣量。空氣消耗系數：為了實現完全燃燒，實際空氣供給量必須大于理論空氣需求量，實際量與理論量的比值就是空氣消耗系數。

固體燃料：1.20～1.50

液體燃料：1.15～1.25氣體燃料：1.05～1.152、氣體燃料的燃燒過程是個復雜的過程，但整個燃燒過程可視為：混合→著火→反應極短時間完成提高燃燒強度的途徑必須很好地完成混合過程，是最關鍵的環節。有焰燃燒：煤氣與空氣預先不混合，各自單獨進入爐膛，邊混合邊燃燒。有碳氫化合物燃燒產物（游離碳）軌跡形成的火焰。無焰燃燒：煤氣與空氣先混合再噴入爐內。燃燒很快，碳氫化合物來不及分解，所以看不到火焰或很短。▲蓄熱式加熱爐都是有焰燃燒。無焰燃燒預熱溫度不能太高，否則易造成回火事故。燃燒溫度的概念：

燃燒放出的熱量包含在氣態燃燒物中，燃燒產物所能達到的最高溫度就是燃燒溫度，或火焰溫度。燃燒溫度的高低取決于燃料的成分，或所含熱量的高低。燃燒產物中所含熱量的多少取決于燃燒過程中熱量的收入與支出。提高燃燒溫度的措施：①提高燃料的發熱量；②實現完全燃燒；③降低爐體熱損失；④預熱空氣和煤氣；⑤盡量減少煙氣量。（注意：不是排煙量）●、爐內綜合傳熱鋼坯加熱是通過爐內熱交換過程進行的，爐內熱交換過程有三種基本方式，即：對流傳熱、傳導傳熱、輻射傳熱。1、對流傳熱對流傳熱是爐氣與鋼材表面接觸時的熱交換過程，包括爐氣各部分發生位移所產生的對流作用及爐氣分子之間的導熱作用。2、傳導傳熱傳導傳熱是溫度不同的物體直接接觸（或物體存在溫差）由于自由電子的運動（對于鋼材）或分子的運動（對于爐氣）而發生的熱交換現象，此種傳熱發生在鋼材表面及內部和鋼材及爐底之間。3、輻射傳熱輻射傳熱是物體熱射線的傳播過程，溫度越高，輻射能量越大，此種傳熱存在于爐氣對爐壁、爐氣和爐壁對鋼坯表面。綜合傳熱：兩種以上傳熱方式同時存在稱為綜合傳熱。800℃以下時：主要是依靠對流和傳導；800℃～1000℃時：主要是對流及輻射同時進行；1000℃以上時：約90%傳熱依靠輻射。爐膛內傳熱的有關問題：1、爐內爐氣溫度最高，鋼坯溫度最低，爐壁溫度居中。2、爐墻和爐頂吸收了爐氣熱量，又通過輻射傳熱傳給鋼坯，爐壁起傳遞熱量的作用。3、鋼坯的熱量來源于爐氣和爐壁。爐壁替鋼坯儲存熱量。爐壁、爐氣、鋼坯黑度對熱交換影響很大。（了解即可）●、耐火材料砌筑加熱爐使用各種耐火材料和絕熱材料。耐火材料要求：1、耐火度，高于1580℃，不軟化不熔融；2、一定的結構強度；3、高溫下體積保持穩定；4、抗溫度急劇變化性能；5、抗腐蝕能力強；6、耐磨、抗熱震；7、外形整齊，尺寸精確。耐材分類：耐火材料分為定形、不定形兩種。按材質分為：硅質、硅酸鋁質、鎂質、鉻質、碳化硅質、鋯質等等。按耐火度分普通的（1770℃以下）、高級的（2000℃以下）、特級的（2000℃以上）另外還分酸性的、堿性的、中性的。耐火材料的工作性能：耐火度、高溫結構強度、高溫體積穩定性、抗熱震性、化學穩定性等。重要指標：耐火度、荷重軟化開始溫度、常溫耐壓強度、密度等。常見耐火材料：定形料：各類耐火磚包括黏土磚、高鋁磚、硅磚、鎂磚、碳化硅材料等。不定形料：耐火澆注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火涂料等。輕質耐火材料及其它隔熱材料：輕質磚、石棉、硅藻土、礦渣棉、珍珠巖、耐后纖維。耐火材料的選用一般考慮滿足工作條件、經濟上合理，能用低的不用高的。第三部分、鋼的加熱工藝1、鋼加熱的目的①提高鋼的塑性，以降低鋼在熱加工時的變形抗力，從而減少軋制中軋輥的磨損和斷輥等機械設備事故。②使坯料內外溫度均勻，以避免由于溫度應力過大造成成品的嚴重缺陷或廢品。③改善金屬的結晶組織或消除加工時所形成的內應力。總之，鋼的加熱對于鋼材的質量、產量、能耗以及機械壽命等都有直接關系2、鋼的加熱缺陷和預防處理●鋼的加熱缺陷包括：鋼的氧化、脫碳、過熱、過燒、加熱溫度不均勻。●加熱缺陷的預防處理：①鋼的氧化定義：鋼在加熱爐內加熱時，鋼的表面同爐氣中的CO2、H2O、O2、SO2發生反應，生成氧化鐵皮的過程叫鋼的氧化。生成的氧化鐵皮即所說燒損，通常為0.5~3%。氧化鐵皮結構示意圖如下：最外層Fe2O3

10%第二層Fe3O4

50%第一層FeO

40%鋼坯Fe

氧化鐵皮的危害：1、造成大量金屬消耗；2、爐底堆積，侵蝕耐火材料，定期清理勞動強度大，嚴重時造成被迫停產；3、影響鋼的表面質量；4、軋鋼被迫增加工序予以清除；5、影響加熱、增加煤氣消耗。氧化鐵皮熔點為1300～1350℃。（注意粘鋼）影響氧化的因素：加熱溫度、加熱時間、爐氣成分、鋼的成分等。加熱溫度的影響：在850~900℃以下時，鋼的氧化速度很小；當達1000℃以上時，鋼的氧化速度急劇增加。加熱時間的影響：在相同條件下，加熱時間愈長則鋼的氧化層愈厚。爐氣成分的影響：火焰中的爐氣成分決定與燃料成分、空氣消耗系數、完全燃燒成度等。爐氣成分對氧化的影響很大。按照對鋼氧化的效應把爐氣分為：氧化性氣氛、中性氣氛和還原性氣氛。鋼的成分的影響：對于碳鋼隨其含炭量的增加鋼的燒損量有所下降。合金元素如Cr、Si、Mn、Al等本身即已被氧化成相應的氧化物，但由于這些氧化物組織結構十分致密穩定，可進一步阻止鋼的氧化。減少氧化的措施：①保證鋼的加熱溫度不超過規程的規定溫度；②采取高溫短燒的的方法，提高爐溫，并使爐子高溫區前移并變短、縮短鋼在高溫區的加熱時間③保持微正壓操作。防止吸入冷風④盡量降低空氣過剩系數，減少燃料中的水分、含S量。⑤待軋時及時調整供熱量和爐壓、降爐溫；關閉閥門；使爐內呈弱還原性氣氛。②鋼的脫碳定義：鋼在加熱時除表面被部分氧化燒損外，爐氣中的氧化性氣體還要和鋼中的碳（即Fe3C）發生反應而使鋼中的碳含量降低，這種現象稱為鋼的脫碳。脫碳的危害：脫碳后鋼的機械強度（尤其是硬度）大為降低，嚴重時其疲勞強度也降低（如彈簧鋼）。影響脫碳的因素：加熱溫度（1100℃左右是峰值）、加熱時間、爐氣成分、鋼的成分等。●防止脫碳的主要方法：快速加熱，減少鋼在高溫段的停留時間，一般以不超過三十分鐘為宜。正確選擇加熱溫度，避開易脫碳的峰值范圍。適當調節和控制爐內氣氛，爐氣最好控制在中性或弱氧化氣氛。③、鋼的過熱與過燒鋼的過熱：當鋼的加熱溫度超過臨界點后，鋼的晶粒開始長大，溫度愈高，加熱時間愈長，晶粒長大愈顯。晶粒長大后使其機械性能變壞，這種現象叫鋼的過熱。過熱的鋼軋制時極易產生裂紋，特別是坯料的棱角和端頭。過熱的鋼還能補救，但增加成本影響產量。防止鋼過熱的措施：掌握好加熱溫度減少鋼在高溫段的停留時間適當縮短加熱時間鋼的過燒：當鋼的加熱溫度比過熱更高，時間更長，不僅鋼的晶粒長大，而且晶粒之間的邊界開始融化，氧進入晶粒間隙，使金屬發生氧化并促使融化，導致晶粒間的結合力被破壞，是鋼失去本身的強度和塑性，這種現象叫鋼的過燒。過燒的鋼無法挽救，只有報廢回爐重煉。防止鋼過燒的措施：避免加熱溫度過高減少鋼在高溫段的停留時間減少過剩空氣量④、鋼的表面燒化與粘鋼如果鋼的加熱溫度過高，鋼表面氧化鐵皮容易熔化，時間長了容易發生過熱或過燒。表面燒化了的鋼，出鋼時由于溫度有所降低而使鋼坯容易粘在一起，發生所謂粘鋼。另外表面燒化后，容易使鋼坯皮下氣泡暴露，加熱時氣泡內壁氧化，軋制時不能軋合，最終會在鋼材上產生裂紋。粘鋼產生原因：一是加熱溫度過高，鋼表面熔化，而后溫度又降低。二是在一定推鋼壓力下，高溫長時間加熱。三是氧化鐵皮熔化后粘結。處理方法：一是采用快拉的方法，快速拉開。且不能采取關燒嘴、減風等辦法降溫，否則會加劇粘鋼。二是一定要處理完粘鋼后在調整溫度。⑤、鋼的加熱溫度不均勻性原因：加熱時間不足、均熱時間不足、燃料分配不當。內容：內外溫度不均、上下表面溫度不均、長度和寬度方向上溫度不均。預防措施（具體情況具體分析有針對性解決）鋼的加熱溫度應嚴格按照鋼種的溫度制度、供熱制度和爐壓制度進行操作。適當延長鋼的加熱時間和均熱時間。提高下加熱爐堂溫度，適當延長鋼在均熱段的停留時間。適當調整燒嘴的開啟度、及時開啟的個數，來調整燃料在長度和寬度上的分配。⑥、鋼的加熱裂紋加熱裂紋分為表面裂紋、內部裂紋兩種。表面裂紋：原料表面缺陷（皮下氣泡、夾雜、裂紋）造成，加熱時受溫度應力影響發展成可見裂紋；過熱也會產生裂紋。表面裂紋軋制時成為產品的表面缺陷。內部裂紋：加熱速度過快、裝爐溫度過高都會造成內部裂紋，特別是高碳鋼和合金鋼。其導熱性差，內外溫度懸殊時，鋼不均勻膨脹會產生內部裂紋。要嚴格控制加熱速度及爐尾溫度。3、鋼的加熱工藝鋼的加熱工藝制度包括：加熱溫度、加熱速度、加熱時間、加熱制度。●加熱溫度：指鋼坯在爐內加熱完畢出爐時的表面溫度。加熱上下限溫度的選擇：加熱溫度的選擇依賴于鐵碳相圖。當鋼處于奧氏體區域時塑性最好。理論上限溫度是AE固相線（1400～1530℃）以下。實際加熱溫度要低，原因是鋼種成分偏析、夾雜物的存在，溫度過高容易造成晶界出現熔化，晶粒間失去塑性。確定上限溫度一般低于固相線100～150℃；下限溫度在高于AC3線30～50℃的基礎上，結合終軋溫度及軋制道次，成品尺寸等來確定。終軋溫度越高，晶粒聚集長大傾向越大，奧氏體晶粒越粗大鋼的機械性能越低，所以終軋溫度一般控制在不超過900℃

，但絕不能低于700℃.鐵碳合金相圖在制定熱加工工藝方面的應用●在鑄造生產方面，根據相圖可以確定鑄鋼和鑄鐵的澆注溫度。●在鍛軋生產方面，可確定開軋、終軋溫度。●對熱處理來說，可確定加熱范圍。●加熱速度：與加熱溫度同樣重要。指鋼在單位時間內表面溫度升高的度數。或加熱鋼坯的厚度。單位：℃/h或cm/min。實際操作中常由于加熱速度不當，造成鋼內外溫差大而產生裂紋甚至斷裂。加熱速度越大，鋼坯的氧化、脫碳越少，煤氣消耗越低。提高加熱速度是改善爐子指標的重要途徑。加熱速度受鋼坯材質、加熱初期斷面上的溫差、加熱末期斷面上燒透程度限制。以及爐溫過高會造成加熱缺陷的限制。低碳鋼可以進行快速加熱不會給質量帶來影響。高碳鋼、合金鋼加熱速度受限，特別是500～600℃時易產生裂紋，所以限制加熱速度顯得很重要。●加熱時間：鋼坯在爐內加熱達到軋制所要求的溫度所必須的最少時間。通常為預熱、加熱、均熱時間之和。加熱時間經驗公式：τ=CS式中：τ—加熱時間，h；

C—鋼皮厚度，cm；

S—每1cm厚鋼坯加熱所需時