特大型蓄热步进梁式加热炉的应用实践

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特大型蓄热步进梁式加热炉的应用实践

霍存，徐先强，赵言喜

(天铁集团热轧板有限公司，河北邯郸056404)

摘要：介绍了特大型蓄热步进梁式加热炉的特点，诸如空气、煤气和烟气管道布置、各种阀门设置和风机布局较合理，空气和煤气预热温度高、排烟温度和能耗低、操作和检修方便等。天铁集团2号步进梁式加热炉的实际运行效果表明其设计基本合理。

关键词：加热炉；高温空气和煤气；燃烧；能耗

中图分类号：TF06 文献标识码：A 文章编号：1006—9356(2008)08—0032—03

天铁集团热轧板公司新上一条1750 mm热轧生产线，一期工程配套建设1号和2号加热炉，二期工程建设3号加热炉。其中，2号加热炉由上海嘉德环境能源科技有限公司设计并总包。为有效利用低热值高炉、转炉混合煤气、降低加热炉的生产单耗、节约能源，同时提高钢坯在炉内的加热质量、减少氧化烧损，公司决定2号加热炉采用步进梁式及空一煤气双蓄热技术，并提高加热炉的热工控制等级，使该炉在各项热工和控制指标上成为一台具有

国内先进技术水平的加热炉。2号加热炉于2007年7月11日正式出钢。

1 主要技术参数与特点

1．1主要技术参数

炉型为上下双面加热的双蓄热步进梁式加热炉，加热优质碳素结构钢、耐侯钢、压力容器用钢、焊接气瓶用钢、船体结构钢、汽车大梁钢、低合金钢、桥梁钢等；钢坯规格为(230、250)mm×(900～1650)mm×(4000～10400)mm，代表坯为230 mm×I200 mm×9500 mm(20．45 t)；采用高炉、转炉混合煤气，热值3344～4180 kJ／m。；钢坯冷装20℃，热装大于600℃，钢坯出炉温度1150～1 250℃；加热炉额定能力292 t／h，最大320 t／h(冷装)、380 t／h(热装)；有效炉底钢压强度615 kg／(m2·h)；装出料方式为装、出钢机端进端出；加热炉有效长50 rn、砌砖长51．2 m，内宽11．104 m、砌砖宽12．264 m；最大煤气、空气耗量分别为113900、93398 m3／h，预热温度大于1000℃；最大烟气生成量为193630 m3／h；引风机强制排烟(<150℃)，空气、煤气烟囱直径(高度)分别为2．05(25)m、2．45(25)m；单位热耗

1．3 GJ／t；钢坯氧化烧损小于0．8％；采取汽化冷却、四段控制的蓄热式烧嘴(蜂窝陶瓷蓄热体)和全分散换向，换向阀传动方式为气动；步进机构的升降行程±100 mm，水平行程600 mm，步进周期为50 s。

1．2主要特点

其主要特点：①加热炉设计最大产量为380 t／h(混合煤气)，炉底管采用汽化冷却，砌筑面积达628 m2，是目前国内外最大的蓄热步进梁式加热炉。②加热炉占地面积小，装料、出料辊道中心线相距56m，跨距仅为27 m。空气、煤气和烟气管道布置、各种阀门设置和鼓风机、引风机布局均较合理，操作、检修方便。③本体结构。炉墙烧嘴部位易跑风漏气冒火，则采用了烧嘴砖与烧嘴壳体分开并用子母口套装型式，解决了炉墙膨胀导致烧嘴砖断裂所带来的炉墙开裂冒火问题，消除了煤气泄露所造成的安全隐患。炉体采用复合材料整体砌筑炉衬，保温层至工作层(厚度)为：炉底部位(死炉底)为无石棉硅钙板(136 mm)、1．0轻质砖(136 mm)、粘土砖(204mm)、高铝砖(116 mm)、镁砂颗粒(30mm)；炉墙部位为耐热纤维机制板(50 mm)、1．0轻质砖(232 mm)、低水泥自流浇注料(298 mm)，内有烧嘴砖和锚固砖；炉顶部位(平顶吊挂结构)为0．6轻质浇注料(50 mm)、高铝纤维毯(50 mm)、一加和二加低水泥浇注料(230 mm)、三加和均热可塑料(230 mm)；水冷管为高铝纤维毯(20 mm)、自流浇

注料(60 mm)；蓄热材料为堇青石蜂窝体(500mm)、莫来石蜂窝体(300 mm)、高铝蜂窝体(100

mm)、刚玉挡砖(120 mm)。加热炉的热惰性小，可按轧制产品的规格和品种灵活调节炉温制度。④水梁系统采用大跨度水梁结构，减少立柱数量，降低管底比，立柱纵向间距为3300 mm；同时，在加热炉不同温度段的水冷梁上设有不同高度和不同材质的耐热垫块，同一段水冷梁耐热垫块错开布置，以减轻钢坯和水冷梁接触处的水冷黑印，并缩小接触处和2个支撑梁中间钢坯的温度差。水冷纵梁分三段且采用错位布置，在均热段和加热段变换“黑印”位置，从而减小了钢坯“黑印”。⑤采用蓄热式燃烧技术和陶瓷蜂窝体蓄热，将空气、高炉煤气同时预热到1000℃以上，使排烟温度小于150℃，最大限度地利用了烟气余热，降低了燃耗。包扎嘴前的排烟管道，控制排烟管道的温度降，减少与露点(150℃)的偏差，缓解游离水对管网的腐蚀。加热炉采用90对蓄热式烧嘴，直接安装在炉子侧墙上，同时煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴在炉外分开布置，使空气与煤气通道截然分开，避免了煤气与空气混合而发生爆炸的危险。此外，在每个燃烧器前的煤气和空气连接管上设置手动调节阀，可按需调节各个烧嘴特别是上部与下部烧嘴的加热能力。可在不影响炉子正常生产的情况下更换蓄热体，缩短了检修停炉时间以及工程造价。⑥炉底步进机构采用双轮斜轨升降式，该机构易于安装调整、维修量少、运行可靠。步进机构的液压系统使步进梁的托起和放下钢坯均以低速运行，实现“轻拿轻放”，减少脱落的氧化铁皮，避免了水冷梁绝热层的损坏。升降框架与平移框架设有定心装置，保证钢坯沿炉宽方向的偏差量小于40 mm。⑦加热炉及其附属设备的仪器仪表系统由以西门子过程自动化控制系统PLC为核心的现场控制系统(下位机)和带CRT的中央过程控制计算机(上位机)组成。PLC现场控制系统具有多种控制功能并接受中央过程控制计算机的集中控制；操作人员通过键盘／鼠标来控制整个炉子的运行。步进梁采用电器控制柜方式独立运行和控制。现场设置有一氧化碳安全监测系统，确保人员工作安全。同时，配备有完善的安全连锁系统，确保在燃烧系统煤气压力、空气压力、仪表压缩空气压力等降低时燃烧安全辅助设备发出报警信号。当煤气和助燃空气压力超低时快切阀自动切断，烧嘴停止燃烧。实现空燃比、炉温、炉压和排烟温度自动调节等一级控制，实现操作自动化与物料的全线跟踪，达到燃控、顺控系统二级控制。⑧煤气换向装置是快切阀，空气换向装置为三通阀，二者均设置在烧嘴旁，既缩短了换向时炉内断火时间又节约了煤气，提高了能源利用率。1个煤气或空气烧嘴配置1个快切阀或三通阀，每次动作开启一个通道，同时关闭另一个通道，以实现供气及排气周期性换向；其结构紧凑、体积小、密封性能好、工作可靠。每个阀采用独立的气动系统驱动，阀块动作迅速而平稳，且调试与维修方便。换向控制采用定时、定温、自闭控制，正常生产时为定时控制，达到设定时间时豫向阀控制系统自动控制换向。当蓄热室温度达到或超过设定温度时，定温控制系统会自动强制换向，确保系统不因烟气温度过热而烧坏设备；同时，保证节能降耗达到最佳效果。当快切阀体或三通阀动作不到位时，此烧嘴故障报警。⑨混合煤气由厂区煤气总管道引至加热炉煤气平台接点处，接点后的煤气总管上设置紧急自动快切阀、眼镜阀和调节阀，与各段的煤气、烟气快切阀连接，接到加热炉两侧的燃烧器。快切阀前的支管上设置流量孔板、调节阀。燃烧器前的连管上安装手动调节蝶阀和膨胀器。⑩在空气管路和排烟系统系统中，助燃空气由鼓风机(一用一备)供给，供风流量由进风口阀门来调节。从空气总管到炉顶分四路，支管上设置流量孔板和调节阀，每路到各段后再分两路，分别接至炉子两侧的三通换向阀，之前的连管上设置手动调节蝶阀和膨胀器。排烟由1个空烟引风机和1个煤烟引风机组成，同时工作。经蓄热室排出的烟气，分别通过炉前三通阀和快切阀接烟气管路，经烟气管路连至空／煤烟引风机，经2个钢烟囱排出。

2 实际运行效果

目前整个生产线处于试生产调试阶段，加热炉部分时间处于保温状态，未正常生产。加热炉系统在投产的3个月中，绝大部分钢坯为Q235B，在炉时间为170～200 min，空气压力为6～7．2 kPa，净环水为31～34 m3／h(压力0．32～0．33 MPa)，浊环水压力为0．48～0．51 MPa。其实际运行效果：①均热段炉膛上下温差为30℃(表1)，除鳞后温度为1050～1140℃。总体炉温水平较高，各区域炉温分布均匀，无明显火焰。②换向时，最多有3 s的停止燃烧时间，炉温略有波动，三加热段和均热段炉温波动在20℃内，对加热过程无影响。③蓄热式烧嘴的排烟温度：换向系统设置为50 s换向。空气排烟温度为90～150℃，煤气排烟温度为120～160℃，排烟温度不高，波动为20～40℃。④正常生产时均热段炉膛压力为18～35 Pa，此时炉门不冒火也不吸冷风。在加热炉低负荷保温时，关掉大部分烧嘴，靠近出料端的4对烧嘴开启，以保证炉头的钢温，此时均热段炉膛压力大于50 Pa。⑤煤气供气管网压力在8～12 kPa时能正常生产(煤气流量4．5～6．5万m。／h)，低于6 kPa时则须做保温处理，低于4kPa时报警，3．5 kPa时快切阀切断。⑥空气和煤气预热温度高，降低了排烟温度，使加热炉的能耗大幅降低。据生产调试阶段统计，连续生产8 h，产出87块(长6．1～10．2 m)冷装钢坯约1 940 t，每吨钢坯消耗煤气222 m3，小时产量242．5 t，加热炉的吨坯燃耗为0．93 GJ，热效率约76％(氧化烧损按2％计)[1]。⑦由于加热时间较长，单块钢坯在除鳞后头尾温差小于10℃，中间和边缘温差小于5℃，除鳞后水管“黑印”温差小于30℃，则对后续工序无影响[2]。

3 存在的问题与处理方案

(1)存在炉压高不好控制的问题。其处理办法是将全分散换向改为分段轮序换向，调整后炉压较稳定，避免了煤气直接进入蓄热箱而引起回火爆炸的隐患。

(2)装钢机减速机为ZLY224—10—11一T，其减速比小(10：1)，不能满足钢坯自动推正装钢的要求(目前靠手动操作)。其处理办法是，更换为ZSY280—28一Ⅵ一T的减速机，其减速比为28：1即可满足使用。

(3)存在一、二加热段炉顶中盖缝砖周围严重跑风透火问题。其原因是，炉顶上采用50 mm厚纤维毡和50 mm厚轻质料(强度低，不能形成整体)，胀缝盖缝用T一3砖。施工时，胀缝板高出炉顶低水泥浇注料上表面5～20 mm，盖缝砖与吊挂砖的间隙小，轻质料或纤维毯不能塞满，其周围易产生空隙，造成盖缝砖上轻质料薄且无强度。因此，计划重新施工或用含锆纤维毯压缝，其上铺轻质浇注料。

(4)存在一、二加热段炉顶吊挂勾问题。炉顶靠近两侧墙的成对吊挂勾受力不均，其中一个吊挂勾受力，另一个吊挂勾松动严重。由于加热炉的炉顶与炉墙分离而独立存在，从炉顶可考虑简化为无限连续的均布荷重梁[3]，炉顶肯定在膨胀缝的留设和选材上存在问题[1]，目前需精心操作，避免大的炉压波动和炉体振动，在以后检修中应重点加以考虑。

4 结语

3个多月的生产实践表明，2号加热炉的设计基本合理，炉况、产量、钢坯加热质量等均能满足轧钢工艺要求。但氧化烧损和自动化控制水平等指标尚未达到设计要求，还需进一步调试和调整轧线生产节奏。因此，只有不断提高操作水平，认真维护炉本体和设备，才能延长加热炉的使用寿命，充分发挥其特点和优势。

参考文献：

[1] 中国工程建设标准化协会工业炉砌筑专业委员会．筑炉工程手册[M]．北京：冶金工业出版社，2007．

[2]霍存，李万方．高效推钢蓄热式加热炉在天铁集团的应用和技术改造[J]．工业加热，2004，(1)：67．

[3]韩行禄，刘景林．耐火材料应用[M]．北京：冶金工业出版社，1986．

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