《工业加热》第 卷 年第 期
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概 述
本钢热连轧厂原有三座推钢式加热炉和一座步进式
加热炉,为了提高产品产量,降低消耗,满足热连轧年
产 450万 t产品的
要求
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,并在不影响生产的前提下,又新
建了一座 5#步进梁式加热炉。
2003~ 2004年一次点炉成功,总施工时间为 13个
月。点火烘炉保温 20 天后,于 2005年 1 月出第一块红
钢,达到一次热负荷生产成功。
步进梁式加热炉具有的先进特征
本钢热连轧厂 5#加热炉设计产量 250 t/h,其主要性
能参数如下:
炉子用途 板坯轧制前加热
加热钢种
低碳钢、优质碳素结构钢、
低合金钢、管线钢
最大有效炉底面积/m2 44.6 × 9.84=438.9
板坯规格
连铸坯尺寸/mm 厚度 210,230,250
宽度 800~ 1 600
长度 3 500~ 4 400(双排),
标准
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板坯/mm 230 × 1 200 × 8 500
板坯最大质量/t 每块 24
板坯装炉温度/℃
常温(占年加热量的 40%),
550(占年加热量的 60%)
板坯出炉温度/℃ 1 200~ 1 250
产量/t·h 额定 250(加热标准坯时)
最大 261(加热 9 000 mm长坯冷料时)
混合煤气发热值/kJ·m3 7 527
混合煤气消耗量/m3·h 1 全炉最大 56 600,经常 49 300
煤气压力 kPa 8
助燃空气量/m3·h 1 95 000
最大 109 200
助燃空气预热温度/℃ 590
预热器型式 高效管状预热器(双行程)
炉底强度(冷装料)/
kg·(m2·h) 1
660
单位热耗/kJ·kg 1 1 485
最大烟气量/m3·h 1 157 000
炉子散热量/kJ·s 1 3 500
步进机械行程/mm 升 100,降 100,共 200,平移 500
水梁立柱冷却方式 强制循环,汽化冷却
炉型结构先进合理,具有以下特征:
(1)符合热装工艺,能够实现顺快装炉。5#与 4#加
热炉共用一条装炉辊道,这条装炉辊道直接与本钢炼钢
厂连铸车间相连,连铸坯直接由炼钢厂连铸机拉出运送
到热轧厂,连铸坯装炉温度可达 600~ 800℃。
(2)炉型结构选定及烧嘴配置合理 5#步进梁式加热
炉示意见图 1。
炉子本体共分六段,即进料门厅、热回收段、预热
段、第一加热段、第二加热段、均热段,其中最长段为
热回收段 (长 14 100 mm),这种延长的热回收段,更有
利于热量的回收,降低废气温度,增加坯料传热。均热
段采用平焰烧嘴,很适应坯料的均热;靠出料端第一排
采用双焰烧嘴,这种新型烧嘴可将火焰调为平焰状、球
加热设备
步进式加热炉的设计
黄作为,刘铁男
(本溪钢铁集团公司,辽宁 本溪 117000)
摘要:重点介绍了本钢热连轧厂 5#步进梁式加热炉在设计当中采用先进的工艺、设备和技术,并提供了各种备件、材料在加热炉
上使用的实际效果。对今后同类厂矿设计、建设制造、施工以及使用加热炉具有一定的指导作用。
关键词:步进式加热炉;汽化冷却;水冷黑印
中图分类号:TF062憲 文献标识码:A 文章编号:1002-1639(2005)04-0034-03
HUANG Zuo-wei,LIU Tien-nan
(Benxi Steel Group Co. Ltd., Benxi 117000, China)
In brief: In this passage you will get knowledge mainly about No. 5 step-by-step furnace equipped in The Hot Rolling Mill of BX
Steel Co. in the aspect of the advanced technique, equipment and know-how. Meanwhile the passage also illustrates the practical conclusion
of the materials and spare-parts mounted and used in the furnace, which provides a instructional guideline for the similar projects in design,
manufecture, engineering construction and operation afterwards.
step-by-step heating furnace;vaporization cooling;watercooled black-print
收稿日期:2005-04-06;修回日期:2005-06-09
作者简介:黄作为(1970- ),男,硕士学位,热能工程师,从事
设备管理工作.
Abstract:
Key words:
Design of Step-by-step Heating Furnace
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形状和直柱状,更有利于炉头钢的加热,及时满足轧制
温度的要求。均热段下部采用煤气可调焰烧嘴,这种烧
嘴火焰形状和长度可根据需要进行调节。加热段上部采
用轴向烧嘴供热,加热段下部采用侧烧嘴供热。经现场
实际观测,炉内温度均匀、火焰形状较好,完全可以满
足烧钢的要求。
加热设备
图 1 5#步进梁式加热炉示意图
(3) 炉底步进机械。炉底步进机械采用全液压传动
双轮斜台面式。其运行轨迹如图 2 [步进机构位置 (时
间) -速度曲线] 所示。为限制机械、液压冲击和振动对
步进梁及板坯产生不良的影响,对步进梁的升降和平移
运动的加速、减速和速度进行了准确有效的控制。步进
梁按装料端和出料端侧分为两段,升降运动时加热炉步
进梁的装料端和出料端可单独升降,也可同时升降;平
移运动时,两段步进梁同时动作 (由一只液压缸驱动)。
平移和升降不同时动作。
图 2 步进机构位置(时间)-速度曲线示意图
当需要进料端或出料端的步进梁单独运送板坯时,将
该段的升降液压缸供油,使步进梁上升或下降,另一段
的升降液压缸不供油,使其保持原位不动,再通过平移
液压缸驱动平移框架运动,即可实现该段步进梁单独运
送板坯的动作。若需要进、出料端的两段步进梁同时运
送板坯,则需将两段的升降液压缸同时供油 (同时动作)
来实现。 该液压系统由以下部分组成:驱动液压缸、液
压动力装置、液压控制阀台、液压中间配管。
工艺操作由电控系统 PLC控制完成,有三种操作方
式:即手动、半自动和自动。为防止钢坯在活动梁运行
过程中的叠加跑偏,在升降框架和水平框架两侧分别安
装了导向轮。经调试检验,该炉最大跑偏量只有 10~ 15
mm,是国内步进梁式加热炉中跑偏最小的。本钢步进梁
式加热炉步进机械采用液压斜台面形式,设备简单,炉
子下面空间宽敞,便于设备安装、调试及检修维护。
(4)水封槽及刮渣机构。水封槽的作用是对活动立
柱通过的炉底开孔进行密封。通过炉底开孔掉入水封槽
内的氧化铁皮及小块耐火材料等杂物,借助刮渣机构,依
靠步进梁的步进运动将渣刮向装料端,通过皮带机使之
落入地坑内的渣斗内,再定期吊走。水封槽对应于平移
框架,也分为两段。
(5)步进梁配置。为了减少水冷黑印,加热段和均
热段水梁配置布置为交错形式,炉底水梁设活动梁 4根,
固定梁 4 ~ 5 根,活动梁和固定梁均采用双管结构,立
柱则采用单管或双管结构,水梁与柱管连接采用焊接结
构。直接支撑板坯的耐热垫块在炉子的均热段与第一加
热段采用了 ISCo-40 耐热钢,第二加热段和预热段采用
了 ISCo-20耐热钢,热回收段采用 Cr25Ni20TiRe (稀土)
合金钢。耐热钢垫块与水梁的连接采用了骑卡形式,便
于检修更换。
(6)先进的汽化冷却装置
炉底水梁和立柱等采用汽化冷却工艺,其优点是
节能,节水效果突出。一台 250 t / h的步进梁式加热炉如
果采用水冷却需要循环水 1 000~ 1 200 m3 / h。而用汽
化冷却只需要 15~ 20 t/h,汽化冷却产生的蒸汽完全可
以回收,用于加热炉和采暖等。汽化冷却的循环原理:本
钢步进梁式加热炉采用的是强制循环方式汽化冷却装置,
其循环原理如下列公式所示
= · p( s- q)
式中: 为汽包高度(位能),m; 为循环泵压力(动
能)MPa;( s- q)为汽水混合的重度差,kg/m3。
工作原理:汽包中的水由热水循环泵送入分配联箱,
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分从分配联箱进入入口步进装置 (包括柔性组件、上下联
箱、阀门等) 后,再送入冷却构件 (活动梁及立柱),然
后从冷却构件引至出口步进装置 (包括柔性组件、上下联
箱、阀门等),经上升管回到汽包。另一部分从分配联箱
引出经固定冷却构件 (固定梁及立柱) 后回到汽包。水在
梁和立柱中吸收热量成为汽水混合物,汽水混合物在汽
包中分离为蒸汽和水,水再重复上述的循环。停电时可
由柴油泵快速启动,向受热部分供水,保证炉子安全运行。
汽化冷却的关键环节。5#步进梁式加热炉采用汽
化冷却的关键设备是旋转接头,旋转接头是专利技术,双
道密封,旋转几万次不泄漏,运行十分可靠,价格比国
外低廉。在大型步进加热炉上采用汽化冷却,并选用国
产件、自行设计,本钢尚属先例。
(7)组装件的炉体钢结构。5#加热炉钢结构分炉底
钢结构、装出料端钢结构、炉顶钢结构、侧墙钢结构、烟
道钢结构和炉顶平台等。钢结构设计全部采用螺栓定位、
现场组装。这种预组装方式,提高了制造等级标准和质
量,缩短了建设工期。5#加热炉几千吨的钢结构件安装
工期仅用了 3 个月;两座 80 m 高的烟囱安装只用了 25
天,打破了本钢施工史上的记录。
(8)在换热系统中采用了带插入件和保护管组的 2行
程高效金属管状换热器,可以将助燃空气预热到 550℃。
为防止事故状态换热器损坏,还设计了一台稀释风机,以
备事故状态向烟道内输送冷风、保护换热器。在烟气系
统中采用了无水冷耐热钢 (1Crl8Ni9Ti) 旋转闸板。该闸
板不存在漏水事故、轻便、灵活、可靠、检修维护量甚
少。另外在煤气总管上采用了旋转的眼镜阀,替代了过
去的水封及盲板作业,这种结构操作简单、运行可靠。
(9)科学合理设计各部分耐火材料,采用先进捣打
设备。根据炉子各部位的工况条件并考虑炉体各部位同
寿命的原则,在砌筑方面采用了可塑耐火材料捣打炉顶,,
炉体侧墙采用低水泥浇注料,水梁立柱采用自流浇注料
浇注,烟道部分采用粘土质浇注料。两座 80 m高的烟囱
也采用了轻质浇注料捣打喷涂。这些耐火材料经现场观
察,使用效果良好。
(10)自动化水平较高。在活动梁分段处和出炉端第
一块钢坯的前沿位置设置了激光检测设备和工业电视,操
作工可以随时观察到炉内板坯移动状态和燃烧状况,也
实现了板坯自动定位。同时,推钢机、活动梁和前后炉
门、出钢机全部采用联锁控制,操作者只需按一次按钮,
即可实现自动出钢。
运行情况
运行情况
使用观察到步进机械系统运行平稳、机械误差较小;
水梁立柱打压时一次成功无泄漏,运转正常,汽化冷却系
统运转正常,循环泵密封垫经攻关后已经解决,旋转接头
无泄漏、运转良好;煤气系统经打压合格、运转良好;液
压站系统经调试、攻关、运转良好;PLC电控系统和 DCS
系统运行正常;炉内燃烧状况良好,燃烧正常。
保证值完成情况
经测试,
合同
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规定的各项保证值都达到了要求,其
中: 设计时板坯在炉内跑偏量保证值≤30 mm,实际≤10
mm;设计时板坯温度表面与中心温差 35 ℃,实际 32.2
℃,水管黑印温差,即 3#粗轧机最终道次后水管黑印检
测板坯在 19 ℃以下。而实际≤11.2 ℃;设计单位热耗
(1 485 ±5%)kJ/ kg,实际 1 509 kJ / kg;产量保证指标:
250 t / h,(加热标准坯尺寸 8 500 × 1 200 × 230),实际
256.96 t/h;氧化烧损率≤0.7%,实际 0.69%。
调试及使用过程中应注意的问题
调试
步进机械的调试,活动梁的行程: 上升、下降、前
进、后退逐一测量水梁立柱与密封箱的尺寸距离,以防
试车时,由于间距不够,碰坏水梁立柱;试车时定好前
后极限,点动试车;采用一块假板坯从炉尾装入至炉头
测试板坯在炉内跑偏值;煤气管路系统要按照冶金规程
标准进行严格的打压试验,合格后方可使用;汽化冷却
要完成煮炉、加药工作,并进行严密性打压试压,合格
后方可使用,要定好安全阀位置,保证安全;前后机械
设备,推出钢机、炉门、辊道、以及烟道闸板的调试;助
燃风机,液压站,热工仪表的调试;PLC电控系统和 DCS
系统、以及工业电视的调试等。
使用过程中应注意的问题
步进机械系统要定期检查维护。斜台面上油垢要定
期清洗加油,保持清洁光滑;汽化冷却,即水梁立柱、分
配联箱等要定期排污;煤气管道要定期排放冷凝水;严
格执行升降温制度,冷炉点炉到出钢时间不能 < 48 h;降
温时,800℃以上不超过 50℃ / h,800~ 200℃之间降
温速度不超过 30℃ / h;助燃风机出现故障要启动稀释风
机向烟道内输送冷风、以保护换热器;汽化冷却两台循
环泵出现故障时,要马上启动柴油泵、向水梁立柱供水;
炉内水梁立柱漏水,煤气严重低压必须采取停炉措施;炉
内铁皮堆积严重时,要定期清除。
结 语
本钢 5#步进梁式加热炉炉型结构先进合理,选件选
材优质得当,具有先进的设备技术及引进 (专利) 技术。
有特定规整的连铸坯作为原料,优质的高、焦炉混合煤
气,热装工艺先进,自动化水平较高,是一座高质量、低
消耗、先进的大型步进梁式加热炉。
加热设备