维普资讯 加热设备 工业加热》第34卷2005年第 4期 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 Il7000) 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惠 文献标识码：A 文章编号：1002．1639(2005)04．0034．03 DesignofStep-by-stepHeatingFurnace HUANGZuo—wei．LIU Tien—nan (BenxiSteelGroupCo．Ltd．，BenxiII7000，China) Abstract：Inbrief： InthispassageyouwillgetknowledgemainlyaboutNo 5step—by—stepfurnaceequippedinTheHotRollingM illofBX ． SteelCo．intheaspectoftheadvancedtechnique，equipmentandknow—how． M eanwhilethepassagealsoillustratesthepracticalconclusion ofthematerialsandspare—partsmountedandusedinthefurnace，whichprovidesainstructionalguidelineforthesimilarprojectsindesign， manufecture， engineeringconstructionandoperationafterwards． Keywords：step—by—stepheatingfurnace；vaporizationcooling；watercooledblack—print 1 概 述 最大 261(加热 9000lllm长坯冷料 时) 本钢热连轧厂原有三座推钢式加热炉和一座步进式 混合煤气发热值 ／kJ·In 7527 加热炉，为了提高产品产量，降低消耗，满足热连轧年 混合煤气消耗量 m／ ·h 全炉最大 56600，经常49300 产 450万 t产品的要求，并在不影响生产的前提下，又新 煤气压力 kPa 8 建了一座5步进梁式加热炉。 助燃空气量m／ ·h 95000 2003～2004年一次点炉成功，总施工时间为 l3个 最大 109200 月。点火烘炉保温 20天后，于2005年 1月出第一块红 助燃空气预热温度PC 590 钢 ，达到一次热负荷生产成功。 预热器型式 高效管状预热器 (双行程) 炉底强度 ‘装 ) 66o 2 步进梁式加热炉具有的先进特征 kg ’ m【 ‘‘hJ 本钢热连轧厂 5加热炉设计产量250t／h，其主要性 单位热耗 ／kJ·kg 1485 能参数如下 ： 最大烟气量 m／ ·h一 157000 炉子散热量／kJ·S 3500 炉子用途 板坯轧制前加热 步进机械行程 m／m 升 100，降 100，共 200，平移 500 钢种 低 水梁立柱冷却方式 强制循环，汽化冷却 最大有效炉底面积／m 44．6×9．84=438．9 炉型结构先进合理，具有以下特征： 板坯规格 (1)符合热装工艺，能够实现顺快装炉。5与4 加 连铸坯尺寸／mm 厚度 210，230，250 热炉共用一条装炉辊道，这条装炉辊道直接与本钢炼钢 宽度 800～ 1600 厂连铸车间相连 ，连铸坯直接由炼钢厂连铸机拉出运送 长度 3500～4400 (双排)， 到热轧厂，连铸坯装炉温度可达600～800℃。 标准板坯 m／m 230×1200×8500 (2)炉型结构选定及烧嘴配置合理5步进梁式加热 板坯最大质量／t 每块 24 板坯装炉温度 ℃ 常温 炉示意见图 l。 55O ：耋篆茎器 ；’ 炉子本体共分六段 ，即进料门厅、热回收段、预热 板坯 出炉温度／oC 1200～ 1250 段 、第一加热段、第二加热段 、均热段 ，其中最长段为 产量 ／t·h 额定250 (加热标准坯时) 热回收段 (长 14l00mm)，这种延长的热回收段 ，更有 收稿 日期 ：2005—04—06；修回日期 ：2005．06．09 利于热量的回收，降低废气温度，增加坯料传热 均热 作者简介 ：黄作为 (1970一 )，男，硕士学位 ，热能工程师 ，从事 段采用平焰烧嘴，很适应坯料的均热 ；靠出料端第一排 设备管理工作． 采用双焰烧嘴，这种新型烧嘴可将火焰调为平焰状、球 34 维普资讯 带 加热设备 工业加热 第34卷2005年第 4期 形状和直柱状 ，更有利于炉头钢的加热，及时满足轧制 用轴向烧嘴供热 ，加热段下部采用侧烧嘴供热 。经现场 温度的要求。均热段下部采用煤气可调焰烧嘴，这种烧 实际观测 ，炉内温度均匀、火焰形状较好，完全可以满 嘴火焰形状和长度可根据需要进行调节。加热段上部采 足烧钢的要求。 一 装料r阡 热回收段 预热段 第一加料段 第二加料段 均热段 ≥ ， 0 出 出 装 料 料 料 端 辊 辊 道 道 炉子进料线lnn 口—一 线 线 I l +l+l+ 进料端 ll I- Il_瞄出 ==￡，‘j} IllIII工一一】 口一 二== ． 夸国 岳 之 ，夸 - 一L _ - - - R Ilr一H Ir ● ● ●● JI l Ⅲ lI l0目 I 』l母 专母 夸夸 岳 夸日旰夸象 ’JU L L上 ， 几l r．1 r圊 I_弪至三 ‘llI； l[喝z 『 L ● 自画 荨 闫 (菲 {皓 三 晦 I ● ● ● IF ll『 —帏 … … * lI R} -』一 l 【¨ I i II ： l～●一77oo一 IIl l ．． ●l,l ‘ ·’ ·． · ’ ．- ’ “ ， ’ ．‘．． ．‘ ．．‘ ． ． · ． ． 、 ： ·· ·．．·‘． ．· ． ‘- ’· ·． 图 I 5 步迓 桀．式加热炉不蒽 图 (3)炉底步进机械。炉底步进机械采用全液压传动 mm，是国内步进梁式加热炉中跑偏最小的。本钢步进梁 双轮斜台面式。其运行轨迹如图 2 [步进机构位置 (时 式加热炉步进机械采用液压斜台面形式，设备简单，炉 间)．速度曲线】所示 。为限制机械、液压冲击和振动对 子下面空间宽敞，便于设备安装、调试及检修维护。 步进梁及板坯产生不良的影响 ，对步进梁的升降和平移 (4)水封槽及刮渣机构江南·体育(JN SPORTS)官方网站。水封槽的作用是对活动立 运动的加速 、减速和速度进行了准确有效的控制 。步进 柱通过的炉底开孔进行密封 。通过炉底开孔掉入水封槽 梁按装料端和出料端侧分为两段 ，升降运动时加热炉步 内的氧化铁皮及小块耐火材料等杂物，借助刮渣机构 ，依 进梁的装料端和出料端可单独升降，也可同时升降；平 靠步进梁的步进运动将渣刮向装料端 ，通过皮带机使之 移运动时，两段步进梁同时动作 (由一只液压缸驱动)。 落入地坑内的渣斗内，再定期吊走。水封槽对应于平移 平移和升降不同时动作。 框架，也分为两段。 平移 (5)步进梁配置 。为了减少水冷黑印，加热段和均 121．2mm／s (液压缸 ) 热段水梁配置布置为交错形式 ，炉底水梁设活动梁4根， 一 固定梁 4～ 5根 ，活动梁和固定梁均采用双管结构，立 一 趟 柱则采用单管或双管结构，水梁与柱管连接采用焊接结 束 一 一 罄￡ 构。直接支撑板坯的耐热垫块在炉子的均热段与第一加 ∽ ＼ E E 热段采用了 ISCo-40耐热钢，第二加热段和预热段采用 E E 。； 了ISCo一20耐热钢 ，热回收段采用 Cr25Ni20TiRe(稀土) 121．2mm／s(液压 缸 ) 合金钢。耐热钢垫块与水梁的连接采用了骑卡形式 ，便 平移 于检修更换。 图2 步进机构位置 (ft~lhG)-速度 曲线)先进的汽化冷却装置 ①炉底水梁和立柱等采用汽化冷却工艺，其优点是 当需要进料端或出料端的步进梁单独运送板坯时，将 节能 ，节水效果突出。一台250t／h的步进梁式加热炉如 该段的升降液压缸供油 ，使步进梁上升或下降，另一段 果采用水冷却需要循环水 1000～ 1200rn ／h。而用汽 的升降液压缸不供油，使其保持原位不动，再通过平移 化冷却只需要 15～20 ，汽化冷却产生的蒸汽完全可 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 以回收 ，用于加热炉和采暖等。汽化冷却的循环原理：本 送板坯 ，则需将两段的升降液压缸同时供油 (同时动作) 钢步进梁式加热炉采用的是强制循环方式汽化冷却装置， 来实现。 该液压系统由以下部分组成：驱动液压缸、液 其循环原理如下列公式所示 压动力装置、液压控制阀台、液压中间配管。 P—H ·Pp( —yq) 工艺操作由电控系统 PLC控制完成，有三种操作方 式中：H为汽包高度 (位能)，rn；Pp为循环泵压力 (动 式 ：即手动、半 自动和 自动 。为防止钢坯在活动梁运行 能)MPa；(ys—ya)为汽水混合的重度差，kg／m 。 过程中的叠加跑偏，在升降框架和水平框架两侧分别安 工作原理：汽包中的水由热水循环泵送人分配联箱， 装了导向轮。经调试检验，该炉最大跑偏量只有 10～ 15 35 维普资讯 加热设备 工业加热》第34卷2005年第4期 分从分配联箱进人人 口步进装置 (包括柔性组件、上下联 水梁立柱打压时一次成功无泄漏，运转正常，汽化冷却系 箱、阀门等)后，再送人冷却构件 (活动梁及立柱)，然 统运转正常，循环泵密封垫经攻关后已经解决，旋转接头 后从冷却构件引至出口步进装置 (包括柔性组件、上下联 无泄漏、运转良好；煤气系统经打压合格、运转 良好；液 箱、阀门等)，经上升管回到汽包。另一部分从分配联箱 压站系统经调试、攻关、运转 良好；PLC电控系统和DCS 引出经固定冷却构件 (固定梁及立柱)后回到汽包。水在 系统运行正常；炉内燃烧状况 良好，燃烧正常。 梁和立柱中吸收热量成为汽水混合物，汽水混合物在汽 3．2 保证值完成情况 包中分离为蒸汽和水 ，水再重复上述的循环。停电时可 经测试 ，合同规定的各项保证值都达到了要求，其 由柴油泵快速启动，向受热部分供水，保证炉子安全运行。 中：设计时板坯在炉内跑偏量保证值 ≤30mm，实际 ≤10 ③汽化冷却的关键环节。5步进梁式加热炉采用汽 mm；设计时板坯温度表面与中心温差 35℃，实际32．2 化冷却的关键设备是旋转接头，旋转接头是专利技术，双 ℃，水管黑印温差，即3粗轧机最终道次后水管黑印检 道密封，旋转几万次不泄漏 ，运行十分可靠 ，价格比国 测板坯在 19℃以下 。而实际≤11．2℃；设计单位热耗 外低廉。在大型步进加热炉上采用汽化冷却 ，并选用国 (1485土5％)kJ／kg，实际 1509 kJ／kg；产量保证指标： 产件、自行设计 ，本钢尚属先例。 250t／h，(加热标准坯尺寸 8500×1200×230)，实际 (7)组装件的炉体钢结构。5加热炉钢结构分炉底 256．96th／；氧化烧损率 ≤0,7％，实际0．69％。 钢结构、装出料端钢结构、炉顶钢结构、侧墙钢结构、烟 4 调试及使用过程中应注意的问题 道钢结构和炉顶平台等。钢结构设计全部采用螺栓定位、 4．1 调试 现场组装。这种预组装方式 ，提高了制造等级标准和质 步进机械的调试，活动梁的行程：上升、下降、前 量，缩短了建设工期。5加热炉几千吨的钢结构件安装 进、后退逐一测量水梁立柱与密封箱的尺寸距离，以防 工期仅用了3个月；两座 80m 高的烟 囱安装只用了25 试车时 ，由于间距不够，碰坏水梁立柱；试车时定好前 天，打破了本钢施工史上的记录。 后极限，点动试车 ；采用一块假板坯从炉尾装入至炉头 (8)在换热系统中采用了带插入件和保护管组的2行 测试板坯在炉内跑偏值；煤气管路系统要按照冶金规程 程高效金属管状换热器，可以将助燃空气预热到550℃。 标准进行严格的打压试验，合格后方可使用；汽化冷却 为防止事故状态换热器损坏，还设计了一台稀释风机，以 要完成煮炉、加药工作，并进行严密性打压试压 ，合格 备事故状态向烟道内输送冷风、保护换热器 。在烟气系 后方可使用，要定好安全阀位置，保证安全；前后机械 统中采用了无水冷耐热钢 (1Cr18Ni9Ti)旋转闸板。该闸 设备，推出钢机、炉门、辊道、以及烟道闸板的调试；助 板不存在漏水事故、轻便、灵活、可靠、检修维护量甚 燃风机 ，液压站，热工仪表的调试；PLC电控系统和DCS 少。另外在煤气总管上采用了旋转的眼镜阀，替代了过 系统 、以及工业 电视的调试等。 去的水封及盲板作业，这种结构操作简单、运行可靠。 4．2 使用过程中应注意的问题 (9)科学合理设计各部分耐火材料 ，采用先进捣打 步进机械系统要定期检查维护。斜台面上油垢要定 设备 。根据炉子各部位的工况条件并考虑炉体各部位同 期清洗加油，保持清洁光滑；汽化冷却 ，即水梁立柱、分 寿命的原则，在砌筑方面采用了可塑耐火材料捣打炉顶 ，， 配联箱等要定期排污；煤气管道要定期排放冷凝水 ；严 炉体侧墙采用低水泥浇注料 ，水梁立柱采用 自流浇注料 格执行升降温制度，冷炉点炉到出钢时间不能48h；降 浇注，烟道部分采用粘土质浇注料。两座 80m高的烟囱 温时，800℃以上不超过 50℃ ／h，800～200℃之间降 也采用了轻质浇注料捣打喷涂。这些耐火材料经现场观 温速度不超过 30℃ ／h；助燃风机出现故障要启动稀释风 察，使用效果 良好 。 机向烟道 内输送冷风、以保护换热器；汽化冷却两台循 (10) 自动化水平较高。在活动梁分段处和出炉端第 环泵出现故障时 ，要马上启动柴油泵、向水梁立柱供水； 一 块钢坯的前沿位置设置 了激光检测设备和工业 电视，操 炉 内水梁立柱漏水 ，煤气严重低压必须采取停炉措施；炉 作工可 以随时观察到炉 内板坯移动状态和燃烧状况，也 内铁皮堆积严重时，要定期清除。 实现了板坯 自动定位 。同时，推钢机、活动梁和前后炉 5 结 语 门、出钢机全部采用联锁控制 ，操作者只需按一次按钮， 本钢 5步进梁式加热炉炉型结构先进合理，选件选 即可实现 自动出钢。 材优质得当，具有先进的设备技术及引进 (专利)技术。 3 运行情况 有特定规整的连铸坯作为原料 ，优质的高、焦炉混合煤 3．1 运行情况 气 ，热装工艺先进，自动化水平较高，是一座高质量、低 使用观察到步进机械系统运行平稳 、机械误差较小； 消耗、先进的大型步进梁式加热炉。 36

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