步进梁式加热炉的优化设计.pdf

文章编号10012698820010320037203 收稿日期2001204220 步进梁式加热炉的优化设计 刘铁男 本钢热连轧厂,辽宁本溪117021 摘要介绍了步进梁式加热炉在设计中采用的先进工艺、 先进装置、 先进技术专利 , 及使用效果。 关键词加热炉;步进机构;汽化冷却 中图分类号TG307 文献标识码A Optimizing Design for Walking Beam Heating Furnace LIU Tie2nan Benxi Iron and Steel Company , Benxi117021, China Abstract This paper introduces that the advanced technics , device , technology and the actual ef2 fect of application in production that was applicated in the design for walking beam heating furnace. Key words heating furnace ; walking beam mechanism; cooling by vaporized 1 概述 本钢热连轧厂4 加热炉是由重庆钢铁设计研 究院设计、 本钢自行施工的具有国内先进水平的大 型步进梁式加热炉,其设计产量为250 t/ h ,技术性 能见表1。该炉于1999年3月18日动工,2000年6 月初主体工程结束,主体工程施工历时15个月,6 月16日点火烘炉,保温22天后,于2000年7月8 日出钢,达到一次热负荷生产成功 2 本钢步进梁式加热炉的先进特征 2. 1 符合热装工艺,能够实现快装炉 4 加热炉的建设涉及到整个加热炉区的布局, 该炉与原三座推钢式加热炉长度相差12 m。本钢 原料现状有连铸坯又有初轧坯,在国外也属罕见。 4 加热炉设计工艺布局合理,工艺流程顺畅, 设计中既考虑了连铸至热轧的直接热送热装问题, 又预留了将来直接轧制的可能性,完全能够满足改 造后热连轧厂的工艺产品品种规格的生产需要,可 以大大地提高产品的产量和质量。设计中采用了4 种上料方式直接轧制HDR ,直接热装HDCR , 保温坑热装HCR ,冷坯装炉CCR。 这4种装炉方式,从连铸入口接口全部由微 机跟踪传送。实现了板坯自动定位,自动装炉,是一 种先进的上料方式。 2. 2 炉型选择及烧嘴配置合理 炉子本体共分6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,其中最长的 为热回收段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。均热段为平炉顶,并采用了重庆院生产的平焰 烧嘴,很适应坯料的均热;靠出料端第一排采用了重 庆院生产的双焰烧嘴,这种新型烧嘴可将火焰调为 平焰状、 球形状和直柱状,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任意调节。 73 工 业 炉 第23卷 第3期 2001年8月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 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,这些烧嘴选用了北京凯明洋能源公司设 计生产的油汽两用烧嘴。该烧嘴采用了第三代汽泡 雾化先进技术,所用的侧烧嘴火焰长度在5 m以上, 超过了炉子中心线。经现场实际观测,炉内温度均 匀,火焰形状较好,完全可以满足加热的要求。 表1 步进梁式加热炉主要技术性能表 序号项目名称单位技术数据 1炉子用途板坯轧制前加热 2加热钢种 低碳钢,优质碳素结构 钢,低合金钢,管线钢 3最大有效炉底面积m244. 69. 84 438. 9 4板坯规格 连铸坯厚度mm210 ,230 ,250 宽度mm800～1600 长度mm3 500～4 400双排 7 000～9 000单排 标准板坯mm2301 2008 500 板坯最大质量t每块24. 0 5板坯装炉温度℃ 常温占年加热量的 40 550 占 年 加 热 量 的 60 6板坯出炉温度℃1 200～1 250 7小时产量额定th- 1 250 加热标准坯时 最大th- 1 261 加热9 000 mm长 坯冷料时 8燃料及发热值 重油kJkg- 139 710 混合煤气kJm- 37 527 9燃料消耗量 重油kgh- 18 000 混合煤气m3h- 1 全炉 56 600 ,均热段 13 700 10重油压力炉前接点MPa≥0. 8 11煤气压力炉前接点Pa8 000 12助燃空气量额定m3h- 197 240 最大m3h- 1111 668 13助燃空气温度℃550 14预热器型式 高效管状预热器双行 程 15炉底强度冷装料 kgm- 2 h- 1 660 16单位热耗kJkg- 1全烧煤气1 485 kJkg- 1 均热段烧煤气,其它各 段烧重油1 380 17最大烟气量m3h- 1124 700 18炉子散热量kJs- 13 500 19步进机械型式 全液压传动滚轮斜台 面式 20水梁立柱冷却方式强制循环,汽化冷却 2. 3 先进的炉底步进机械 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 1 步进机构位置时间 - 速度曲 线所示。 图1 步进机构位置时间 - 速度曲线 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。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 时,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较小的。 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。 83 经验交流步进梁式加热炉的优化设计 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2. 4 先进的水封槽及刮渣机构 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。 2. 5 先进的步进梁配置 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 5根,活动梁和固定梁均采用双管结构,立柱则采用 单管及双管结构,水梁与柱管连接采用焊接结构。 直接支撑板坯的耐热垫块,在炉子的均热段与部分 第一加热段采用了ISCo240耐热钢,部分第二加热 段和预热段采用了ISCo220耐热钢,热回收段采用 Cr25Ni20TiRe稀土合金钢。耐热钢垫块与水梁 的连接采用骑卡形式,便于检修更换。 2. 6 先进的汽化冷却装置 汽化冷却是通过汽体在炉底管内进行循环,汽 和水的比重、 温度都存在较大差别,水温低,对钢坯 加热不利,会产生水冷黑印。而汽在管内循环时,板 坯温差较小,对钢坯加热质量有利。采用汽化冷却 节省能源消耗,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每小时需要循环水 1 000～1 200 m3/ h。而用汽化冷却只需要15～20 m3/ h ,汽化冷却产生的蒸汽完全可以回收,用于加 热炉雾化重油和采暖等。 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,其循环原理如下式所示 PHP泵γ水-γ汽 式中 H 汽包高度位能 , m P泵 循环泵压力动能 , MPa γ水-γ汽 汽水混合的比重差,MPa 工作原理汽包中的水由热水循环泵送入分配 联箱,部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,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。饱和水在 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饱和水,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。 汽化冷却设置情况汽包设置在 20. 0 m平 台,热水循环泵站设置在 0. 00 m ,分配联箱设置 在- 7. 7 m ,各进出口步进装置的固定联箱设置在 - 5. 5 m ,活动联箱设置在加热炉的平移框架上。 汽化冷却的关键环节是步进梁式加热炉采用汽 化冷却装置,在国内只有两家,除本钢热连轧厂外, 另外一家是鞍钢1 780 mm热连轧厂的加热炉,但 它的汽化冷却全套装置是引进国外技术;国产的,本 钢是第一家。成功的关键是选用由重庆院设计、 北 京京球节能开发公司生产的旋转接头。该结构是重 庆院专利技术,这种旋转接头为双道密封,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 产器件、 自行设计,本钢尚属首例。 2. 7 组装件的炉体钢结构 4 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。4 加热炉几千t的钢结构件安装工期 仅用了3个月时间;两座80 m高的烟囱安装只用了 25天时间,创造了本钢施工史上前所未有的记录。 2. 8 换热器 采用了带插入件的高效金属管状换热器二行 程 , 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。 2. 9 闸板 采用了无水冷耐热钢1Cr18Ni9Ti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。 2. 10 阀门 在煤气系统上采用了先进阀门技术。在煤气总 管上采用旋转的眼镜阀,替代过去的水封及盲板作 业,这种结构操作简单、 运行可靠。在烧嘴开闭器前 选用了重庆白士驿锻制阀门研究所生产的不锈钢锻 制球阀,这种球阀严密可靠,开关灵活。 2. 11 耐火材料 采用先进的筑炉技术和新型耐火材料。在砌 下转第44页 93 工 业 炉 第23卷 第3期 2001年8月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 烧嘴脉冲燃烧的频率来实现调节炉子供热负荷多 少,又是各个烧嘴相继交替分散进行工作的。它既 改变了以往传统中天然气与空气的连续调节为多点 开关控制,又改变了每一区域全部烧嘴集中开关脉 冲燃烧所造成炉压脉冲波动过大,使各个烧嘴既保 证高速等温燃烧,又保证在时间和空间上均匀地供 应负荷。故进一步提高炉温控制精度,也提高了炉 内温度场的均匀性。这是当前火焰炉热工控制领域 一种新型先进的燃烧控制技术。 4 结束语 该炉先后共建两台,投产一年多以来,基本是满 负荷工作,运行良好,各项指标均达到了设计要求。 4. 1 热处理质量高 两台炉投产以来,炉温波动完全可以控制在 10℃ 以内,热处理后的铸件表面氧化皮少,且各 项热处理性能指标全部达到要求。 4. 2 提高了炉子的热效率 经计量,23 t铸件耗用天然气为1 603 m3/炉, 23 t铸件退火所需热量为1. 298107kJ ,1 603 m3 天然气发热量为5. 97107kJ。因此该炉热效率为 1. 298107 kJ/ 5. 9710 7 kJ ,结果为 21. 7 , 而过去燃重油的热效率在11 以下,因此该炉热效 率提高了10. 7 。 4. 3 改善了劳动条件和环境 铸钢热处理炉油改气后,对环境也进行了改造。 炉墙、 炉顶加上了隔热层,地面铺上了水磨石,全跨 进行了封闭生产,再加上炉子燃料清洁,结构紧凑, 排烟顺畅。使热处理环境发生了巨大的变化,在铸 造厂内达到了少有的三无车间无灰、 无噪声、 无热 辐射。 4. 4 设备性能稳定可靠 两台炉在高作业率条件下使用了一年以上,烧 嘴、 换热器、 各种调节阀、 控制阀、 控制仪表等运行稳 定,炉体、 台车、 炉门均正常运行。 4. 5 存在的问题 由于台车炉使用垫铁将工件垫起,垫铁直接与 火焰接触,垫铁的使用寿命较低,且垫铁也吸收了一 部分热量,提高了热处理成本。我们通过在垫铁表 面涂刷远红外保温涂料,使用耐火水泥做垫块等措 施提高了垫块的使用寿命,减少蓄热量,取得了令人 满意的效果。 通过一年多的使用,这种新型天然气热处理炉, 性能先进、 运行稳定、 安全可靠,达到了设计要求。 上接第39页 筑方面采用了可塑耐火材料捣打炉顶,选用了大连 派力固和河南耕生实业耐火材料公司生产的可塑 料。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 些耐火材料经现场检验,使用效果良好。 2. 12 自动化水平高 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,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。 3 结论 本钢步进梁式加热炉炉型设计合理,选件选材 得当,有特定规整的连铸坯做为原料,燃优质高、 焦 混合煤气,热装工艺独特先进,自动化水平较高,是 一座高质量、 低消耗,具有国内先进水平的大型步进 梁式加热炉。 讲文明,树新风,弘扬科学精神,反对封建愚昧 44 技术改造新型台车热处理炉 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. QQ286925800咨询、交流加热炉、热处理炉；步进炉、推钢炉、环形炉、台 车炉、辊底炉、连退炉技术。 更多宝贵资料等您交流共有 60 张 CD 的工业炉资料可供选择