【正文】 1加熱爐培訓(xùn)教材第一章 加熱原理一、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盒斷輥等機(jī)械設(shè)備事故。2. 使坯料內(nèi)外溫度均勻，以避免由于溫度應(yīng)力過大造成成品的嚴(yán)重缺陷或廢品。3. 改善金屬的結(jié)晶組織或消除加工時所形成的內(nèi)應(yīng)力?？傊?，鋼的加熱對于鋼材的質(zhì)量、產(chǎn)量、能耗以及機(jī)械壽命等都有直接關(guān)系。二、鋼的加熱工藝： 1. 鋼的加熱工藝包括：1) 加熱溫度2) 加熱速度3) 加熱時間4) 爐溫制度5) 爐內(nèi)氣氛 鋼的加熱速度：加熱時間內(nèi)，鋼在加熱時的溫度變化叫鋼的加熱速度。 （單位：℃/h 或℃/min、mm/min） 鋼的加熱制度：鋼在加熱爐內(nèi)加熱升溫的溫度變化過程叫鋼的加熱制度。21) 加熱制度考慮的因素：? 鋼種? 坯料尺寸? 裝爐方式（冷裝/熱裝）? 爐膛結(jié)構(gòu)? 坯料在爐內(nèi)的布置方式（單、雙排，推鋼、步進(jìn)梁式、輥底式等）2) 加熱制度從爐型分為：? 一段式? 二段式? 三段式? 多段式三、鋼的加熱缺陷1. 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2. 預(yù)防加熱缺陷的措施 鋼的氧化1) 定義：鋼在加熱爐內(nèi)加熱時，鋼的表面同爐氣中的CO H2O、 OSO 2 發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵皮的過程叫鋼的3氧化。2) 生成的氧化鐵皮即所說燒損，通常為 ~3%。氧化鐵皮結(jié)構(gòu)示意圖如下：3) 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(dāng)達(dá) 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(shù)、完全燃燒成都等。爐氣成分對氧化的影響很大。按照對鋼氧化的效應(yīng)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(yīng)的氧化物，但由于這些氧化物組織結(jié)構(gòu)十分致密穩(wěn)定，可進(jìn)一步阻止鋼的氧化。4) 減少氧化的措施：? 快速加熱：減少鋼在高溫取得停留時間，加熱能力與軋鋼能力相匹配。Fe2O3Fe3O4FeOFe4? 控制爐內(nèi)氣氛：保證煤氣完全燃燒的前提下，減少過?？諝饬俊? 保持微正壓操作。? 減少燃料中的水分、含 S 量。 鋼的脫碳1) 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(fā)生反應(yīng)而使鋼中的碳含量降低，這種現(xiàn)象稱為鋼的脫碳。2) 脫碳的危害：脫碳后鋼的機(jī)械強(qiáng)度（尤其是硬度）大為降低，嚴(yán)重時其疲勞強(qiáng)度也降低（如彈簧鋼） 。3) 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。4) 預(yù)防措施：? 快速加熱，減少鋼在高溫段的停留時間。? 正確選擇加熱溫度，避開易脫碳的峰值范圍。? 適當(dāng)調(diào)節(jié)和控制爐內(nèi)氣氛。 鋼的過熱、過燒1) 鋼的過熱：當(dāng)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(jī)械性能變壞，這種現(xiàn)象叫鋼的過熱。? 防止鋼過熱的措施：? 掌握好加熱溫度5? 減少鋼在高溫段的停留時間? 適當(dāng)縮短加熱時間2) 鋼的過燒：當(dāng)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(jìn)入晶粒間隙，使金屬發(fā)生氧化并促使融化，導(dǎo)致晶粒間的結(jié)合力被破壞，是鋼失去本身的強(qiáng)度和塑性，這種現(xiàn)象叫鋼的過燒。? 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?？諝饬?鋼的加熱溫度不均1) 原因：加熱時間不足、均熱時間不足、燃料分配不當(dāng)。2) 內(nèi)容：心表溫度不均、上下表面溫度不均、長度和寬度方向上溫度不均。3) 預(yù)防措施。? 鋼的加熱溫度應(yīng)嚴(yán)格按照鋼種的溫度制度、供熱制度和爐壓制度進(jìn)行操作。? 適當(dāng)延長鋼的加熱時間和均熱時間。? 提高下加熱爐堂溫度，適當(dāng)延長鋼在均熱段的停留時間。? 適當(dāng)調(diào)整燒嘴的開啟度、及時開啟的個數(shù)，來調(diào)整燃料在長度和寬度上的分配。3.6第二章 加熱爐工藝描述一、了解和掌握有關(guān)的術(shù)語：? 緩沖時間= 軋機(jī)停止期間，在運(yùn)行情況下，沒有影響鑄機(jī)。 ? 在軋機(jī)入口兩塊板坯的間隔時間（間隙時間）=在 F1 機(jī)架上一塊板坯軋制終了到下一塊板坯軋制開始的時間。? 純軋時間= 在正常的鑄坯溫度和拉坯軋制速度情況下，無換輥和其它耽擱的運(yùn)行。在穩(wěn)定狀態(tài)，下面板坯數(shù)量在加熱爐是允許的：厚度 52 mm 60 mm 68 mm板坯數(shù) 5? 恢復(fù)時間= 在一次停軋之后，爐子需要一段時間恢復(fù)到再次正常軋制情況下的狀態(tài)，因為爐內(nèi)空余的區(qū)域儲存在軋機(jī)停軋時由鑄機(jī)送來的板坯。這個恢復(fù)時間的長短將依據(jù)鑄造速度、板坯的輸入溫度、板坯厚度、軋制速度、軋機(jī)停機(jī)時間的長短來確定。? 加速輥= 當(dāng)被加熱到目標(biāo)溫度的板坯尾部到達(dá)這組輥道后，板坯將被加速運(yùn)行。? 板坯的平均溫度= 關(guān)于板坯在爐子輸入/輸出端的平均溫度描述如下：? 利用加熱爐入口處的理論溫度曲線， SMS 送來的每塊板坯的厚度，模型通過在加熱爐熱入口處由高溫計測得板坯的表7面溫度，提起一個修正因數(shù)，然后預(yù)算板坯的平均溫度。? 通過加熱爐數(shù)學(xué)模型計算的板坯的表面溫度被用來核對在出口處用高溫計測得的溫度。在這種情況下（相符？） ，通過高溫計測得的板坯的表面溫度被認(rèn)為是板坯在那個段的平均溫度。二、 CSP 加熱爐概述1. CSP 加熱爐布置形式：CSP 加熱爐將被設(shè)計為雙線運(yùn)行的模 式，爐子的 A 線與軋制線保持一致。2. CSP 加熱爐的形式：CSP 加熱爐的形式是蓄熱式隧道爐。3. 爐子的主要功能：? 均勻加熱薄板坯到軋制所需的軋制溫度；? 將各線鑄造的板坯運(yùn)送到軋機(jī)的輸入側(cè)。4. 加熱爐的燃料：混合煤氣。5. 燃燒控制方式：自動的控制模式。手動操作只是在有故障或檢 修維護(hù)的情況下被選用。三、加熱爐的組成：1. 鋼結(jié)構(gòu)2. 耐火隔熱層3. 加熱系統(tǒng)（助燃?xì)夂突旌厦簹猓?. 爐輥（）85. 機(jī)械設(shè)備6. 管路（燃?xì)?、水冷、助燃空氣、氮氣管路等?. 電氣設(shè)備（）8. 輔助設(shè)備四、加熱爐的有關(guān)技術(shù)特點：1. 加熱爐配備了一可旋轉(zhuǎn)的擺渡段。擺渡段的作用是將 B 線的板坯運(yùn)送到布置在軋機(jī)前方的 A 線。2. 輥底式隧道爐接收來自鑄機(jī)（速度與拉速一致）的定尺薄板坯。兩座爐子在接收板坯的速度方面將與各線的鑄機(jī)保持一致，加熱過程將依據(jù)薄板坯的輸入溫度來確定，對輸入的板坯將進(jìn)行爐內(nèi)跟蹤并且在爐子的輸出端將與軋機(jī)的速度保持一致。3. 由于加熱、均熱保溫、緩沖的原因，爐子有一個足夠長的總長度。所以在軋機(jī)換輥時不會影響到鑄機(jī)的正常生產(chǎn)。4. 爐子的最小緩沖時間是 10 分鐘。5. 鑄機(jī)在正常穩(wěn)定的生產(chǎn)條件下，爐子能夠保證板坯加熱的輸出溫度、板坯在斷面上溫度的均勻性和一定的緩沖時間。為滿足軋制要求板坯的輸出溫度是 1050℃~1150℃之間（具體數(shù)值依據(jù)鋼種和軋制工藝制度）6. 由加熱爐送來進(jìn)入軋機(jī)的鑄坯在鑄坯長度方向、厚度方向、寬度方向上的溫度偏差是177。10℃。板坯溫度良好均勻性對確保軋制過程的穩(wěn)定、熱軋產(chǎn)品良好的板型和平直度起到至關(guān)重要的作用。五、加熱爐工藝流程描述9從鑄機(jī)拉出的已經(jīng)鑄好的熱坯會由布置于加熱爐輸入端頭的剪子剪切到所需的定尺。當(dāng)完成一次剪切后，這塊被切下的板坯會加速運(yùn)行一小段時間在剪切端面處與“母坯”形成 ~ 的間距。這一操作所需的控制信號由鑄機(jī)發(fā)出。這些由鑄機(jī)生產(chǎn)出來的板坯保持與連鑄相同的速度進(jìn)入加熱爐，并且會一直保持這個速度直到板坯尾部通過加速輥道為止。在這個區(qū)域板坯會被加熱到所需的溫度。然后板坯加速向前朝著軋機(jī)的方向運(yùn)行，在這個過程中板坯將保持一個適宜的速度穿過二加、均熱區(qū)域。并且板坯在長度、寬度、厚度方向上溫度的均勻性也是在這段運(yùn)行中完成的。最后板坯離開均熱區(qū)保持與 F1 同步的速度進(jìn)入軋機(jī)。這一操作所需的控制信號由軋機(jī)發(fā)出。板坯是在單獨傳動水冷的輥子上運(yùn)行穿過加熱爐的。水冷輥由支撐空心輥、耐火材料和耐熱合金輥環(huán)組成，輥環(huán)支撐板坯。耐火隔熱層的作用是為了減少熱損失。合金輥環(huán)和絕熱層的設(shè)計參考了各種隧道爐的使用情況。為了保證爐子的操作功能，每個輥子各自有一臺齒輪電機(jī)與之相連并且由各自的 VVVF 變頻器進(jìn)行調(diào)速。在緩沖期間輥可以正反轉(zhuǎn)（板坯震蕩） ，在等待軋機(jī)要鋼或有故障發(fā)生時這一功能是必須的（詳細(xì)介紹請看附件 2 中的自動動能描述） 。震蕩的行程與輥子旋轉(zhuǎn)一周相等（大約 1m）震蕩速度大約是。為整座爐子提供了一套閉循環(huán)冷卻水動力系統(tǒng)。10在正常的運(yùn)行情況下爐子內(nèi)的板坯會被掌控在筆直的傳送方向上。并且會始終保持著這種狀態(tài)穿過爐子下游到達(dá)均熱段然后離開爐區(qū)進(jìn)入軋機(jī)（F1） 。受控于加熱爐自動功能下的跟蹤系統(tǒng)計算每塊板坯的位置、爐中的空位和板坯的運(yùn)行時間。六、加熱鋼種：? 碳鋼? 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼? 高強(qiáng)度低合金鋼? 汽車剛? 管線鋼? 耐候鋼? 低碳鋼、超低碳鋼六、加熱系統(tǒng)簡介1. 影響板坯輸入溫度的因素是：? 連鑄速度? 板坯厚度? 質(zhì)量2. 加熱系統(tǒng)將完成由輸入溫度到輸出溫度的升溫過程，這個過程是由計算機(jī)控制的。為實現(xiàn)這個目的， （這里）布置了 8 個單獨的溫度區(qū)域。設(shè)計的適合于在燒嘴內(nèi)使用 500℃助燃空氣的燒嘴布置在所有的區(qū)域內(nèi)。11燒嘴安裝在加熱爐兩側(cè)的爐墻上位于板坯輸送線的上方。嵌入兩側(cè)爐墻內(nèi)的燒嘴是錯列布置的。在板坯橫穿加熱爐期間這些燒嘴是連續(xù)工作的。在各條煙道中的廢氣流向換熱器然后由煙囪排出。廢氣不會倒流入爐腔內(nèi)。換熱器安裝在與助燃空氣流向相反的位置，通過熱交換達(dá)到儲存能量預(yù)熱助燃空氣的目的。助燃空氣將會經(jīng)過熱風(fēng)管路送入燒嘴。在爐內(nèi)生成的氧化鐵皮會落到爐子底部并且被定期運(yùn)走。爐底下面設(shè)計有漏斗形料坑和卸料門（氧化鐵皮） ，通過由壓縮空氣控制的汽缸機(jī)構(gòu)可以將這個門打開。爐底下面的氧化鐵皮用一臺叉車或前斗車清除。七、修理區(qū)及特殊工具? 這里提供了一個 C 形鉤，用來更換那些需要處理或修補(bǔ)的爐輥。C 形鉤的使用是通過天車來完成的。? 在爐膛以外的區(qū)域有一個修理區(qū)域（用來修復(fù)爐輥）八、自動控制系統(tǒng)用于加熱爐控制的自控系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動化級（1 級）和計算機(jī)級（2 級）組成。在 1 級上有兩個獨立的系統(tǒng)用于過程控制。一個系統(tǒng)將用來控制所有機(jī)械設(shè)備的功能（操作系統(tǒng)） ，第二個系統(tǒng)用于燃燒控制。在HMI 中將會提供這兩個系統(tǒng)的操作畫面。為了保證所需的加熱溫度和沿板坯長度方向上溫度的均勻性，12同時考慮到了爐內(nèi)板坯每一時刻速度的變量，基于以上因素加熱設(shè)備運(yùn)行在一過程控制機(jī)的操控之下。爐內(nèi)的熱傳導(dǎo)是以一個物理數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，檢測板坯在輸入和輸出側(cè)的溫度，并將測量結(jié)果完整地輸入加熱控制系統(tǒng)以便于進(jìn)行前饋（預(yù)計算）和反饋（校正動作）控制。這樣就可使板坯加熱到所需的溫度范圍。板坯輸送的速度范圍設(shè)計為 ~。在爐子入料側(cè)用于板坯運(yùn)輸?shù)膫鲃訖C(jī)構(gòu)的輸送速度將與鑄機(jī)的拉坯速度保持同步，而且在爐子的出料側(cè)這個速度與軋機(jī)保持同步。由鑄機(jī)和軋機(jī)的一級系統(tǒng)向加熱爐的物料運(yùn)輸操控系統(tǒng)發(fā)的這個速度信號用于改變爐輥轉(zhuǎn)速的控制。1. 操作控制系統(tǒng)配備在此的可編程邏輯控制器（PLC）將控制（本區(qū)域）所有的機(jī)械設(shè)備的功能?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）安裝在電氣室中。PLC 利用 DP 總線上的信息通過變壓變頻器（VVVF）控制爐輥的轉(zhuǎn)速。這個變頻器將會安裝在電器室中或爐子附近， （安裝位置）取決于變頻器到單傳電機(jī)的最小距離。通過直接的數(shù)據(jù)傳輸爐子系統(tǒng)將得到有關(guān)鑄速和剪切的信息。通過安裝在爐子入料側(cè)的第一個光電管進(jìn)行板坯輸入的確認(rèn)和識別。已經(jīng)輸入爐中的板坯會在拉坯的速度下運(yùn)行，直到板坯尾部通過加速點。然后，板坯以一個合理的速度加速運(yùn)行直到到達(dá)爐子的末端。13板坯一離開爐子的均熱段就將進(jìn)行下面的軋制工序。板坯的出爐速度等于第一架軋機(jī)的轉(zhuǎn)速。爐區(qū)的 PLC 將通過硬線 I/O 接口接收由軋機(jī) PLC 來的這個（要鋼的）信息。然后在出爐開始的時候，爐區(qū)的 PLC 會將板坯的有關(guān)信息發(fā)給軋機(jī)的 PLC。爐區(qū)的 PLC 跟蹤板坯橫穿加熱爐的全過程。輸入到板坯跟蹤系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)包括：輥子的轉(zhuǎn)動速度值、由光電管來的信號和計算的板坯下面的輥子的數(shù)量。只要板坯的運(yùn)送被終止，輥道正反轉(zhuǎn)的震蕩功能會被自動觸發(fā)，板坯將在一定的區(qū)域內(nèi)保持?jǐn)[動的狀態(tài)。爐子的旋轉(zhuǎn)擺渡段由 PLC 進(jìn)行控制（一臺 PLC 控制爐子的 A線和 A 線上的擺渡段，另一臺 PLC 控制爐子的 B 線和 B 線上的擺渡段） ，擺渡段的動作將由板坯的交付需求和緩沖時間來確定。擺渡段的旋轉(zhuǎn)定位通過絕對值編碼器和接近開關(guān)進(jìn)行控制；通過對 AC電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)矢量控制實現(xiàn)擺渡段的旋轉(zhuǎn)動作。 并列布置的這兩個旋轉(zhuǎn)段通過局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(例如：DP總線)，這些數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)兩座爐子的控制。 （兩個爐子的控制參數(shù)究竟采用哪一個）可以二選一（詳細(xì)說明在初步設(shè)計是給出）操作系統(tǒng) PLC 中兩個通過 MPI 連接起來的 CPU 之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。安裝在爐子的輸入端和輸出端的工業(yè)電器監(jiān)督入料和出料的過程。在旋轉(zhuǎn)區(qū)域還添加了一臺監(jiān)視器用于旋轉(zhuǎn)動作的控制。PLC 控