【文章內(nèi)容簡介】 熱軋生產(chǎn)中，廣泛采用步進(jìn)式加熱爐對鋼坯進(jìn)行爐內(nèi)步進(jìn)式運(yùn)送并加熱。加熱爐是鋼鐵企業(yè)熱軋生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能直接影響到加熱爐的能耗和最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、坯成材率、軋機(jī)設(shè)備壽命以及整 個(gè)主軋線的有效作業(yè)率。根據(jù)工藝要求，要將鋼坯循序漸進(jìn)地、均勻地加熱到所有要求的溫度，才能到軋鋼工序去軋制。目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)大多采用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 共 62 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 步進(jìn)式加熱爐，因此下面結(jié)合國內(nèi)某鋼鐵廠的步進(jìn)式加熱爐來簡要介紹一下步進(jìn)式加熱爐的工藝。該廠新建了一條棒材熱連軋生產(chǎn)線，其中配有一臺步進(jìn)式加熱爐，用來加熱合金鋼，使其達(dá)到熱連軋所需要的溫度分布。該步進(jìn)式加熱爐采用的是端進(jìn)側(cè)出的裝鋼方式，其有效爐長為 29348mm，爐膛內(nèi)部寬 5800mm，有效爐底面積為 ，爐子的額定產(chǎn)量為 70t/h，爐底的單位過鋼量為 503Kg/(m2 h)，加熱爐步進(jìn)梁的步距為 230/320mm，步進(jìn)周期 34s。加熱的鋼種主要有軸承鋼、不銹鋼、合金鋼、碳結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼等。 加熱的鋼種主要有：軸承鋼、不銹鋼、合金鋼、碳結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼等。加熱鋼坯的規(guī)格主要有： 240mm 240mm 3500mm、 200mm 200mm 5000mm、 150mm 150mm5000mm、 120mm 120mm 5000mm。 該步進(jìn)梁加熱爐的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。該加熱爐沿著爐長方向分為預(yù)熱段、加熱Ⅰ段、加熱Ⅱ段和均熱段，其中預(yù)熱段的長度比較長，主要是為了充分利用煙氣的熱 量來預(yù)熱鋼坯，以提高燃料的利用率。為了將鋼坯加熱到規(guī)定的目標(biāo)溫度，加熱爐以冷發(fā)生爐煤氣為燃料，通過加熱段Ⅰ、加熱段Ⅱ和均熱段對鋼坯進(jìn)行加熱。在進(jìn)行爐溫控制的時(shí)候，預(yù)熱段內(nèi)沒有設(shè)置燒嘴不參與控制，加熱段Ⅰ、加熱段Ⅱ和均熱段各段的上下區(qū)域都設(shè)有燒嘴，因此可將加熱爐分為六個(gè)控制區(qū)域進(jìn)行控制。 圖 步進(jìn)梁加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖 鋼坯的加熱過程介紹如下： 首先，用電磁式吊車將鋼坯成排的吊運(yùn)并放到裝鋼臺架上，由裝鋼臺架的鏈 式運(yùn)輸機(jī)將鋼坯逐根送到第一組裝鋼輥道旁的撥鋼機(jī)槽內(nèi)，再由撥鋼機(jī)的撥鋼杠將其撥到第一組輥道上 。在由第一組輥道運(yùn)送到第二組輥道的過程中檢測鋼坯的長度，不合格的鋼坯將由設(shè)置在第二組輥道上的剔除裝置，并收集到旁邊料架上，而合格的鋼坯將在第二組輥道上進(jìn)行稱重，然后被運(yùn)到第三組輥道上準(zhǔn)備裝爐。在加熱爐準(zhǔn)備要鋼時(shí)，再把鋼坯從第三組輥道送至第四組輥道，并根據(jù)鋼坯的長度將鋼坯準(zhǔn)確的固定在第四組輥道上。此時(shí)，加熱爐的步進(jìn)梁伸到鋼坯底部的輥道之間將鋼坯托起、前進(jìn)、下降，將鋼坯放到固定梁上，步進(jìn)梁接著下降脫離鋼坯，然后退到下一塊鋼坯的底部，再依次重復(fù)上述的托起、前進(jìn)、下降、脫離、后退等步驟，將下一塊鋼坯裝進(jìn) 爐內(nèi)，如此反復(fù)的運(yùn)動(dòng)，使得鋼坯在爐內(nèi)能夠步進(jìn)式的前進(jìn)，從預(yù)熱段經(jīng)加熱段Ⅰ、加熱段Ⅱ和均熱段的加熱，最終送到出鋼端的出鋼懸臂輥道上，然后由 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 共 62 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 該輥道將加熱好的鋼坯運(yùn)送出爐，經(jīng)過飛剪和高壓水除鱗后送到粗軋機(jī)組進(jìn)行軋制。 加熱爐的熱工制度主要包括溫度制度、燃料燃燒制度和爐壓制度等。為了保證燃燒的正常進(jìn)行，該加熱爐采用了雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)與帶動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臓t壓控制系統(tǒng)，同時(shí)對煤氣的溫度、壓力與助燃空氣的溫度、壓力以及熱風(fēng)放散溫度分別進(jìn)行控制。在熱連軋生產(chǎn)線上，加熱爐應(yīng)該在保證向粗軋機(jī)提供符合軋制工藝要求的溫度分布的鋼坯 的同時(shí)，盡可能的降低加熱爐的能耗和鋼坯的損耗，因此，目前普遍采用低溫出鋼的方法對鋼坯進(jìn)行加熱。通過這種方式不僅可以降低加熱爐的加熱能耗，而且對于延長加熱爐的使用壽命、減少爐體的渣量和清渣操作都是很有利的。由于鋼坯的成本較高，因此應(yīng)在加熱過程盡量減少鋼坯的燒損和氧化鐵皮以及防止脫碳等情況的發(fā)生就顯得尤為重要。減少鋼坯燒損和脫碳的方法主要有：（ 1）在能夠滿足粗軋機(jī)軋制工藝要求的前提下，盡可能的降低鋼坯的出爐溫度，盡可能以粗軋機(jī)要求的最低溫度出鋼；（ 2）盡量縮短鋼坯在高溫段的停留時(shí)間，根據(jù)鋼坯脫碳隨鋼坯溫度變化的 規(guī)律，要求在 500～ 600℃之間要緩慢加熱，使得鋼坯能夠均勻加熱，在 600℃以上要實(shí)現(xiàn)快速加熱，盡量縮短鋼坯在高溫區(qū)域的停留時(shí)間，以減少鋼坯脫碳和降低加熱爐能耗。 [8] 步進(jìn)梁式加熱爐經(jīng)過幾代的發(fā)展和創(chuàng)新，已日臻完善。為了不斷提高坯料加熱質(zhì)量和進(jìn)一步節(jié)約能耗，一批先進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 歸納起來有如下特點(diǎn) : ?采用全爐頂平焰燒嘴 經(jīng)在加熱爐上采用平焰燒嘴的實(shí)踐證明，它有以下主要特點(diǎn) :①低壓燃燒；②節(jié)約燃?xì)?；③爐膛內(nèi)溫度均勻，升溫速度快，縮短了加熱時(shí)間，氧化和脫碳少，溫度易于控制 ，消除了局部過熱等加熱缺陷；④燃燒空間小平焰燒嘴無噴射式燒嘴前沖火焰，因此鍛件可以比較接近燒嘴，既降低了爐膛高度，又提高了熱效率；⑤操作時(shí)，由于爐壓易于控制，因此爐前的作業(yè)環(huán)境得到了改善，有利于改善作業(yè)環(huán)境。 ?下加熱安裝端燒嘴 ?爐膛隔墻 新設(shè)計(jì)的步進(jìn)梁式加熱爐，在上加熱平焰燒嘴供部位或下側(cè)位，均設(shè)置爐頂?shù)鯍焓礁魤驙t底隔墻，形成扼流，并防止相鄰爐段高溫輻射，以保證各供熱段區(qū)域溫度的準(zhǔn)確控制。 ?交錯(cuò)步進(jìn)梁 老式步進(jìn)梁爐步進(jìn)梁是一直線，鋼坯和步進(jìn)梁接觸位置不變，使“黑印”增大?，F(xiàn)將步進(jìn)梁進(jìn) 入均熱段后在橫向 (爐寬方向 )偏離一個(gè)距離，使進(jìn)入均熱段的鋼坯與步進(jìn)梁接觸點(diǎn)的位置改變。從而減少了“黑印”溫差。從過去 40～ 50℃的溫差減少到15～ 20℃的溫差。 ?兩段步進(jìn)梁 老式步進(jìn)梁式，步進(jìn)梁為一段，一套傳動(dòng)裝置?，F(xiàn)可將步進(jìn)梁分成前后兩段，兩 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 共 62 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 套傳動(dòng)裝置，兩條步進(jìn)梁可單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，也可同步運(yùn)動(dòng)。采用兩段步進(jìn)梁式步進(jìn)爐，一是用于解決彈簧鋼加熱的脫碳問題，鋼坯在出料端步進(jìn)梁上，大步距快速通過高爐溫段，大大減少了高溫脫碳。一是用于連鑄坯直接軋制或熱送熱裝工藝鑄坯的加熱和緩沖。正常生產(chǎn)時(shí)，鑄坯以大步距快速通過裝料端步 進(jìn)梁，送到下段步進(jìn)梁上加熱和均溫。當(dāng)軋機(jī)換輥或故障時(shí)，鑄坯以小坯距裝在此段，進(jìn)行緩沖。 ?最佳化控制 過去，步進(jìn)梁式爐只有基礎(chǔ)自動(dòng)化級控制。近十年來，國外爐子公司都相繼開發(fā)了理想加熱曲線，并建立了鋼坯加熱數(shù)學(xué)模型。采用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)模型按照理想加熱曲線對鋼坯加熱進(jìn)行最佳化控制，以獲得最好的加熱質(zhì)量和最低的能耗。 加熱爐的節(jié)能途徑離不開以下幾方面： (l)通過對工業(yè)加熱爐的熱工測定，編制熱平衡表，這樣能全面地了解工業(yè)加熱爐的熱工過程，從而找出節(jié)約能源的有效途徑和方向。 (2)盡量選用節(jié)能 新型爐型，采用新燃燒裝置以及新型節(jié)能材料等。節(jié)能新型爐型主要包括 :快速加熱爐、無氧化加熱爐、步進(jìn)式加熱爐、快速模鍛加熱爐和熱滑道加熱爐等；新型燃燒裝置有蓄熱式燒嘴、平焰高速自身預(yù)低NOx 燒嘴、調(diào)焰燒嘴和超聲波霧化油燒嘴等；新型節(jié)能材料包括高溫高輻射涂料、耐火纖維、巖棉以及超輕質(zhì)磚等。 (3)采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)以成為工業(yè)加熱爐節(jié)能的一項(xiàng)普遍而至關(guān)重要的措施，特別是采用微機(jī)控制系統(tǒng)，己經(jīng)成為工業(yè)加熱爐自動(dòng)控制的發(fā)展方向。 (4)從組織、生產(chǎn)、操作三方面著手，加強(qiáng)能源管理工作。 為了降低步 進(jìn)式加熱爐的能耗，在加熱爐的設(shè)計(jì)上、加熱工藝上和現(xiàn)場操作上，人們做了大量的研究和嘗試，現(xiàn)將比較常用的幾種節(jié)能措施予以介紹。 在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)，過去固定梁、活動(dòng)梁大都采用水冷卻。但近十幾年來，國外步進(jìn)式加熱爐的汽化冷卻技術(shù)有了很大的發(fā)展，汽化冷卻的節(jié)能效果也逐漸被人們所認(rèn)識。采用汽化冷卻來冷卻固定梁和活動(dòng)梁已成為發(fā)展趨勢。 汽化冷卻與水冷卻的目的都是從被冷構(gòu)件中帶走熱量，從而使被冷構(gòu)件在金屬材料允許的溫度下正常工作。水冷卻最大的缺點(diǎn)在于水的允許溫升受到限制。若水溫太高，易形成水垢附著在管內(nèi) 壁，從而造成局部過熱，影響冷卻構(gòu)件的使用壽命。汽化冷卻是用接近飽和溫度的水通過被冷卻構(gòu)件吸熱使部分汽化成為汽水混合物。這是一個(gè)由單相流動(dòng)變成兩相流動(dòng)的一個(gè)相變過程。其結(jié)果是強(qiáng)化了熱交換，對流換熱系數(shù)比單相換熱提高了幾十倍。這不僅大大節(jié)省了用水量，而且汽化冷卻系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽又是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的能源介質(zhì)之一。從能源的利用與回收方面來看，步進(jìn)式加熱爐在消耗一次能源的同時(shí)部分地將其轉(zhuǎn)換成二次能源（蒸汽），并加以回收利用，從而大大地節(jié)約了能源、減少了對環(huán)境的污染。 水循環(huán)汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng) 見圖 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 共 62 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 步進(jìn)梁式加熱爐汽化冷卻系統(tǒng) 步進(jìn)式加熱爐汽化冷卻裝置一般由以下幾部分組成：軟水處理系統(tǒng)、給水泵、汽包、循環(huán)泵、及柔性組件。經(jīng)過處理的合格軟水，由軟水箱經(jīng)給水泵進(jìn)入汽包，以補(bǔ)充汽包內(nèi)由于外供蒸汽而形成液位下降所需水量，循環(huán)泵將汽包內(nèi)的冷卻經(jīng)管、下連箱、柔性組件進(jìn)入固定梁、步進(jìn)活動(dòng)梁，吸收熱量后，由水變?yōu)槠旌衔?，?jīng)柔性組件、下連箱，再經(jīng)上升管回到汽包，如此組成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)水進(jìn)入每組固定梁、活動(dòng)梁，都需進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，使水量根據(jù)每組熱負(fù)荷的大小得到合理分配。汽水混合物回到汽包后，進(jìn)行汽水分離，蒸汽 儲存于汽包上部，并可按外供所需參數(shù)將蒸汽送到用戶，水則儲存于汽包下部，與補(bǔ)充水一起參加再循環(huán)。與熱水及冷水冷卻方式相比較 汽化冷卻維修次數(shù)要多些，一次投資要高些，其次是設(shè)計(jì)復(fù)雜，對水質(zhì)要求也高，若采用汽化冷卻就必須有水處理裝置，僅此就要增加投資近 10%。但是 在步進(jìn)式加熱爐上采用汽化冷卻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能，國外的幾家公司已取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 德國 Oschatz 公司是世界上最大的一家設(shè)計(jì)、制造步進(jìn)式加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)的公司。據(jù)介紹經(jīng) Oschatz 公司設(shè)計(jì)、制造的步進(jìn)式加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)已有 80 多座在世界各大鋼廠投入生 產(chǎn)。由此可見步進(jìn)式加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)已作為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)水冷卻方式。 我國從 1995 年開始，有幾家鋼鐵廠已陸續(xù)上了汽化冷卻裝置，如上鋼二廠、包頭友誼軋鋼廠、本溪鋼鐵廠等，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。以上鋼二廠為例，由于汽化冷卻裝置的運(yùn)行，直接節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用為 萬元 /a，間接避免停產(chǎn)損失費(fèi) 133萬元 /a，直接增加效益 萬元 /a，常年效益為 萬元 /a。 步進(jìn)式加熱爐煙氣帶走的熱損失占相當(dāng)大的比重 ,對其進(jìn)行余熱回收 ,是提高加熱爐的熱效率、節(jié)約能源的重要 途徑。 加熱爐余熱利用的主要形式有：余熱鍋爐、空氣 煤氣雙預(yù)熱、空氣預(yù)熱器后再 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 共 62 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊