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中厚板厂步进式加热炉的优化设计


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第 1卷 1 0 第 期 
?3 2? 2 0 0 4年 2月  

宽厚板 
WI E A D   NDHE AVYP ATE L  

Vo . 0 No 1 11 . .  F bur   2 0  e ray 04

中厚板厂步进式加热炉的优化设计 
张云明 刘海东  
( 济南钢铁集 团总公 司)   摘 要 本文 介绍了济钢 中厚板厂步进式加热炉设计 中采用的先进 技术 、 先进工 艺及使用效果 .  
步进 式加热炉  蓄热燃烧 汽化冷却  自动控制 

关t调

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n n Io   n   t e   o p Co p   a  r n a d S e lGr u   r .

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ma i c n r l tc o to    

1 概述 

加 热 质量 满 足 生 产高 质 量 钢板 要 求 , 控制 水 平 与  前 后 工 艺 相 配 套 ; 热 能 力 大 , 坯 加 热 能 力  加 热
2 0/ 4 th以上 , 在全 热送 状态 与 1 0 转炉 产量 相 匹  2t

济 钢 集 团总 公 司 在发 展 规 划 中 明确 指 出 , 济  钢 将 以建 成 国 内高 水 平 板 材基 地 为基 本 目标 , 其  中中厚板 生产 线 为两条 主 要生 产线 之一 。中厚板  厂 原有 两座推 钢 式加 热炉 , 备水平 落 后 , 法完  装 无 全满 足 加热 工艺 的要 求 , 着 1 0 转 炉 的建 成投  随 2t 产 , 切 需要 配套 建设 一座 高水 平 的轧钢 加热 炉 。 迫   中厚 板 厂新建 3 #加 热 炉就 是 与 1 0 转炉 配套 的  2t

配 , 坯 加热 能 力 为 10/ ; 型结 构 适 合 热 送  冷 8th 炉 热 装工 艺 , 在热 坯或 冷 、 坯混 装时均 能达 到 加热  热 产 量 与 质 量 的 要 求 ; 耗 水 平 低 , 坯 入炉 温 度  能 热
9   时 单 耗 为 45  J k 冷 坯 加 热 时 为    0℃ 0   0 / g,  k 12 0 J k , 于 国 内领 先 、  6k /g 处 国际先进 水 平 。  

设备, 该炉于 20 02年 7月开工,03 3 20 年 月建成 
投产 , 到一 次热 负荷 生产 成功 , 达 主要 技 术性 能见 
表 1  。

2 1 工 艺 布置  . 该 炉 是 10 转 炉 —— 连 铸 与 轧机 的 连 接 设  2t

备, 其地位非常重要 , 在工艺布置上 , 加热炉入炉 
辊 道 与连 铸 机 在 一条 直 线 上 , 加热 炉 入 炉 辊道 直 

2 济 钢 中厚 板厂 步 进 式 加 热炉 设 计 中 的先 进 特 
征 

接 接 连铸 出坯 辊 道 , 热送 坯 通过 辊 道 运 输就 可  使 直接 装 入炉 内 , 种 紧 凑 式 的布 局 为 实现 高 水 平  这

该 加 热炉 采 用 蓄 热式 双 预 热 燃烧 技 术 、 化  汽 冷 却 技术 、 进 梁式 炉 底 结 构 以 及过 程 计 算机 自 步   动 控制 系统 。加 热炉 的技 术 目标 : 备水 平先 进 , 装  

的热 送热 装 提 供 了保证 , 该炉 工 艺 平 面布 置 如 图 
1所示 。  

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第 1期 

张云明等: 中厚板厂步进式加热炉的优化设计 

? 3? 3  

表 l 步 进式加热炉技术性能表 
项 目名称 
加 热炉 炉 星  加 热钢 种 

三种 ; 根据 介质 的预 热情 况又 可分 为 空 、 气双 预  煤 热 和 空气单 预热 两种 。我 厂采 用 的是 集 中换 向的 
空 、 气双 预热 蓄热式 烧 咀方 式 ; 煤 加热炉 沿 炉长分  四段对 炉温 进行 控制 , 各段 之 间炉 顶 、 底均 设 隔  炉

技术效据  双捧料蓄热式步进粱加热炉  管 线钢 、 船板钢 、 优质 碳结钢 和  低合金钢等 
2 O 2 0× 1 2 o 2 1 0×  O ~ 7   o ~  0 2o O 320  o ~  0  

板坯规 格 , mm  标 准板坯 ,   姗 板坯入炉温度 , ℃ 
板坯出炉温度 , ℃ 

梁 ( ) 以保 证各 段之 间加 热 的独立 性 ; 墙 , 采用 炉墙 
上下 侧 加热 ; 炉体 采用 整体 浇注 , 火材 料 以浇注  耐 料为 主 。该种 方式具 有 以下 特点 : 咀结 构紧凑 , 烧   便 于 蓄热 体 的更 换 ; 用全 炉 供 热 , 炉 长方 向 , 采 沿  

2 0× 1 7 0× 2 8 0 0   0  0 

9 0 热装时, 0( 热装率 >8  ) 5   常温( 冷装时)  


1 O O~ 1 2 0  5   5 

炉子 加热能力 ,l   th 有效炉底面积 , m  燃料及热 值 ,J Nm。 k/   单位热耗 ,Jk   k/g

2 0 标准热坯) 4(   1 0 标准冷坯) 8(  
7 4 3 = 28   .× 9 8 .6

炉 墙 两侧 全部 布满烧 咀 , 可根 据坯 料 的冷 、 热情况  及 时 进行 温度调 整 , 以保证 加 热质 量 ; 尾 温度高  炉 (  0 " 120C) 对 一般 碳 素 钢 装 炉 后 马 上 可  10 0 - 0 " , "
得 到快 速加 热 , 短钢 坯的 在炉 时 间 , 高 了炉 子  缩 提

混合煤气 Q=83 4  0    7  ̄96 0 4 0 90 5 (0 ℃热 装 )  
12 0 冷 坯 )  6 (   13 0 热 装 料 )  0 (   70 冷装 料 ) 2(  
3  0   12 0
6 0   24 0 9 0   00 0

钢压炉底强度 ,g m ?   k/   h
煤气最大耗量 , /   Nmah 空气最大耗量 , /   Nm。h 最大烟气量 , /   Nmah 供热方式  步进 机构 里 式  步进行程 , mm  步进周期 ,  S 支承粱冷却方式 

的利用率, 使氧化烧损率大幅度降低 ; 将空气与煤  气 都 经过 蓄 热 体预 热 , 全 取 消 了传 统 加 热炉 的  完 预 热 段 , 回收 效 率 高 , 工 控 制 灵 活 , 热 热 更适 合 热 
装 热送工 艺 的要求 。   蓄热 式燃 烧系统 的关 键设 备 是蓄 热体 和换 向  阀, 蓄热 体采 用 的是  ̄1 mm 的高 铝球 ; 向阀是  5 换

蓄热式空煤气双预热  双轮斜轨式 、 液压传动  升降为 2 0 0  水平 为 50 5 
3  5

济钢 自行 设计 、 具有 自主知识 产权 的产 品 , 具有体  积小、 密封 性好 等优 点 , 特别是 在煤 气换 向阀前设 
置 切断 阀和 氮 气 吹扫 装 置 , 决 了换 向期 间煤 气  解

强{ 循环 、 } l 汽化冷却 

侧与 引 风机侧 的气体 串通 问题 , 证安 全 , 向周  保 换
期 3 n  mi 。
.  

2 3 汽 化冷 却技术  .

采用 强制 循环汽 化冷 却 技术 对加 热炉 的支撑  梁及 其立 柱进 行冷却 , 同采用 水冷 相 比 , 技术具  该 有冷 却 水耗 量可 减少 9  以上 、 生 的蒸 汽 可 回  O 产

收利 用 、 可 延长冷 却构 件寿 命等 优点 。 化冷却  并 汽
图 1 步 进 式 加 热 炉 工 艺平 面布 置 示 意 图   

系统 本着安 全 、 可靠 为主 要原 则 , 计上 着重 考虑  设
以下 几点 。  

2 2 蓄 热式 双 预热 燃烧 技术  .
加 热 炉 供热 系统 采 用 蓄热 式 燃 烧方 式 , 热  蓄

2 3 1 设 置循 环流 量控 制装 置  .. 在每 一冷 却 回路 的给 水管 上均 设置 了流量测  量及 调节装 置 , 调节 每一 回路 循 环流量 。运 行 中 ,  

式燃 烧技 术 是在 十 九世 纪 中期 发展 起来 的一 种燃  烧 技术 , 在 我 国 加热 炉上 的 应用 是 从 二 十世 纪  但 九十年 代 开 始 的 , 几年 来 蓄 热 式 加热 炉得 到 广  近
泛 的应用 , 多用 于 中小型加 热炉 , 厂新建 的该  但 我

当 某一 回路 的循 环 流量 低 于 设 定值 时 , 过调 整  通 流量 调节 装置 , 使该 回路 的流 量恢 复正 常 。  
在步 进 梁和 固定梁 的进 水 总管上 也分 别装 有  流 量测 量 装置 , 于 核 对 各支 管 流 量 的测 量 准确  用 性, 确保 运行 中对各 冷 却 回路 的 流量监 控 。   2 3 2 设置 备用 电动 循环水 泵 和柴 油循 环水泵  ..

加 热炉 为 济 钢 第 一座 步 进 梁 式 加热 炉 , 是 国 内  也 首 座大型 蓄 热式 步进 梁 式加 热炉 。蓄热 式燃 烧较 
传 统燃 烧 具 有节 能 ( 气 、 气 能被 预 热到 8 0C 空 煤 0 "  以上 , 排烟 温 度 可 控 制 在 1 0C以 下 ) 可 烧 低 热  5 ̄ 、

值 煤 气 、 NO 排 放 等 优 点 , 技 术 作 为 一 种 节  低   该
能新技 术正 被越 来 越 多的 企业 应用 。  

经常 有 1台 电动 循 环水 泵 备用 , 当运 行 的 电  动 循 环 水泵 故 障停 机 时 , 用 电动循 环 水 泵 自动  备
投 入运 行 ; 当全 厂事故 停 电时 , 柴油 机带 动的循 环 

加 热炉 上 采用 的蓄 热式 燃烧 系统 按照 蓄热 体 
的布置 可分 为 : 内置 通道 式 、 外置 通道 式和烧 咀式 

水 泵 , 以在 停 电后 ls内 自动启 动 , 可 O 保证 水循 环 

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? 4? 3  

宽 厚板 

第1 0卷 

正常运 行从而使炉子的支撑梁及其 立柱不被烧 
坏。  

两部 分 组 成 , 坯料 跟 踪 管 理 分炉 前 、 内、 后对  炉 炉

板坯位置进行跟踪 , 建立板坯与数据 的正确对应 
关系, 并实 时启 动相 关程 序 ; 烧优 化控 制的 主要  燃

2 3 3 设 置 备用旋 转接 头组  .. 在 与运 动 的 步进 梁 连 接 的进 水 联 箱 、 出水 联  箱 和 步 进 梁 固定 联 箱 之 间 , 置 了备 用 旋转 接 头  设 组, 当某 一套 旋转 接头 泄漏 时 , 套旋 转接 头 可 以  这 通 过 其 两侧 的切 断 阀 与 系统 隔 离 并及 时 修 理 , 备 

目标 是 为 轧制 工 序提 供 满 足 轧 制 温 度 要 求 的钢 
坯, 由如 下 模块 组 成 : 坯 温 度 跟踪 模 型 、 板 最佳 设 

定值模型、 出炉 温 度 反 馈 模 型 、 延迟 策略 模 型 、 炉  子 温度 及各 种流 量采 集程 序 。  

用旋转接头组仍然可以保证系统正常工作 。备用 
旋 转 接头 组 的设置 可使 旋转 接头 的维 修在 不 停炉 
的条 件下 进行 。  
进 一 

汽化 冷却 中的关键 设备 是循 环 水泵 和旋 转接  头, 循环 水泵 是汽 化冷 却 的心脏 设备 , 其运 行 的可 
升}  

靠 与 否直 接 影 响加 热 炉 生产 的安 全 , 炉 选用 的  该
是 德 国 KS B公 司 生 产 的 HP 系 列 热 水 循环 泵 ; K  

L 二  _ 一 j 一 ~ 一一   5  一.  
步 进 周 期 3s 5 

旋转 接 头 由北 京 京球 节 能 新 技术 开 发 公 司 生产 ,  
这 种 旋转 接 头 为 双道 密 封 , 格 比国外 同 类 产 品  价
低。  

图 2 步进机构速度 曲线 

2 4 步进 梁式 炉底 结构  . 该加 热 炉 采 用 双排 料全 液压 步 进 梁 式炉 底 ,  

该 系统 可与 加 热炉 基础 自动 化 中的仪表 控制 

系 统 ( C ) 电气控 制 系统 (L ) 信 , 收过 程  D S、 P C通 接

步 进 机 械 为滚 轮 斜轨 式 双 层 框架 结 构 ( 移 框 架  平

和升降框架)步进梁前后不分段 , , 炉底步进机械  分左 、 两套 , 右 既可 单动 , 能联动 , 进周 期仅 为  又 步
3 s 是 国 内同 类炉 型 速 度最 快 的 , 实现 快 速 出  5, 可
钢。  

控制信号及测量值 , 传送设定值或控制信息 ; 也可  与连铸、 轧钢上下工艺过程计算机通信 , 接出生产  信息, 同时将加热炉的有关信息 , 传送到上下工艺 
过程 计算 机 中 。  
3 使用 效果 

为 减 少钢 坯 在 炉 内的 跑 偏量 , 降框 架 和 水  升
平框 架 各 有 四 套定 心 装 置 , 证 炉 底 步进 机械 沿  保 炉 子 中心线运 动 , 使钢 坯 能顺利 地输 送到 出料端 ,   冷 态测 量最 大跑 偏量 不超 过 1 rm。 5 a  

该 炉 的投 用 , 决 了影 响我 厂生产 的 加 热 炉  解

这 一薄 弱环 节 , 20 为 0 3年 我 厂 1 5万 t 3 板材 的生 
产发挥 了重 要 的作 用 。 炉 自投产 以来 , 坯 温度  该 钢 均 匀 性有 了 明显 改 善 , 两年 因 钢 温不 均造 成 的  前 粗 轧 机接 轴 频 繁 出 现 的裂 纹 问题 , 年 一次 也 未  今 出现 ; 炉 燃 料 消 耗 达 到 9 o Jk , 过 原 冶 金  该 6k/ g 超

步 进 梁 的运 动 轨 迹近 似 于 一 个 矩形 , 照上  按 升一 前进 一 下 降一 后退 的 顺 序 , 一步 一步 将 钢 坯  由炉 尾 运 至炉 头 , 保证 水 平 运 动和 升 降运 动 开  为 始及 停 止 时 , 以及 升 降过程 中在 固定 梁上 托 放 钢  坯 时能 缓 慢 的进 行 , 防止梁 与 板 坯 产 生冲 击 和 振  动 , 免 损坏 梁上 的绝热 材 料 , 避 步进 梁 的运行 速 度  是变 化 的 ( 过液 压控 制 阀组来 实现 , 通 控制 阀组的  动 作 程 序及 控制 由 P C完 成 ) 速 度 曲线 如 图 2 L ,  
所示。  

部规 定特 等炉 水平 , 国 内具有领 先 水平 。 在  
4 结束 语  通过 9个 多 月的 运行 表 明 , 炉 技术 运 用 合  该 理, 关键 设 备 运 行 稳 定 , 项 指 标 已达 到 设 计 水  各 平, 合高产、 质、 消耗、 符 优 低 自动 化 水 平 高 的 要  求 , 一 座 具 有 国 内领 先 水平 的大 型 蓄热 步进 梁  是

.  

,  

支 撑 梁采 用 双 层 小直 径 水梁 布 置 结构 、 管  水

式加热 炉 , 值得 在 同类 企业 中推 广 。  
张 云 明 , ,9 5 毕业 于北 京科技大学 热能 工程系热  男 19 年
能工程专业 , 程师 。 工   收 稿 日期 :0 3 2 2   2 o 一l — O

复合 绝热 包扎 、 合金高 温 垫块交 错 布置 , 钴 同时 可  减 小管底 比 、 钢坯 的加 热黑 印 以及散 热损 失 。   2 5 过 程计 算机 自动控制 系统  . 该 系统 由坯料 跟踪 管理 和燃 烧优 化 控制 系统 


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