蓄热步进式加热炉在轧钢生产中的应用

黄　强,瞿春龙,陈振伟(江阴兴澄特种钢铁有限公司,江苏江阴，214400）



蓄热步进式加热炉在轧钢生产中的应用

黄强,瞿春龙,陈振伟
(江阴兴澄特种钢铁有限公司,江苏江阴，214400）

【摘要】介绍了蓄热步进式加热炉在轧钢厂生产中的应用，论述了其工作原理、蓄热单元的应用及改进、水封槽应用实践中的问题及改进措施。

【关键词】加热炉;蓄热单元;水封槽

1　前言

蓄热式燃烧技术起源于20世纪80年代，进入90年代由于制造技术的进步及能源价格的不断上涨，以高炉煤气为主要燃料的蓄热式燃烧技术因为十分明显的节能降耗优势以及减少污染物排放的环保优势，而被迅猛地推广到全国的钢坯加热炉上。蓄热式燃烧技术有效地突破了低热值燃料用于高温炉窑的难点，解决了点火燃困难和余热回收不充分等两方面的重大技术问题某钢厂从2000年左右已经开始应用蓄热步进式加热炉，从应用之初到现在期间遇到了不少问题，有的是燃烧系统蓄热单元出现问题从而影响燃烧效率，有的是步进系统水封槽在工况条件下氧化铁皮较多出现卡死从而影响生产节奏等，现设备技术人员逐一解决了遇到上述问题，使蓄热步进式加热炉得以高效平稳运行，从中也积累了一些经验。本文就其蓄热步进式加热炉工作原理、蓄热单元、水封槽谈谈几点认识。

2　工作原理

某钢厂用了3台不同种类的蓄热式轧钢加热炉。蓄热室结构有通道式、烧嘴式两种；蓄热体有小球和蜂窝体两种。不论采用何种结构，其基本原理是一样的。以北京北岛能源技术发展有限公司设计的加热炉为例，其蓄热系统由蓄热体、换向系统和控制系统组成，其工作原理见图l。

图1　高效蓄热式加热炉工作原理

在A状态下煤气和来自鼓风机的助燃空气经换向系统分别进入右侧通道，而后由下向上通过蓄热室。预热后的煤气和空气从右侧喷口喷出并混合燃烧，燃烧产物对钢坯进行加热后进入左侧喷口，在蓄热室进行热交换将大部分热量留给蓄热体后，温度约200益左右进入换向机构，然后经引风机排入大气。几分钟后控制系统发出指令，换向机构动作，空气、煤气同时换向将系统变为B状态，此时空气和煤气从左侧喷口喷出并混合燃烧，右侧喷口作为烟道，在排烟机的作用下，高温烟气通过蓄热体后排出，一个换向周期完成。

本系统所采用的蓄热体为小球，众多的小球将气流分割成很小的气流通道，气流在蓄热体中流过时，形成强烈的紊流区，有救地冲破了蓄热体表面的附面层，由于球径很小，传热半径小、热阻小、密度高、导热性好，加之换向系统设计独特，可实现频繁快速的换向。因此，每小时蓄热体可达20耀3O个周期。高温烟气经蓄热体后，在很短的行程(600耀800 mm)内可将烟气降至l50益左右排放。下一周期常温煤气和空气流经蓄热体在相同路径内可分别预热到比烟气温度低100益左右，温度效率高达85豫以上。为实现换向式燃烧所特殊设计的换向系统在5~20 s内同时实现空气、煤气和烟气的换向动作，保证安全运行，换向瞬间关闭煤气，待换向动作完成后再打开，避免煤气和烟气中的残氧相遇，防止爆炸。其结构紧凑，维护简单。执行机构由气缸驱动，工作平稳可靠。其动作由一套专门的控制系统来实现，它具有定温换向、定时换向、超温报警、程序动作、自动保护等一系列功能。若排烟温度达到或超过温度警戒线时，将发出报警信号，并自动切断煤气、空气和排烟机，全系统自锁，防止因超温造成设备损坏。

3　蓄热单元应用及改进

蓄热单元是整个蓄热燃烧系统重要组成部分。如果蓄热单元不能正常工作将使整个燃烧系统趋于瘫痪。蓄热单元包括蓄热体、蓄热室及其组成部分。按照蓄热室结构有通道式、烧嘴式两种。由于气体流经蓄热体的方向分为竖流与平流，而蓄热体有小球和蜂窝体两种。该单位采用的通道式蓄热室为装有小球的竖流式，而烧嘴式蓄热室为装有蜂窝体的平流式。

首先，谈一谈气体流经蓄热体的均匀性问题。竖流式气体进人蓄热室下方集气箱后由下而上流经蓄热体，这种结构确实易引起气流分布不均。加热炉在停炉检修时明显可见蓄热室内蓄热小球层出现风槽，即小球靠近蓄热室壁处有一明显的下凹。判断为气体流经蓄热层时因分布不均和附壁效应，使靠近蓄热室壁处的气流大于中间，将小球推向蓄热室中央，产生凹槽。风槽的产生对蓄热室的正常运行十分不利。由于风槽处气体流动阻力小，大量气体流经风槽，只有部分蓄热体发挥了作用。针对上述情况，需对煤气蓄热体结构形状进行改进。由于之前蓄热室小球的安装方式为自由方式，且小球蓄热体厚度比较均匀，根据检修现场判断以及先前经验，对蓄热体小球安装方式进行限制，在小球上部安装有耐高温的金属蓖板，总体上是中间偏低，四周偏高，整个蓄热体上部结构呈倒锥形。实践证明在检修时这次改进充分考虑气体分布的均匀性问题，效果比较明显，蓄热室的蓄热效率较之前有很大提高，这对气体流量大的集中换向系统尤其如此，系统运行的比较稳定。

其次,检修时也经常发现蓄热小球的板结堵塞和蜂窝体(或挡板砖)通气孔堵塞。原因主要是FeO在高温下沉积物呈熔融状态，而且黏度高，易粘附在小球和挡板砖上，同时它与煤气中的杂质、耐材和小球发生反应，生成低熔点物质，极易附在蓄热体上，使小球结块。蓄热室中的杂物主要来自煤气，少量来自炉内加热钢坯产生的氧化铁皮。根据此分析结论，我们着重对煤气的灰分要进行严格控制，第一在上游管路系统对高炉煤气进行有效过滤，第二在各换向阀前煤气进气口安装有过滤网。实践证明，以上改进措施能有效控制煤气内的杂物，会使蓄热体大量板结和堵塞现象消除，可见煤气的纯净度对蓄热体的蓄热效率也是至关重要的。

另外，蓄热体在用了一段时间后会出现坍塌现象，也导致只有部分蓄热体发挥了作用。这一方面大大减少了蓄热体的蓄热功效，使气体的预热温度下降，热效率降低；另一方面由于整体蓄热能力下降，排烟温度居高不下。排烟温度过高对换向系统的安全运行是十分危险的，同时排烟温度高又进一步影响对炉压的控制。在装有小球的竖流式通道蓄热室中，蓄热体的坍塌主要是由于处于蓄热室底部承重的金属蓖板在高温下极易烧化，后经对金属蓖板的材质进行改进，材质在加入耐高温合金后效果十分明显。而在装有蜂窝体的平流式烧嘴蓄热室中，蜂窝体烧损坍塌的现象也屡见不鲜。其破损原因可归纳为两个方面。（1）氧化铁皮降低了蓄热体耐火度；（2）炉内燃烧区高温辐射和个别情况下不完全燃烧的废气进入蓄热体出现二次燃烧造成损坏。目前已有机构对该现象进行研究，主要是对蜂窝体结构进行改进，而实际效果还有待检验。

4　水封槽的应用以及改进

4.1步进系统水封槽的组成、作用

步进式加热炉的基本特征是：原料依靠炉底可移动的步进梁做矩形轨迹的往复运动，把固定梁上的原料一步一步地由进料端输送到出料端。移动梁的运动还是可逆的，当轧机或工艺线上其他设备因故障要停炉检修或其他情况需要将原料退出炉子时，移动梁可以做逆向工作，把原料由装料端退出炉外。步进移动梁运动轨迹示意图见图2。

图2　步进移动梁运动轨迹示意图

根据步进炉的结构特点，为解决炉底密封和工艺排渣两大问题，水封槽系统便应运而出。水封槽由槽体、裙罩、刮渣板组成。其中裙罩与刮渣板是安装在炉底钢结构上，是固定的。而槽体是安装在移动框架上，与移动梁一起做步进运动。平时槽体内放满一定水位的水，使水淹没刮渣板和部分裙罩，通过大气压作用从而形成有效密封，使炉内气体不外泄，同时盛满水的槽体可以堆积适量氧化铁皮，通过刮渣板，使在一个步进周期内把槽内氧化铁皮刮出。

4.2水封槽结构的改进

鉴于步进式炉子特点，故炉底设计时考虑在每根移动支撑梁活动区域留有类似键槽形的孔，以便于移动梁能很好地托着坯料完成步进运动。另外为更好的延长加热炉的使用周期，在炉底上设计有很多工艺排渣口，但由于生产效率以及产量的节节攀高，同时出现了两个问题，第一：由于炉底是固定的，在留有移动梁的活动空间以及排渣口空间，导致在步进系统在工作时，钢坯烧损的氧化铁皮会顺着这些空间间隙掉落，短时间内氧化渣得到堆积而不能及时清理会导致步进梁经常不到位或卡死。第二：由于炉底留有豁口，这些豁口在正常情况下通过水封槽内的水保持炉内气氛密封。但是由于水封槽出现异常卡死后，槽内氧化渣堆积过多或槽体破损从而导致水位降低，这样导致较长时间炉内气氛不密封，影响加热效率，炉内煤气有外泄会造成重大安全事故，同时外泄的高温炉气也会烤坏炉底步进系统设备。

针对上述情况问题，设备技术人员经过半年多的观察、研究和总结，发现了这些问题的根源，并很快利用加热炉大修对水封槽进行了改进。

首先，根据观察和总结，发现炉底堆积的氧化铁皮量呈梯度分布，均热段的比加热段、预热段多地多，特别是在出料悬臂辊道下方的特别多，而在该处恰有一排总计四个工艺排渣口排出氧化铁皮进入水封槽。由于该处位于水封槽头部，而且该处漏的氧化铁皮占水封槽总量的60%左右，大大加大了水封槽的排渣负担，经常出现该处刮渣板损坏，氧化铁皮过多出现步进梁卡死或不到位，槽体破损漏水等一系列联锁故障，大大影响了实际轧制生产节奏。根据上述情况，工程技术人员进行了大胆改进。第一对上面四个工艺排渣口的最终流向进行改变，原来设计时是在较理想的生产节奏下排入水封槽的，现重新安装炉底排渣口，使该处的氧化铁皮直接排到炉底基础地面，并使该排渣口安装有耐材和密封材料，在保证顺畅排渣的同时具有一定的密封性。第二同时对水封槽槽体和刮渣板进行改进，为保证该排渣口顺利安装，对槽体和刮渣板进行了瘦身缩短，对原来位于该排渣口的槽体进行外科手术式的切除。水封槽排渣口改进示意图见图3

图3　水封槽排渣口改进示意图

其次由于水封槽总计有四排，而只有总的进水管和排水管，每排水封槽之间通过一个水管相连，以保证四个槽的水位一致。该结构能很好保证水封槽正常工作状况下运行，但一旦遇到槽体破损或水封槽氧化铁皮堆积，槽与槽之间的水管经常堵塞，导致部分槽体水位不足，从而导致水封槽不密封。现我们对每个槽体都安装有相对独立的进水、排水系统，而原来的相互间的水管还是保留，这样能最大化保证每个水封槽在各种状况下水位要求，且相互之间不受影响，能有效的避免了上述出现的各种问题。

5　结束语

蓄热步进式加热炉改进后的

主要特征及优点如下：加热炉将燃烧系统、排烟系统、蓄热室与炉体有机地结合于一体，以比表面积极高而体积极小的蓄热体。结构紧凑的换向系统以及极低的排烟温度为特征，以全高炉煤气为燃料，炉内温度高，水封槽排渣的高效，完全能够满足钢坯轧制前的加热及产量要求。改造后极大地降低了设备故障时间，大大提高了加热炉的生产效率。使燃烧系统效率更高，燃烧温度均匀，大幅度节能降耗，燃烧产物排放量下降。

[参考文献]

[1]蔡乔方等.加热炉[M].北京:冶金工业出版社.1986.

[2]张怀银等.空气、高炉煤气双蓄热燃烧技术在沙钢加热炉上的应用[J].工业炉.2006.7.

供排水

Application of Regenerative Walking Beam Heating Furnace in Steel Rolling Process

Huang Qiang, Qu Chunlong, Chen Zhenwei
(Jiangyin Xingcheng Special Steel Co., Ltd., Jiangyin, Jiangsu 214400, China)

[Abstract]The application of regenerative walking beam heating furnace in rolling mill is introduced. The working principle, application and improvement of the regenerative unit and problems in application of water seal tank and improvement measures are discussed.

[Keywords]heating furnace; regenerative unit; water seal tank

作者简介：黄强（1980-），男，工程师，现从事中板（炉卷轧钢）设备管理工作。

收稿日期：2015-08-17

【中图分类号】TG15

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）10-0052-04