推钢式轧钢加热炉水梁漏水原因分析及技术改造

龙静涛

摘  要：简要分析了推钢式轧钢加热炉水梁漏水的原因，提出了技术改造方案和具体的实施对策，有效地解决了水梁漏水的问题，具有较好的改造效果。

关键词：推钢式轧钢加热炉;水梁;漏水;热应力

中图分类号：TG307              文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.140

1  加热炉结构简介

重钢中厚板厂中板线现有2座加热炉（分别为1#加热炉和2#加热炉），2座加热炉的结构和技术参数基本一致。加热炉有效长度为32.2 m，内宽6 m，采用连续推钢式加热的方式，方便坯料端进端出。

加热炉燃烧系统分为6段供热，包括均热段上下、第二加热段上下和第一加热段上下，并设置一定长度的不供热的热回收段。全炉采用蓄热式烧嘴沿炉长方向侧向供热，对侧全分散换向。

加热炉设纵水管4根，以满足双排料板坯的布料要求。加热炉在预热段、加热段和均热段均为炉底水管架空结构，坯料双面加热。加热炉炉底水管采用汽化冷却的方式。

2  水梁漏水情况和原因分析

2.1  水梁漏水情况简介

中板线2座加热炉于2011-06投产，但是，从当年9月开始，2座加热炉陆续发生了多次水梁漏水事故。漏水部位全部位于加热炉高温段区域，即均热段纵水梁上，修复后复发的仍然集中在此区域。在此区域，纵水梁上的耐热滑块与其水梁采用耐热焊条满焊，漏水点就出现在耐热滑块与水梁的焊缝处，而且在该区域发现，有多处耐热滑块和水梁的焊接部位都发生了裂纹，个别耐热滑块本身也有贯穿性裂纹。

2.2  原因分析

根据现场情况分析，水梁漏水的直接原因是水梁母材出现了贯穿性裂纹，而造成裂纹的原因有以下3点：①耐热滑块的设计存在缺陷。从设计上来看，没有充分考虑热应力的产生和消除。加热炉耐热滑块材质为Co50（长×高×宽：150 mm×110 mm×50 mm），滑块间距为50 mm，纵水梁材质为20#钢（Φ159×20 mm无缝钢管），两者是刚性连续焊接成整体，而两者存在较大的热膨胀差异，因此，在耐热滑块与水梁的焊接点存在较大的应力集中。当水梁和耐热滑块的保温包扎脱漏时，耐热滑块的温度就会升高，热应力就会加剧。②由于加热炉加热坯料的规格变化频繁，炉温波动比较大;再加上加热炉因为各种原因多次停炉，温度的骤降和骤升，使得水梁遇到较大热应力不利影响的基础上产生了交变应力，相互拉扯、反复作用后产生了疲劳应力裂纹。③加热炉发生漏水部位的纵水梁为架空结构，在生产状态下，钢坯在耐热滑块上发生了滑动摩擦，水梁产生颤动，这不仅加剧了水梁的高温交变载荷，还容易导致水梁保温包扎脱落。

由以上分析可知，水梁漏水的原因是耐热滑块在设计方面存在一定的缺陷，水梁上存在应力集中;再加上加热炉炉温的频繁变化和均热段纵水梁的架空结构等一系列不利因素的影响，最终使得水梁应力集中点的热应力超过水梁自身的抗拉强度，进而产生裂纹，导致水梁漏水。

3  技术改造和解决对策

由分析结果可知，水梁在高温环境下存在的热应力得不到有效的释放，导致应力集中，并且超过了水梁抗拉强度，进而出现了裂纹，这是水梁漏水的主要原因。

为了解决水梁漏水问题，特别进行了一系列的技术改造工作，并提出了相关的解决对策，主要包括以下8点：①将耐热滑块材质由Co50改为Cr25Ni20Si2，提高了滑块焊接性能，减小了滑块与水梁之间的热膨胀差异;②在耐热滑块上下两端增加多个消除热应力的应力缝，减小滑块自身的热应力，从而减小其对水梁的应力;③将耐热滑块焊角高度由之前的8 mm减小到5 mm，并且由之前的连续焊接调整为分段焊接，减小在水梁制作过程中焊接热应力对水梁造成的不利影响;④将耐热滑块间距由之前的50 mm增加到80 mm，以减小滑块对水梁的热应力;⑤在滑块全部焊接完成后，对水梁进行退火处理，以消除焊接热应力;⑥在加热炉均热段架空水梁之下砌筑半实炉底，这样能够有效提高均热段水梁的支撑强度，减小水梁颤动，同时，又提高了水梁保温包扎的稳定性，避免包扎脱落将耐热滑块裸露于高温环境中而加剧热应力;⑦优化加热炉生产计划，尽量减少因坯料规格频繁变化而导致炉温大幅波动的情况出现;⑧优化加热炉烘炉曲线和停炉降温曲线，由原来的50 ℃/h降低为30 ℃/h，防止加热炉升温或降温过快，减小水梁应力集中。

上述前5项针对耐热滑块的技术改造如图1、图2所示。

图1  改造前的水梁结构

图2  改造后的水梁结构

4  结论

加热炉水梁出现裂纹的根本原因是水梁上的耐热滑块设计存在缺陷。通过优化耐热滑块的结构，缓解其在高温状态下的热应力集中，同时，采取有效的管理措施减少了炉温波动的次数，有效解决了水梁漏水问题。

参考文献

[1]王秉铨.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]于启湛.耐热金属的焊接[M].北京：机械工业出版社，2009.

〔编辑：白洁〕

Push the Reason Analysis and Technical Reformation of Reheating Furnace of Steel Beam Leakage

Long Jingtao

Abstract： This paper briefly analyzes the push steel rolling heating furnace beam leakage and put forward technical reformation scheme and the specific implementation measures， effectively solve the beam water leakage problem， has better reconstruction effect.

Key words： steel type steel rolling furnace; water beam; leakage; thermal stress