基于双蓄热式加热炉“黑匣子”在线测试的钢坯加热工艺优化

朱 军

（攀钢集团攀枝花钢钒有限公司轨梁厂，四川 攀枝花 617000）

1 测试环境介绍

1.1 加热炉简介

此加热炉采为空煤气双蓄热步进梁式，从入炉到出炉分别为一加热段、二加热段、三加热段、均热段四个部分，上下供热方式，分6个供热段。

1.2 试验钢种、坯料规格、数量

钢种：U75V（为例）、U71Mn重轨大方坯、YQ450NQR1 310乙字钢等；坯料规格：280×380×7700mm（见附图1）、320*410*4240mm。钢坯数量：相同规格钢坯11块同时装炉，其中1块为试验坯，为保证测试数据的准确性和代表性，试验坯装炉时要按照“前5后5”进行装炉。

2 “黑匣子”测试装置及布置方式

2.1 黑匣子测试装置总共分3个大部分

抗高温保温箱、数据记录器及热电偶测温传感器。

2.2 测试方法

试验方案如图1所示。其中包括非梁上、中、下，均热定梁、动梁，上、下炉气，同板等温度点的测量共8个测试点，用于对坯料的端面温差、同板温差、水印温差等进行测试。按照试验坯加工、一起校准、一起安装、是眼皮入炉、试验、试验坯出炉方式展开，具体试验坯的加工图见附图。

图1 黑匣子电偶安装布置图

3 “黑匣子”测试过程

3.1 试验坯加热过程

测试坯料在炉时间216min。测试坯料前后各有相同规格引导冷坯5块。测试期间加热炉采用人工手动烧钢方式。蓄热式烧嘴换向时间60s，加热炉燃料负荷为50765Nm3/h，助燃风量为37623Nm3/h，加热炉炉膛的实际温度也可得出加热炉东侧温度较西侧高（最高达13℃，实际过程最高达33℃）。

3.2 同坯温差

整个加热过程，沿坯料自东向西方向温度整体上呈现降低趋势（加热定梁上表面除外），坯料上表面同板温差曲线见上图，从同板温差曲线可以看出，从一加热段开始温差逐渐增大，至二加热段结束达到最大值250℃，三加热段有30℃的降幅，进入均热段后温差逐渐缩小，出炉时同钢坯温差为25℃。

图2 同坯长度温差

3.3 断面温差

坯料非水梁温度曲线见上图，从测试曲线来看，最大端面温差在二加热段末期，达到153.4℃，进入三加热段后温差开始逐渐缩小，进入均热段后由于下加热热负荷增大，上加热热负荷减少，致使下表面温度升高较快，坯料心部温度亦逐渐增加，坯料温度逐渐趋于均匀，出炉时断面温差为6.4℃，表中温差为8.1℃。

图3 同坯断面温差

3.4 水印温差

坯料在均热定梁及其水印温差曲线分别见下图。从测试结果来看坯料进炉后至三加热段末水印温差逐渐增大，达到81℃，进入均热段后水印温差逐渐缩小，出炉时均热定梁水印温差为18℃。

图4 同坯水印温差

3.5 内外温差

坯料心部温度曲线及其温差曲线如上所示，从测试曲线来看，进入均热段前，坯料心部各点温差较大，达80.5℃，在均热段各点温差逐渐缩小，出炉时刻坯料心部温差15℃。

图5 同坯内外温差

3.6 炉外冷却

坯料从出炉开始共降温22min，从上图可以看出：上表面温降最大370℃，心部温降最小164℃，坯料的平均温降速率12.13℃ /min。

图6 炉外冷却曲线

4 结论

（1）坯料的整体温度均匀性较好。其中测试坯料端面温差6.4℃、表面中心温差8.1℃，均热定梁水印温差为18℃；

（2）炉外冷却期间，坯料的平均温降速率12.13℃/min，表面散热较快，心部较慢，上表面温降最大370℃，心部温降最小156℃；

（3）在整个加热过程中，沿坯料自东向西方向温度整体上呈现降低趋势，主要是因为加热过程中，东西方向上分配的热负荷差异造成；

（4）从均热段坯料加热情况来看，出炉时表中温差为8.1℃，心部温差为15℃，同钢坯温为25℃，而从加热出炉时的坯料温度曲线趋势上看，坯料本身各点温差有进一步降低的趋势，为此，适当延长坯料均热时间，将从整体上提高坯料的加热质量。

5 效果

（1）通过“黑匣子”试验和数据分析，准确测定了目前热工工艺条件下，钢坯在加热炉内其内部、上下温度、左右温度的过程变化。

（2）定量分析钢坯在加热炉内各个物理段上的温度均匀性和升温速率，对存在的问题进行了针对性突破解决。

（3）建立钢坯内部实测温度、炉气温度、燃烧控制数学模型预测温度之间的数据对应关系，为数学模型优化搭建基础数据库。

（4）针对供热负荷的分配及加热方式以及生产组织进行了优化调整，使钢坯温度更加均匀，降低了燃料过剩消耗，降低煤气单耗15%。

（5）优化典型钢种的加热制度，伴随产能提升，加热方式及加热制度得到了调整和优化，提高钢坯加热质量等方面的能效提升评估。