60万t高线步进梁式加热炉的技术特点

赵和香

（上海嘉德环境能源科技有限公司，辽宁 沈阳110000）

江苏连云港某钢厂新建一条年产量60万t高速线材，配套建设一座步进梁式加热炉。该加热炉设计能力为冷装130 t/h，燃料为高炉煤气，热值为750×4.18 kJ/m3，采用双蓄热燃烧技术，坯料规格为 150 mm×150 mm×12 000 mm、165 mm×165 mm×12 000 mm，加热钢种为优质碳素结构钢、焊接用钢、冷镦钢、弹簧钢、低碳钢丝等。加热炉于2018年10月进场开始施工，2019年4月底完成整体安装并开始点火烘炉，2019年5月中旬开始试生产，6月底达产。

1 设计方案

1.1 技术指标

（1）加热炉消耗：1.05 GJ/t（普碳钢、冷装、额定产量下，出钢温度1 050℃）

（2）氧化烧损：≤0.6%

（3）加热质量：断面温差≤20℃，长度方向温差≤20℃

（4）炉膛压力：（20±10）Pa

（5）步进周期：36 s

1.2 炉型的选择和确定

考虑到坯料小断面、快节奏、加热质量要求高的特点，选用步进梁式加热炉，装出料方式为侧进侧出。

考虑到煤气特点，结合业主对节能的考虑，采用高炉煤气双蓄热燃烧技术。

考虑到弹簧钢等特殊钢的加热特点，即要求低温快速加热，高温为减少脱碳快速加热，蓄热炉换向方式采用分散换向，可实现灵活加热。

结合上述因素，该加热炉确定最终炉型和燃烧方案。

1.3 炉体结构及加热炉主要结构尺寸

该加热炉采用平直顶结构（见图1），沿炉长方向分为一加热段、二加热段和均热段。

加热炉的主要结构尺寸：

有效长度22 000 mm，内宽12 600 mm，上炉膛高度1 550 mm，下炉膛高度2 100 mm。

图1 加热炉炉体结构示意图

2 主要设备参数

2.1 炉体砌体

炉墙和炉顶采用复合结构，工作面采用低水泥浇注料，炉底采用砖砌结构。

炉墙砌体总厚度500 mm，炉顶砌体总厚度350 mm，炉底砌体总厚度550 mm。

2.2 燃烧系统热负荷分配

全炉分3个供热段，炉温自动控制，通过设定各段的温度值，控制空煤气量的输入。加热炉各段调节能力强、范围大，可灵活调节供热量，适应不同钢种的加热工艺要求，保证加热质量。各供热段热负荷见表1。

表1 热负荷分配表

2.3 水梁及水封槽

考虑到加热炉坯料长度，全炉共设置9根纵水梁，分为固定梁和活动梁，其中活动梁4根，固定梁5根。考虑到水梁属于压力容器，故纵水梁及下部支撑立柱全部采用20 g材质，提高水梁使用寿命。

水封槽槽体及裙罩采用船板钢（CCSA，厚度6 mm），刮渣板采用不锈钢材质。

2.4 步进机械等设备

加热炉主要设备包括步进机械、装出料悬臂辊道等。

步进机械位于加热炉炉底，为加热炉重要的设备，设备的设计、制造和安装质量决定了将来炉内钢坯是否跑偏，能否保证稳定运行，故步进机械设计为双层框架（升降框架和平移框架），每层框架为由500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型钢组成箱型框架，结实稳固，每层框架分别由升降/平移液压缸驱动。考虑到日后热装产量的提升，步进机械一个步进周期节奏为36 s。

根据水梁及炉体布置的要求，装料布置9根装料悬臂辊道，出料布置9根出料悬臂辊道，考虑到业主要求备件一致性，装出料悬臂辊棍头材质全部选用ZGCr28Ni48W5材质，装出料悬臂辊道结构一致可互换，电机功率4 kW。

3 技术特点

高线加热炉设计的总体思想是以满足高产、优质、低耗、节能为目的，另外还需考虑以后检修维护的便捷，故在设计上有如下的技术特点。

3.1 采用先进实用的垫块及水梁错位技术

加热炉水梁采用两段式热滑道技术，低温段采用ZGCr25Ni20耐热合金垫块的半热滑道；高温段用Co20的高温合金垫块的全热滑道，两种滑块与水管全部采用焊接安装形式。由于坯料在固定梁上停留时间较活动梁要长，对钢坯的水管黑印影响大，因此，采取固定梁在均热段位置进行错位设计（错位距离200～300 mm）。坯料在加热段形成的水管黑印进入均热段由于水梁错位可保证黑印逐步消失，由于在均热段时间较短，未待形成新的水管黑印即已出钢，从而可以保证钢坯加热质量。一般而言，采用直线滑道的坯料黑印温差为40～50℃ ，采用错位梁后坯料黑印温差可减少15～20℃，即水管黑印可控制在30℃以内的范围。步进梁布置如图2所示。

3.2 长寿命、高性能蓄热体的选择

图2 加热炉步进梁布置示意图

作为蓄热炉很重要的热交换媒介，优质的蓄热体在稳定蓄热炉炉压、合理控制排烟温度、降低煤气消耗、延长更换周期等方面有着重要的影响和作用。尤其是前排高温侧的蓄热体其工况更为严格，就决定了相对后端的蓄热体，前排蓄热体要求有更好的抗高温性能和抗变形能力，基于此，本加热炉蓄热体沿烧嘴长度方向，按烟气温度梯度方向共安装10层蓄热体（未含最前排的挡砖），第一层安装一层高蓄能蜂窝体（较刚玉质蓄热体Al2O3含量更高，高温性能更好，长期使用温度1 450℃），后面安装9层刚玉质蜂窝体（长期使用温度1 300℃），全炉共设置30 m3蓄热体（不含挡砖数量），从以前的使用经验来看，此种组合下的蓄热体整体可保证连续使用18个月甚至24个月，相对常规的蓄热体配置，一般多为12个月一更换，既减少了50%的蓄热体备件成本，也减少了停炉更换蓄热体的次数，对生产的连续性大有好处。

3.3 独立的三通换向阀平台

相对正常的管路设计，换向阀一般直接设置在加热炉炉顶（见图3），由于蓄热炉炉顶管道复杂，管道种类和数量多，故炉顶空间非常有限，留给三通阀摆放的空间就更显得紧张，最终留给工人点检和维修维护的空间就更为局促。而本方案增加了单独的三通阀平台，设置在加热炉炉顶大梁外侧（见图4），宽度达3.5 m，工作面采用通透性更好的钢格板，不但解决了三通阀的布置和维修维护空间问题，而且由于三通阀远离炉顶不受热气流影响，电磁阀等电气动元件使用寿命也大大提高。

图3 常规换向阀布置示意图

4 应用效果

高线加热炉自2019年6月投产以来，各项生产指标达到设计要求，满足年生产能力60万t产量需求。加热冷坯时平均煤气消耗量330 m3/t，折合单耗为1.035 GJ/t，炉膛压力稳定生产时在20 Pa以内，钢坯长度方向温差15～20℃。加热炉的各项设计也满足业主对检修维护方面的需求。

图4 独立的三通换向阀平台示意图

5 结论

（1）针对生产品种钢的棒线材蓄热炉，考虑到不同钢种的热物理特性，可选用分散换向的控制方式，以实现灵活加热，保证钢坯加热质量。

（2）对于棒线材步进炉，国内目前技术已非常成熟，今后设计更应从降低人工检修维护强度、降低维护周期以及降低备品备件种类等方面考虑。