超宽棒线材加热炉的研究与应用

岳祥

（石横特钢集团有限公司，山东肥城 271612）

随着科技的发展，生产工艺的改进，轧钢工序也在不断完善。而在棒线材热轧车间，加热炉作为重点工序，对生产产品的成材率、烧损、切损、煤耗等指标有着极其重要的影响。从最早的推钢加热炉，到后来常规加热炉、单蓄热加热炉，直到目前在棒线材车间广泛使用的双蓄热步进梁式加热炉，加热工艺、加热钢种在不断完善与改进。直到近年来，超宽加热炉的理念渐渐被提出，根据该理念，入炉钢坯越长，生产切损越低，定尺规格越多，对生产有不可替代的深远影响。但是，在增加钢坯长度的基础上，加热质量成为不可忽视的一个难关，如何在保证加热质量及加热均匀性的基础上入炉较长定尺钢坯成为该技术的关键。

通过多方考虑及论证，石横特钢集团公司棒线材车间所选加热炉炉型尺寸最终定为长34 米，内宽17.4米，可最大装入16.8m长坯料，在国内属首例。

在论证选型过程中，综合考虑加热工艺以及炉体稳定性等问题，总体选择思路为安全稳定的炉体框架、高效的燃烧系统、可靠稳定的汽化冷却等几方面。

1 炉体框架设计

超宽加热炉的应用，首要面对的问题是炉体框架的稳定性，17.4m 内宽，18.4m 以上的外部宽度，导致炉顶大梁及炉底机械将面对更加严峻的挑战。而没有成熟经验可以借鉴，意味着需要面对技术突破及技术创新的双重压力。针对此种情况，经过反复论证，在此超宽加热炉的炉体框架上实现了如下技术的应用：

针对炉顶大梁，江苏某钢厂同类16 米钢坯的炉型上，采取的是大型工字钢设计，工字钢的高度选型超过了1米，接近1米2。在借鉴的基础上，考虑实际情况，经过反复计算论证，在超宽加热炉上最终采用的是桁架设计，而最终的运行情况也反映出了桁架选型的正确性。

针对炉底机械，采用的是三层框架设计，即平移框架两层，提升框架一层。提升动力采取的是四台提升液压缸同步运行的方式，安装两套位移传感器，比对测量运行参数。平移动力采取中部单缸运行模式，避免了端部集中受力的隐患。

2 蓄热燃烧系统

蓄热燃烧系统是加热炉运行的核心，设计加热炉运行参数及经济指标，针对超宽加热炉，在蓄热燃烧系统的设计上采取了如下创新性新技术：

采用低氮燃烧技术。加热炉烧嘴创造性的采用空-煤-煤-空布局的上下式烧嘴，形成弥散燃烧的方式，使空气在外围，煤气在内测，有效减少钢坯与氧气的接触，降低氧化烧损，同时降低了燃烧火焰高温区内的氧气含量，抑制氮氧化物的生成，形成良性的燃烧环境。此外，利用无限多股自由射流原理，烧嘴砖设计为独特的多孔射流板型式，使得烧嘴内部气流场和温度场的均匀性较传统的大口径喷口砖大大提高，蓄热体有效利用率提高至90%以上，常规的蓄热体利用率仅60～70%。

采用激光检测技术。在加热炉上使用了激光气氛检测技术，即加热炉的每个燃烧段设置一套激光分析检测仪，包含氧含量检测系统与CO 含量检测系统，实时检测该段的氧含量与CO 含量，并将炉内燃烧情况显示在终端画面上，对操作工的精准控制提供了判断的依据。

采用威廉姆逊红外测温技术。为确保燃烧控制精细化，在加热炉每段安装了威廉姆逊红外波长高温计，实施测量炉内钢坯温度，确保钢坯出炉即合格。

采用创新性波浪形炉顶技术。在综合既往成熟经验的基础上，在此超宽加热量上创新性的采取了波浪形炉顶技术，即将炉内炉顶内衬由常规平炉顶设计施工为波浪形炉顶，通过固定倾角设计，达到实现定向辐射的目的，提高炉内热辐射效率，同时此种技术大大降低了运行成本费用，实现了加热炉的经济运行。

采用CEMS 烟气检测技术。随着近年来环保技术的收紧，此技术也日渐推广，并逐渐替代原有氧化锆分析仪。相比以往，此技术能够实现在线检测NOx、CO、SO2以及氧气的含量，侧面反映炉内燃烧的完全程度，为操作工精细化操作提供依据。

3 汽化冷却系统

汽化冷却系统是加热炉安全稳定运行的保障，相比燃烧技术以及炉体框架技术上的突破，汽化冷却技术更多的沿用了目前的成熟经验，以安全稳定为主。

（1）在水梁布局上，因其特殊性，综合考虑采用的是“6 动7 定”布局，因炉长达到34 米以上，因此借鉴了国内其它板带加热炉以及型钢加热炉的建设经验，采用了水梁分段的设计理念。此种水梁设计，将大大降低每单独段水梁的热膨胀长度，同时避免建设安装时的预拉弯难度，提高安装质量。

（2）针对水梁支管采取温度检测，利用目前贴片式温度检测计的检测优势，在加热炉汽化支管回水段进行安装。此技术具有两大优点，一是此温度计为贴近安装，避免汽化冷却系统管道直接开孔，减少漏气隐患，提高设备运行安全性；二是能够测量回水温度，在具备汽化流量监测的基础上，增加温度检测，双向检测保证了汽化冷却系统运行安全性与稳定性，避免水梁堵塞等事故的发生。

（3）为提高热效率，降低钢坯加热黑印，此次汽化冷却系统设计运行压力1.6MPa，实际运行压力1.3MPa，相比以往常规棒线材加热炉0.6～0.9MPa 的运行压力，有了大幅度提升，提升汽化运行压力的同时，一方面大幅度降低了汽化循环热损失；一方面提高了加热质量，减少了钢坯黑印的产生，提高了加热炉的经济运行。

同时，利用烟气余热，对加热炉软化水箱给水进行换热提温，将给水温度提到50～60℃左右，以提高蒸汽回收量，增加生产收益，蒸汽与给水温度关系表1如下所示：

4 运行情况

在加热炉经济指标方面，加热炉能耗在冷装加热情况下，能够稳定实现不高于0.9GJ/t的单耗，氧化烧损不高于0.5%，加热产量、加热温度均实现了预定目标。

在加热炉安全运行方面，加热炉运行2 年来，吨钢维修费用不超0.2 元，稍大型设备如悬臂辊、换向阀、调节阀、水泵等检修率为0，整体故障时间为0，实现了加热炉安全稳定运行的期望。

在加热炉环保运行方面，通过外部委托检测单位对加热炉废气的检测数值来看，NOx、SO2的检测含量均低于50mg/m³，优于行业标准。而激光分析仪、红外温度检测仪、CEMS 等各种先进检测设备的投用，更是确保了氧含量稳定控制在1～3%，CO 含量稳定在500ppm以下，实现了蓄热燃烧的精细化控制。

5 结语

加热炉是热轧车间的首道工序，更是执行加热工艺的核心设备，因此加热炉的安全经济运行为车间正常生产奠定了基础。超宽加热炉的研究与应用，大幅度提升了车间生产的经济学与多样性。在生产上，超长钢坯的应用，大幅度降低了切头产生的同时提高了产品成材率，而多种先进技术的应用，更是实现了加热炉的经济运行与安全运行，相信此次超宽棒线材加热炉的成功应用，将为行业带来新的理念及思路。