《加热炉多工艺特性》PPT课件.ppt

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1、感谢各位科协同仁的光临指导,一钢不锈钢工程指挥部热轧项目组2002年4月,现代化步进梁式板坯加热炉的多工艺特性实现途径及对产品质量的影响关键词：步进梁式炉、多工艺特性、高效率；节能,宝钢集团一钢公司不锈钢工程指挥部热轧项目组庄惟琦,主要内容：1 前言2 项目原始条件3 多工艺特性与技术决策4 加热炉的主要参数确定5 加热炉本体设计6 技术性能指标实现与多工艺特性实现的保证7 结论与建议,1 前言,宝钢集团一钢公司目前正在新建一条不锈钢热连轧板卷生产线，年目标计划生产不锈钢热轧板卷69.8万t/a、生产普碳钢热轧板卷212.4万t/a，合计282.2万t/a。按项目要求，用于轧前加热的步进梁式板

2、坯加热炉其设计能力应满足热轧生产能力的需要，同时应尽可能以年产300万t/a的水平预留能力。项目还要求碳钢的直接热装比以及各项技术经济指标必须达到目前国际先进水平。,由项目的总体目标可知，对用于轧前加热的步进梁式板坯加热炉而言，其加热工艺上存在着在同一座炉子上既要加热不锈钢、又要加热碳钢的多品种、多工艺特性；其坯料入炉上存在着既有热装，又有冷装的不同装炉模式。由此要求炉子设备配置上必须具备满足多工艺特性切换的灵活性；同时还要求炉子的各项控制在精度上更准确、在响应时间上更快速。因此，为确保本项目的整体先进性和可靠性，我们有必要对不锈钢热轧板卷生产线的首道生产工序的主体设备步进梁式板坯加热炉的多工

3、艺特性进行充分的研究，以达到既满足不锈钢的加热质量要求、又满足碳钢的加热产量要求；同时还应根据轧钢工艺的总体要求，确立出符合高产、低耗、高效的步进梁式加热炉设计方案，以使得产品实物质量、生产成本和各项消耗指标、劳动生产率达到国际先进水平。,加热炉项目设计指导思想：,2 项目原始条件2.1 带钢产品的主要规格、钢种及坯料条件 产品的主要规格：,不锈钢：带钢厚度：2.010.0mm；带钢宽度：7501600mm；最大卷重：max30t；材质：300、400系列钢种，除此之外还可能生产少量其它钢种，如超奥氏体、超马氏体、双相钢等等。碳素钢及低合金钢：带钢厚度：1.212.7mm；带钢宽度：75016

4、30 mm；最大卷重：max30t；材质：主要有低碳钢、优质碳素结构钢、高耐候性结构钢、焊接结构钢、低合金结构钢以及高强度钢、双相钢等等。,板坯规格及尺寸公差：,不锈钢连铸坯：厚度：180、200mm（标准坯200mm）；宽度：7501600mm；长度：800013600mm（标准坯11000mm）、短尺：48006500mm；板坯质量：max 30t、短尺坯最重不超过15t；碳素钢连铸坯：厚度：150、200、外供坯230、250mm（标准坯200mm）；宽度：7501650mm；长度：800013600mm（标准坯12500mm）、短尺：48006500mm；板坯质量：max 30t、短尺

5、坯最重不超过15t；尺寸公差：厚度：5mm；宽度：15mm；长度：30mm;侧弯：（月牙弯）长坯40mm、短坯20mm；挠曲度：长坯40mm、短坯20mm。,2.3 燃料及其低发热值,燃料:天然气；低发热值:33.812MJ/m3。,2.4 加热炉数量及DHCR指标,项目要求以年加热板坯量286.6万吨为依据，尽可能以配置两座步进梁式加热炉满足生产能力为前提，并同时要求预留年加热300万吨板坯能力。加热炉装出料的辊道中心距为48米，要求在此条件范围内确定CCR、DHCR的炉子有效长度。要求碳钢DHCR比为62%。,2.2 板坯装炉制度,直接热装（750）；热装（500）；温装（300）；冷装（

6、20）；,2.5 加热炉之间的生产匹配模式要求,由于碳钢轧制工艺上采用的是分品种集中批量轧制和混合轧制两种方法，因此当62%的碳钢实现单炉DHCR工艺时，其与轧线不足部分必须以下线的碳钢或铁素体不锈钢冷坯装入另外一个炉子补充。奥氏体不锈钢采用双炉CCR集中批量轧制工艺。由此可见，两座步进式加热炉都必须具备坯料冷装入炉加热与直接热装入炉加热的功能，当两座炉子的其中一座作为DHCR炉时，另一座炉子可作为加热碳钢冷坯或铁素体不锈钢冷坯之用，反之亦然。,碳钢：1200；奥氏体不锈钢：12201270；铁素体不锈钢：1100；,2.6 板坯加热温度要求,2.7 板坯加热质量、单位热耗指标及环保要求,板坯

7、出炉温差10；板坯表面与中心温度差：碳钢30，不锈钢25；板坯黑印温差20（RT2曲线）；板坯长度方向温差：碳钢30、不锈钢25（RT2曲线）；氧化烧损率0.7%；炉子单位热耗1300kJ/kg；环保PPM100（O2%=11%）。,3 多工艺特性与技术决策3.1 项目的多工艺特性与难度特征,炉子设计必须以满足高附加值的不锈钢加热质量要求为主要依据，但同时必须兼顾碳钢的产量及热装比的要求。在产品规格转换中将不可避免地存在着不锈钢和碳素钢的同炉混装；在坯料装炉工艺上有冷装、热装与直接热装的多种板坯入炉模式，因此要求炉子具有很大的灵活性。本项目明确二座加热炉必须满足年加热板坯288.6万吨的需要，

8、其中含72万吨的不锈钢板坯；因此炉子的运行稳定性必须确保。结合产品大纲内容，奥氏体、铁素体不锈钢及碳钢的板坯加热曲线可简单描述为高、较高、低三种温度控制特点，因此 要求炉子的控制系统的响应必须具备预测性、准确性与快速性。不锈钢加热过程中其氧化铁皮的生成是客观存在的，但必须确保其生成量为最小、并可去除的。,3.2 针对多工艺特性在炉子设计上采取的技术决策,设计两座上下加热的步进梁式加热炉，以提高传热效率。配备板坯长行程装钢机，以保证连铸连轧的合理缓冲时间。步进机械采用分段传动机构，为多钢种烧钢提供更大的灵活性。根据钢种加热制度的要求，增加独立供热区，提高加热的灵活性，并有效控制炉尾排烟温度，达到

9、节能炉型的生产指标。按照冷热坯料的尺寸厚度及不同钢种的要求，采取最佳数量的温度控制区及相应的炉型曲线。选择合理的支承梁配置，减少板坯加热过程中形成的水管黑印。在水冷支承梁上，对不同的温度段设置不同高度与不同材质的耐热垫块，以消除板坯与支承梁接触处的黑印，并缩小板坯接触处和两个支承梁中间的表面温差。,3.3 满足多工艺特性的炉子自动化程度与控制水平,步进机构采用节能型的液压系统，实现“轻托轻放”。步进梁驱动装置采用滚轮斜台面液压驱动方式，确保运行平稳、可靠、承载大与跑偏量小。炉内板坯定位检测采用激光装置；炉内监控采用高温工业电视；可对板坯在炉内的全过程情况进行实时在线监视、跟踪。炉子采用先进的基

10、础自动化控制系统和过程控制计算机，板坯从装炉辊道到出炉辊道并送往轧机前的生产过程，实现计算机自动控制，炉子各热工参数的监控采用PLC控制系统。加热炉采用带有轧制节奏控制及燃烧模型控制的计算机系统。可提高板坯的加热质量，节约能源。,3.4 加热炉设计上采取的主要节能措施,按照炉子加热冷坯料的钢种及尺寸厚度，合理确定炉子长度，并合理配置不供热的预热段，以充分利用高温段烟气预热入炉的坯料，降低排烟温度。在炉子烟道出口处设置带插入件的高效金属管状预热器，可将助燃空气预热到500，回收烟气余热，节约燃料消耗量。采用耐热垫块并将支承梁交错布置，以减少水管黑印，达到不因减少板坯断面温差而延长均热时间的效果，

11、从而减少燃料消耗。炉底水梁、立柱采用汽化冷却，可有效防止水梁立柱内壁结垢，提高梁、柱的使用寿命，同时所产生蒸汽可供生产和生活之用。炉体砌筑采用可塑料、低水泥高温浇注料整体捣制的复合炉衬，以强化绝热，减少热损失。炉底水梁和立柱采用双重绝热包扎，以减少冷却水的吸热损失和软水的用量。配备完善的热工自动化控制系统，确保严格的空燃比和合理的炉压控制等。,4 加热炉的主要参数确定,根据轧制线的年产量及年工作时间确定加热能力，再对预期产量目标、分品种作业计划及炉子作业率进行核算，这种计算方法对多品种、小批量的生产模式比较合适。以目标计划产量计算炉子能力的条件：,4.1 加热炉能力的确定,热轧厂年目标生产热轧

12、板卷总量为282.2万t/a，则年需加热板坯量为288.6万t,如将其中的72万t不锈钢板坯折算为碳钢板坯，则其年加热碳钢板坯当量为310.2万t；炉子年工作时间为6800h。设计规定炉子利用系数一般取0.670.72，如配有二级计算机控制可取0.720.77，此处取0.76。,加热炉的平均加热产量及额定小时产量：,炉子的平均加热产量：3102000/6800=456.18(t/h)；为0.67时的炉子额定小时产量为：456.18/67%=680(t/h)；为0.76时的炉子额定小时产量为：456.18/76%=600(t/h)。,由于热轧厂在生产稳定后的增产潜力较大，同时项目要求加 热炉的设

13、计能力应以年产300万t/a水平预留能力，因此其炉子能 力的确定难度很高。为确定最经济的炉子参数，首先应通过不同生产条件下的炉子小时产量与有效炉底强度之间关系的计算分析，来确定合适的炉子能力、炉子座数，以满足上与连铸衔接最优，下与轧机匹配最佳的生产组织条件。,初步结论：如配置二座炉子，则每座炉子的额定加热能力为300 340 t/h比较合适。,4.2 炉子有效长度与加热能力验算分析a.有效炉底强度的选取,计算炉子有效长度的一个很重要的参数是对有效炉底强度（P值）的选取，一般当炉子布料长度在12米以上，而坯料为冷装入炉的前提条件下，对以加热高碳钢和高合金钢为主的步进梁式炉，其P值宜在500550

14、kg/m2h范围内取值，比较符合目前国内外的水平。而原则上连轧厂宜以节能炉型的P值的下限确定合理的有效炉长，但考虑到炉子使用高热值天然气燃料，其燃料条件较好，因此平均有效炉底强度取用在550650kg/m2h范围内也比较合理。当在加热普碳钢时，其P值还可提高10%左右，事实上这种强化加热的结果是炉子的小时产量虽然有所提高，但单位热耗也相应上升了5%左右，同时氧化烧损率也将相应提高，而板坯加热均匀性则将明显下降，因此在实际生产中一般不宜推荐。,由于加热炉装出料的辊道中心距仅为48米，因此炉子的有效长度只能限制在41.7米。在此前提条件下选用不同的有效炉底强度值其炉子小时产量结果见下表:,炉子有效

15、长度计算公式：L效=(G1000)/（Pb）+L,b.炉子有效长度与炉子产量的综合验算分析,综上计算结果可得出如下分析结论：,由于受炉长限制，因此要使炉子额定加热能力达到360t/h，其有效炉底强度将达到690kg/m2h，属强化加热性质，对板坯加热质量、单位热耗、炉子使用寿命有极大影响，因此确定为不宜。当炉子额定加热能力为340t/h，其P值为652kg/m2h，属强化加热临界点，用于对加热质量要求较低的碳钢加热比较合适。当炉子额定加热能力为300320t/h时，其有效炉底强度为576614kg/m2h，其结果比较接近设计规定值，这对炉子使用寿命、单位热耗及加热质量都很有利。这种条件下的加热

16、炉能力比较符合工艺要求，但加热炉能力的富裕量很少。,经验表明：正常情况下，当加热普碳钢时P值可控制在550650kg/m2h左右，而加热不锈钢时，其P值可控制在450550kg/m2h左右。综上所述，当步进炉的有效炉长为41.7米时，配置二座额定加热能力为300t/h的步进炉比较符合项目要求，如热轧厂在日后需进一步提高生产能力，可考虑再上第三座步进炉。,碳钢冷装：300 t/h(标准规格板坯：200 x1250 x12500mm)；碳钢DHCR：310 t/h(标准规格板坯：200 x1250 x12500mm)；奥氏体不锈钢：220 t/h(标准规格板坯：200 x1250 x11000mm

17、)；铁素体不锈钢：250 t/h(标准规格板坯：200 x1250 x11000mm)。,c.不同工艺下的炉子额定加热能力：根据轧线工艺对不同的钢种及钢坯加热温度的要求，加热炉相对应的分品种目标能力为：,4.3 加热炉的匹配模式及分品种生产能力分析,由于碳钢和不锈钢的加热工艺是不同的，对于碳钢的加热过程，一般是在加热段末端表面温度高于钢坯的出钢温度，然后经均热段一定时间的均热后达到目标出炉温度。然而对于不锈钢，由于加热温度过高后，晶粒长大的倾向增加、塑性降低，且易出现裂纹，因此不锈钢的加热曲线必须更加平滑，坯料在炉内的时间相对碳钢要长。因此在加热碳钢和不锈钢时，应采用分品种和集中批量轧制，在碳

18、钢和不锈钢的品种转换时，必须使这两种坯料在炉内间隔一定的距离，对于不同的坯料采用不同的加热工艺，以保证坯料的加热质量。根据项目要求，除应确保不锈钢的加热质量，同时还应尽量满足碳钢的DHCR轧制工艺，为此本项目配置了两座相同功能的炉子，其长行程装料机，可将直接热装的板坯送入炉内八米左右，使两座加热炉都具备CCR、HCR、DHCR功能。,a.生产能力计算的相关条件确定,生产方式：分品种批量集中轧制和接近品种的混合轧制的组合。炉子匹配模式：CCR碳钢、铁素体不锈钢与DHCR碳钢实现混合轧制工艺，奥氏体不锈钢采用双炉CCR集中轧制工艺，部分特殊碳钢采用双炉CCR集中轧制工艺。装炉条件：入炉坯料全部为无

19、缺陷板坯，DHCR碳钢坯以750装入1号炉或2号炉，采用单炉DHCR工艺，其它规格钢种全部为冷装入炉。炉子组合能力：DHCR+CCR碳钢组合工艺下，理论总能力为610t/h；DHCR碳钢+铁素体不锈钢混轧工艺下,炉子的理论总能力为560t/h；双炉CCR奥氏体不锈钢加热炉理论总能力为440t/h。,b.CCR碳钢下线总量平衡估算,碳钢下线总量平衡计算详见下表:,碳钢总量为216.6万吨，当DHCR目标值为62%时，DHCR碳钢坯总量为134.3万吨；CCR碳钢量为82.3万吨，CCR总量（含18万吨铁素体不锈钢）为100.3万吨。双炉CCR奥氏体不锈钢总量为：54万吨。,c.加热炉产能计算分析

20、,综合以上述相关条件，对加热炉的产能计算与分析见下表:,计算分析结论:,如在1号炉上实现DHCR工艺，其有效炉长最短为33.5m，年总轧制时间为4334h。炉子的年计划作业率为63.74%，碳钢的直接热装比为62%，这种工艺条件下，炉子的能力富裕较多。当1号炉实施DHCR工艺时，其与轧线能力的缺额部分，以2号炉装入碳钢或铁素体不锈钢冷坯补充，其中CCR碳钢年额定作业时间需2742h，CCR铁素体不锈钢的年作业时间为719小时。2号炉的生产总时间为3461小时。理论上在此混合轧制条件下，1号炉将可能存在873小时的单炉生产，2号炉将富裕20%的作业时间，这可作为工艺上发生不匹配的补偿（系数1.2

21、0），这种匹配模式下，混合轧制率达75%。奥氏体不锈钢全部为双炉CCR生产，其总的加热产量为440t/h，其双炉年作业时间为1226小时。如采用12米长坯，更为合理。,d.加热炉作业率计算加热炉作业时间：,1号炉年作业时间：Td=5560 小时；2号炉年作业时间：Tc=4687 小时；,加热炉作业率计算：,1号炉年作业率：Td/6800=81.8%；2号炉年作业率：Tc/6800=68.93%；,两座加热炉平均有效作业率：,=（Td+Tc）2/680075.3%。,结论：由于加热炉相对于轧机的作业率一般在80%左右，故现有的加热炉能力配置能够满足工艺要求。,4.4 加热炉区域平面总图,出钢机,

22、进料辊道,进钢机,空预器,炉子本体,汽包平台,炉前辊道,烟囱,液压站,鼓风机房,烟道,热风管道,5 加热炉本体设计5.1 炉型结构及炉体基本尺寸 炉型结构设计必须以提高炉气和炉体对炉内加热板坯的传热效率为前提；同时必须确保适应多品种、多工艺加热特性的钢坯加热制度；保证板坯在长度和宽度方向上的加热均匀性。a.炉型结构的主要特点,本设计采用了端部装料和端部出料方式的箱形炉型，为了便于灵活调节各温控区的供热制度，在加热制度有明显区别的炉顶部位设置压下结构、炉底设置挡火墙，以对炉内烟气进行扼流，改善炉内传热、实现温度分区控制，并有效回收烟气余热。加热炉上部采用顶部供热和侧向供热相结合的供热形式，下部全

23、部采用侧向供热方式。全炉共设置十个炉温自动控制段。加热炉采用侧上排烟方式。,b.烧嘴选型与配置：加热炉均热区上部采用平焰烧嘴，其它各供热区采用侧向烧嘴。该方案的优点是在炉长方向上的温度制度实现和供热量调节灵活、传热效率较高、炉膛空间小、炉顶形状简单、炉长方向上炉压分布平稳，尤其适合加热制度变化时的调整需要。由于传统的模拟量控制的侧烧嘴，在不同的流量范围下工作，无法保证火焰长度方向上的温度场分布均匀性。对于较宽（12米以上）的加热炉，特别是坯料厚度较大时（厚180mm以上），更难以保证板坯温度的均匀性。因此本项目引进了日本中外炉公司新型的超长火焰天然气调焰烧嘴，此烧嘴的火焰长度可在额定能力的40

24、100范围内保持不变。同时，其燃烧控制采用常规的PID流量Hi./Lo.控制方式和“间拔”方式的组合（一种简单实用的脉冲控制方式）。,中外炉超长火焰天然气调焰烧嘴特点简介：该烧嘴的其主要特点是调节比大，有效火焰长、刚性好，可充分保证炉宽方向的温度均匀性，同时其废气中氮氧化物的含量远低于国家标准。该烧嘴目前已在芬兰OutoKumpu 得到应用，其应用条件、加热钢种、炉子宽度等与本项目的条件十分相近。该烧嘴与传统的模拟量控制烧嘴的最大区别是：其使用能力在随工艺要求发生变化时，火焰长度的变化很小。这是由于该烧嘴采用了空煤气通道不完全同心的结构，它以40%的额定空气量作为基本量，由与煤气通道同心的空气

25、通道供风，保证了烧嘴能力变小时其火焰长度的基本不变；而余下的60%的额定空气量既可作为调节量，并以其独立通道供风，保证了烧嘴额定能力的需要量。由于在空煤气的分配和混合方式上采用了特殊结构，空煤气边混边烧，使火焰流程显著增长而稳定，因此在40%100%额定能力范围，其火焰长度和刚性可基本保持不变；而在低于40%额定能力范围下，其火焰长度和刚性才有所变化，此时可通过“间拔”（或脉冲）控制方式对烧嘴进行调节，由此可确保单烧嘴的火焰长度不变和炉宽方向的温度均匀性。在目前各国开发的烧嘴中，该烧嘴在保持火焰长度不变的条件下，其允许的能力变化范围最大，其实用性更好。,c.加热炉基本尺寸：,加热炉基础上表面标

26、高：8800 mm；装出料辊道中心距:48000 mm；辊道上表面标高：800 mm；加热炉砌体全长:43200 mm；加热炉有效长度：41700 mm；DHCR时最短有效长度:33500 mm；加热炉砌体宽度：15372 mm；加热炉内宽：14400 mm；装钢机最大工作行程:10200 mm;烟囱高度：90m；烟囱出口直径 4.0m。,d.炉体总图 总图一：,出钢机,炉前辊道,炉子本体,炉后辊道,进钢机,炉底机械,液压站,供风管,鼓风机房,空预器,钢制烟囱,烟道,总图二：,侧烧嘴,固定水梁,平焰烧嘴,活动水梁,平炉顶,总图三：,炉尾排烟口,地下烟道,供风总管,炉门升降机构,5.2 加热炉本

27、体设备的确定（1）水梁、立柱与垫块 水梁和立柱是炉内主要承重构件，水梁、立柱采用汽化冷却方式。炉内水梁在合适位置采用错开及根数的最优布置技术，以最大限度减轻板坯下部的“黑印”，并满足不锈钢板坯加热时悬臂量较小的要求。炉内水梁采用大跨度立柱设计，以降低管底比，。炉内水梁配置：活动梁 6根；固定梁 6根（均热段7根）。为减少黑印温差，提高板坯加热质量，垫块在水梁顶部两侧采用交错布置。同时在高温段，为了消除黑印，垫块高度较高（100mm），并使用耐热性好的Co50材质；在低温段，由于垫块的承受温度相应较低，垫块高度降低（75mm），并采用Co20材质。垫块结构采用最优的型式和数量，最大程度减少垫块压

28、痕，以适应对不锈钢板坯的加热。这种垫块的顶面和钢坯接触面的温度可以达到10501100。,加热炉布料图：,不同长度的板坯有各自的布料位置,固定梁六根,活动梁六根,固定梁七根,水梁错位位置,水梁双层结构及垫块布置图：,垫块错位布置以减少板坯水印,双层管水梁结构减小遮蔽,（2）水封槽及刮渣机构 步进梁立柱穿过炉底并固定在平移框架上，为了使活动立柱与炉底开孔处密封，在每列活动梁下部设有1条水封槽，并固定在平移框架上。少量炉内板坯加热生成的氧化铁皮经炉底开口部进入水封槽，随步进梁的运动被固定在炉底钢结构上的刮板送至进料端的溜槽内，由水封槽的溢流水并补充少量浊环水冲入出料端铁皮沟内。（3）炉子的钢结构

29、炉体钢结构是由炉顶钢结构、侧墙钢结构、端墙钢结构和炉底钢结构组成一个箱形框架结构，用以保护炉衬、安装烧嘴、固定水梁立柱及各种炉体附件。,（4）加热炉炉门,装料炉门：炉宽方向由两个可同步或独立动作的炉门构成，每扇炉门采用型钢和钢板焊接结构，炉门内衬轻质浇注料，每扇炉门带水冷梁。炉门采用电动驱动装置和自动压紧装置。装料门可进行自动操作和手动操作，与装钢机有联锁控制。出料炉门：炉宽方向由左右两个可同步或独立动作的炉门构成，每扇炉门带水冷梁，由型钢和钢板焊接而成，炉门内衬用可塑料和绝热板等耐火材料组成复合绝热层。炉门采用电动驱动装置和自动压紧装置。出料炉门可进行自动操作和手动操作，与出钢机有联锁控制。

30、窥视孔：每炉数量8个，用于观察炉内情况及烧嘴火焰情况，安装在固定梁所在平面上，带有遮蔽板。均热段观察门：6个230mm280mm侧开炉门，用于观察炉内板坯加热及运行情况，并便于测试和烘炉时铺设临时烘炉管。检修炉门：在炉子各段炉墙上各设1对检修门，共8个，供检修时出入炉内和运送材料用，平时用砖干砌以减少散热。,5.3 加热炉炉体砌筑材料的确定a.炉体砌筑耐火材料厚度（单位：mm）,炉顶结构：可塑料 230；轻质浇注料(0.8)35；绝热板 50；总厚度 315。炉底：由重、轻质耐火砖、耐火预制块构成，总厚度为470。,炉墙结构：耐火浇注料 290；轻质砖(0.8)116；绝热板 80；总厚度 4

31、86。水梁包扎：采用低水泥耐火浇注料、硅酸铝耐火纤维双层复包扎，总厚度为70。,正常情况上述材料组合的使用寿命约58年（水梁包扎除外）。为减小加热炉的热惰性，均、加热段内表面（炉顶及炉墙）均涂刷远红外高温涂料，预热段及热回收段内表面（炉顶及炉墙）均粘贴50mm的高温型纤维和涂刷高辐射高温涂料，以提高加热炉的灵活性，适应本工程对加热炉的特殊要求。,b.炉子主要部位砌筑材料界面温度计算 炉墙散热计算的计算模型下图所示：,图示说明：1、2、3、n为各层耐火材料厚度，t0为炉墙内表面温度，t1、t2、t3为各耐火材料间的接触面温度，tn为炉墙外表面温度，tw为环境温度。耐火材料间为传导传热，炉墙外表面

32、与环境间为对流传热。,（1）高温段炉顶计算表：,（2）高温段侧炉墙计算表：,5.4 加热炉燃烧系统 加热炉燃烧系统主要包括：烧嘴、天然气系统、助燃空气系统、氮气吹扫和放散系统。a.供热能力配置及烧嘴型式,供热能力配置:,加热炉设十个供热段，分十段炉温自动控制，可通过设定各段加热的温度值，控制各段燃料量的输入，保证出钢温度及温度的均匀性。烧嘴的供热能力是通过钢坯加热计算和各供热段热平衡计算确定的，在确定各烧嘴的供热能力时考虑一定的富裕能力，以便于各段炉温制度的调节。加热炉配置的烧嘴范围大，有利于灵活调节供热量。当加热不锈钢时，可有效防止低温板坯因加热速度过快而产生表面裂痕的现象，保证加热质量。,

33、烧嘴的布置型式及供热能力：,加热炉最大燃料需要量是根据碳钢冷装最大小时产量350t/h和耐火材料最大脱落（10%）条件计算的。加热炉天然气接点流量是根据最大燃料需要量并考虑了一定富裕的情况下确定的。,单炉天然气最大用量:15451 m3/h；单炉天然气接点流量：16500 m3/h。,天然气的最大需求量：,b.天然气系统：天然气系统由天然气管路、手动密封蝶阀、自动切断阀、手动切断阀、压力调节阀、流量测量孔板、流量调节阀、切断阀、点火装置等组成。,c.助燃空气系统 助燃空气系统由助燃风机、空气管道系统、中心风供给系统、稀释空气系统组成。每座加热炉配置2台离心通风机，两座炉子的4台风机设计成集中供

34、风系统，根据生产的实际情况可以分别开启一定数量的风机，以节约能源并减少风机的磨损。根据计算，在一座炉子用于CCR，一座炉子用于DHCR时，开启三台风机即可保证正常生产。为防止风机喘振现象的发生，采用风机进风口调节风压和风量的设计。,助燃风机性能、规格：型号：离心式通风机；风量：99000m3/h；风压：12509.81Pa；电机：型号Y4508-4、10kV、50Hz、560kW、1450r/min；消声器：2台/炉，安装在风机进风口。,d.氮气吹扫及放散系统：在天然气总管自动切断阀前后设有氮气管道和天然气放散管，每段的天然气管设有放散管、冷凝水排放管，天然气放散管末端设气体检测取样阀。加热炉

35、氮气吹扫系统功能如下：,加热炉各段天然气切断后，对段切断阀后到烧嘴前的天然气管道进行手动吹扫；关闭烧嘴前天然气球阀对天然气支管、总管分段吹扫。,5.5 加热炉排烟系统：加热炉排烟系统由烟道、空气预热器、炉压控制挡板和烟囱组成。炉子采用上侧排烟，炉内燃烧产生的烟气由炉子装料端顶部的烟气集管分流至左右两侧的下降烟管流入水平的分烟道内，然后分别进入四组空气预热器，经空气预热器后进入水平总烟道。a.带插入件的管式空气预热器：,主要技术特点如下：采用螺旋插入件增加管内传热系数，减小管内阻力，提高换热效率；高温侧前列排管子设置预压缩补偿器措施，消除热变形，以适应风温提高的要求；换热管选用 0Cr17无缝钢

36、管，以改善防高温烟气的辐射性能，提高使用寿命；预热器前烟气温度超过850时，掺冷风用以稀释高温烟气，热风温度过高时自动放散。,带插入件的管式空气预热器：,单管膨胀补偿,两行程逆流,直管带插件,两行程四列,空气预热器主要技术性能表：,b.炉压控制档板和烟囱 炉压控制挡板1套，设在空气预热器后的烟道内，用于维持炉内微正压。挡板由电动执行机构驱动。炉子采用钢制烟囱1座，烟囱出口直径4.0m，高度90m。c.烟气稀释风机 炉子设一台稀释风机，当烟气温度过高时发出报警信号，同时自动稀释风机向烟道内掺入冷风，以保护空气预热器。稀释风机的技术参数如下：,型号：4-68No.8D；风量：24179 m3/h；

37、风压：1971 Pa；转数：1450r/min；电机：Y180M-4、18.5 kW。,5.6 汽化冷却装置,步进梁式加热炉的水平梁和立柱均采用汽化冷却方式，汽化冷却系统由水梁立柱系统、循环回路系统、给水系统、补给水系统、蒸汽系统、排汽系统、排污系统、炉内加药系统、取样冷却系统组成。每座步进梁式加热炉梁及立柱总的平均热负荷约为49455MJ/h，最大热负荷79892MJ/h，可产生压力为1.57MPa的饱和蒸汽平均23t/h，最大33t/h。产生的蒸汽一部分在热轧厂使用，剩余部分蒸汽和公司蒸汽管网并网后送到其它用户。为保证水循环的可靠及稳定，防止冷却构件超温等现象发生，加热炉汽化冷却系统采用强

38、制循环方式，每座汽化冷却装置的循环流量940m3/h。,5.7 冷却水、压缩空气系统,过滤水：用于激光检测装置等冷却供水。使用后排入加热炉附近的排水交接点。浊环水：用于6条水封槽的首次供水、生产中的补充水及水冲渣，从水封槽溢流及排除的水排入加热炉附近的铁皮沟。净环水（工业循环水）：用于装出料炉门、出料端水梁、门柱、水冷箱及液压站等的水冷却。炉子地坑排水：为了排除炉下地坑内积水，加热炉设有2个积水坑，采用11台排污泵自动排水。仪表用压缩空气：采用经净化（脱油、脱水、干燥处理）的压缩空气，供给加热炉仪表执行机构。检修用压缩空气：加热炉两侧留有供检修时吹扫空气预热器和大修时打渣、清扫用的压缩空气接点

39、。,6 技术性能指标实现与多工艺特性实现的保证6.1 加热曲线 本设计所确定的有效炉长与供热能力分配，是以满足碳素钢冷装时的代表规格产量300t/h而制定的，但同时也满足额定产量336t/h 的需求。由于不锈钢的导热系数低，应采取缓慢加热工艺，在该炉条件下，冷装奥氏体不锈钢代表规格板坯的加热能力可达到220t/h，而冷装铁素体不锈钢的加热能力可达到250t/h。本项目的燃烧系统设计和各段供热能力的分配，考虑了冷板坯强化加热提高炉子产量的可能性，同时注意到了优化各段供热能力的分配，以达到既提高产量，也使加热炉的热耗符合节能炉型的指标。代表规格的加热曲线见图a c。,a.冷装奥氏体不锈钢加热曲线图

40、:,加热速率=0.93min/mm日新吴、川畸为0.87日本协会标准0.9,b.冷装碳钢（300t/h）加热曲线图:,加热速率=0.68min/mm日新吴、川畸为0.62,c.DHCR碳钢（310t/h）加热曲线:,6.2 对多工艺特性实现的保证 根据加热炉的设计指导思想，经过多方案比较后热轧的加热炉将具有如下技术特点，以确保多工艺特性的实现：,炉型符合高产、氧化烧损少、环保达标的要求；炉子设备性能上满足多品种工艺特性的灵活性；在加热质量上采取的措施满足不锈钢加热的特点。,a.炉型符合高产、优质、氧化烧损少、低NOx的要求,加热炉上均热段采用平焰烧嘴供热方式；其优点是上均热段炉膛高度低，火焰不

41、直接冲刷炉料，而平焰所形成的均匀辐射面，可确保炉温均匀，炉膛升温快，板坯加热质量好；氧化烧损少。其它供热段全部采用新型大调节比、低NOx侧向供热烧嘴，以最大限度地降低燃烧产物中NOx的含量，改善环境条件。侧向供热烧嘴可有效保证炉子宽度方向的炉温均匀性。同时与带下加热通道的轴向供热相比，改善了操作环境，有效利用了炉底面积。炉底水梁分段交错布置，有利于减少板坯的黑印温差，获得好的板坯表面加热质量。水梁垫块在加热炉不同温度段采用不同材质，高度不等，交错布置的方式，可减少水梁与板坯接触处温差，提高板坯加热质量。烟道内设置炉压控制挡板，炉内压力采用自学习方式控制，可确保炉内微正压操作，减少板坯氧化烧损。

42、,b.炉子设备配置上满足多品种工艺特性的灵活性手段,加热炉分为十个供热段进行炉温自动控制，充分适应炉子对不同钢种及产量的变化及板坯长度方向的温度要求，可对钢坯实行有效灵活的加热。加热炉在供热能力配置上考虑了较大的调节范围，可适应不同钢种在不同产量下的不同加热制度。加热炉步进机械采用平移框架前后分段措施，在冷热坯转换时，如前段的冷坯由于轧线原因不能出钢时，可利用后段的步进而继续装入热坯，提高热装比。在进行DHCR轧制时，长行程装钢机可以将热坯装入距装料端8m处，即在加热炉内设置一定长度的缓冲段（可放置5块标准坯料），当出现轧机换辊等不能出钢的情况时，不会影响热坯的装入，有利于热装比的提高。另一方

43、面，当连铸出现换引锭等情况，热坯供应出现间断时，长行程装钢机可将后续的热坯直接装入前一块热坯的后面，可减少在炉内造成坯料空位，保证轧制的连续进行。,c.根据不锈钢加热的特点，所采取的质量保证措施,不锈钢加热具有加热曲线平滑，在炉时间长，且部分品种要求在低温缓慢加热的特点。因此加热炉设有较长的热回收段，在加热不锈钢时可关闭预热段烧嘴，有意识地将加热段向后移，可使装料端炉温降低，以适应不锈钢低温时缓慢加热工艺的要求，避免不锈钢板坯入炉后因升温速度太快而产生裂纹。由于部分不锈钢在高温下强度低，在加热炉水梁布置、垫块大小等方面均采取了优化设计，可保证板坯悬臂小，垫块压痕小。步进框架动作轻缓，对钢坯实现

44、轻抬、轻放，可防止不锈钢表面产生划痕。当板坯较长时间停炉时，步进梁停在中位与固定梁同一标高或进行踏步，可避免板坯变形弯曲。加热炉过程计算机燃烧自动控制模型能对不同钢种，不同产量和不同装钢温度条件下的炉内板坯温度进行准确计算，并自动对炉内温度进行设定，实现燃烧自动控制，精确控制炉温、坯料温度及炉内气氛，可适应各种不锈钢的加热制度，确保加热质量。,不锈钢与碳钢加热技术特点的主要区别:,300奥氏体不锈钢低温时导热系数低，膨胀系数大，升温不能过快，反之易产生开裂，其物理性能限制了炉底强度，产量相对较低。300、400不锈钢加热过程不允许发生过热，因此炉温控制精度要求较碳钢高。铁素体、300奥氏体不锈

45、钢无脱碳问题，为防止增碳现象，烧嘴火焰不能对着坯烧。马氏体钢必须考虑1000以上脱碳问题，另马氏体钢200300快速冷却会发生相变，体积膨胀，产生裂纹，因此必须采用缓冷措施。铁素体在700以内要控制加热速度；奥氏体不锈钢600以内要控制加热速度。为防止表面划伤，采用装出钢机，步进系统采用“软接触”，轻抬轻放。对铁素体应考虑步进梁停中位功能，以控制板坯加热的下弯。采用优质气体燃料，严格控制炉内气氛。,6.3 加热炉技术性能指标,7 结论与建议,7.1 多工艺特性的体现是步进梁式加热炉的设计关键 本项目对加热炉操作模式的特殊要求，也就是加热炉多工艺特性的综合体现。这种模式将要求炉子非常高效地运行，

46、然而复杂的技术方案实现，需要采用领先的现代热工控制技术的加热炉设备，此原则在本设计方案中业已得到充分的体现，如加热炉炉型结构的优化、配置多达十个供热段的炉温自动控制区；并采用步进梁中间分段、长行程进钢机等有效技术措施，从炉子装备条件上充分适应了炉子对不同钢种及产量的变化及板坯长度方向的温度要求，使加热炉具备了最大的灵活性,板坯品种或批次转换的过渡板坯或间隙以及相关联的产量损失将极大地减少。就本项目的特殊性而言，现代化步进梁式加热炉，不但需符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，而且还必须具备灵活的多工艺适应特性。,7.2 炉子能力与座数的配置合理 综前分析，本项目配置二

47、座加热能力为300t/h的步进炉能满足项目当前的需求，其炉子的使用效率为最佳。在这种配置条件下，完成年产量的有效炉底强度可控制在550630 kg/m2h 左右。另外从提高加热能力的角度考虑，应尽可能多生产最长坯钢卷，尤其是不锈钢板卷。如热轧厂在日后需进一步提高生产能力，可考虑再上第三座步进炉。7.3 关于碳钢与不锈钢加热控制策略 由于不锈钢加热过程的炉温的设定和控制不同于常规碳钢炉子，普碳钢加热温度为1250，奥氏体为1270，铁素体为1150，但据此理论计算所制定的加热曲线与实际生产中的加热曲线必然有一定的差异。因此在符合加热工艺原则条件下，加热曲线的最终确定，必须结合生产指导厂的经验，并

48、在炉子试生产调试完善之后，通过自学习不断优化后才能做为加热炉实际使用的加热曲线。,7.4 关于换装“空炉”问题与节能 由于不锈钢加热炉的生产品种和装炉方式的组合很多，由此不可避免地存在加热质量、热装节能与产量提高之间的关联与排序先后的优先区分。在炉型结构上，无论控制方式如何，两个烧咀的间距远大于一块坯料的宽度。因此在冷热坯换装或钢种差异悬殊的板坯之间的换装不作一定的空炉是不现实的，反之换装部位相邻坯料的加热质量就难以确保。因此这种情况下的换装空炉是十分必要的，这有利于加热曲线的替换和供热制度的调整，有利于保证换装部位相邻坯料的加热质量。首先必须明确的是任何方式的热装，都是可能节能的，但对于不作

49、空炉处理的冷热混装，其节能效果甚微，因为不作适当空炉时，加热炉的加热制度和供热量应以冷坯为基准。其次应该明确的是热装方式提高产量的条件是尽量减少冷热换装时的空炉间距；并且要在全部热坯装满整炉并连续热装作业之后。这里需注意的是，这种空炉换装如利用轧机换辊等短时待轧机会，其空炉所影响的产量损失就可大为减少。,7.5 关于宽炉配置侧烧嘴的热负荷变化问题 本项目为满足薄板坯连铸连轧工艺要求，因此炉子的内宽高达14.4米，这也是国内同类型最宽的炉子。为此传统的比例燃烧控制很难适用于本项目的实际需求。这是由于DHCR工艺所需的热送坯量受连铸产量的瓶颈约束，其DHCR与CCR的小时额定产量几乎相同，因此加热

50、炉在DHCR工艺模式下运行，其高生产能力无法得到发挥。而这种低供热负荷情况下，烧嘴的火焰长度将随供热能力的减少而缩短。由此产生的后果是DHCR 炉中的板坯加热不均匀，中心部分温度低，而边部温度非常高；使得来自于两座炉子的板坯之间的温度分布和均匀性差别很大，这将直接影响到轧机的连续和稳定生产。为解决宽炉配置侧烧嘴的热负荷变化问题，本项目采用引进日本中外炉公司新型的超长火焰天然气调焰烧嘴，并在燃烧控制方式上采用常规的PID流量控制方式和“间拔”方式相组合，这也是目前在传统燃烧控制方式基础上解决宽炉配置侧烧嘴的热负荷变化问题的有效途径。,7.6 关于实现62的DHCR的目标应注意的问题 实现62的D