1、一、步進(jìn)式加熱爐的起源與發(fā)展步進(jìn)式加熱爐是機(jī)械化爐底加熱爐中使用較為廣泛的一種,是取代推鋼式加熱爐的主要爐型。步進(jìn)式加熱爐始建于20世紀(jì)60年代中期,這種爐子已存在多年,因受耐熱鋼使用溫度的限制,開始只用在溫度較低的地方,適用范圍有一定的局限性。隨著軋鋼工業(yè)的發(fā)展,對(duì)加熱產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、自動(dòng)化和機(jī)械化操作計(jì)算機(jī)控制等方面的日益提高,在生產(chǎn)中要求在產(chǎn)量和加熱時(shí)間上有更大的靈活性,這就要求與之相適應(yīng)的爐子機(jī)構(gòu)也應(yīng)具有很大的靈活性,以適應(yīng)生產(chǎn)的需要,基于上述原因,傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐已難于滿足要求。而與傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐相比,步進(jìn)式加熱爐具有加熱質(zhì)量好、熱工控制與操作靈活、勞動(dòng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn),特別是爐長

2、不受推鋼長度的限制,可以提高爐子的容量和產(chǎn)量,更適應(yīng)當(dāng)代軋機(jī)向大型化、高速化與現(xiàn)代化發(fā)展的需要。經(jīng)過改造后的步進(jìn)爐結(jié)構(gòu),采用了步進(jìn)床耐火材料爐底或水冷步進(jìn)梁的措施,已能應(yīng)用于高溫加熱。目前,合金鋼的板坯、方坯、管坯甚至鋼錠等軋制前的加熱已有不少采用步進(jìn)爐加熱,使用效果較好。它的爐長不受推鋼比的限制,大型步進(jìn)爐生產(chǎn)率高達(dá)420萬噸/年。70年代以來,國內(nèi)外新建的許多大型加熱爐大都采用了步進(jìn)式加熱爐,不少中小型加熱爐也常采用這種爐型?，F(xiàn)在新建的具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模的各類軋鋼廠基本上都選用了步進(jìn)式加熱爐;一些老廠如美國底特律鋼廠熱軋車間、法國索拉克和恩西俄廠的熱軋車間、日本和歌山熱連軋廠與鹿島厚板廠以及加拿

3、大漢密爾頓的多發(fā)斯科廠等,在改建或擴(kuò)建中都選用了步進(jìn)式加熱爐替代原有的推鋼式加熱爐。但當(dāng)前軋鋼加熱爐,特別是中小型軋鋼廠推鋼式加熱爐仍較多,這與中國的原燃料條件等多種因素有關(guān)。步進(jìn)式加熱爐的爐底基本由活動(dòng)部分和固定部分構(gòu)成。按其構(gòu)造不同又有步進(jìn)梁式、步進(jìn)底式和步進(jìn)梁、底組合式加熱爐之分。一般坯料斷面大于(120×120mm2多采用步進(jìn)梁式加熱爐,鋼坯斷面小于(100×100mm2多采用步進(jìn)底式加熱爐。二、步進(jìn)式加熱爐的工作原理步進(jìn)式加熱爐是靠爐底或步進(jìn)梁的升降進(jìn)退來帶動(dòng)料坯前進(jìn)的,其工作原理如下:起始位置,活動(dòng)爐底在坯料下面最低位置,坯料兩端架在爐內(nèi)的固定爐底上,以后在活動(dòng)

4、爐底升起將坯料托起,接著活動(dòng)爐底下降將坯料放在固定爐底上,最后活動(dòng)爐底又回復(fù)到原來位置,由上可知,活動(dòng)爐底運(yùn)動(dòng)的軌跡為一個(gè)矩形,它運(yùn)動(dòng)一個(gè)循環(huán)的時(shí)間叫“周期”,它運(yùn)動(dòng)一次使坯料前行的距離叫“行程”。步進(jìn)爐加熱的特點(diǎn)是:步進(jìn)爐可以采取坯料之間分開的加熱方式,這樣加熱速度快而且內(nèi)外溫度均勻。除此之外,步進(jìn)式加熱爐的裝出料裝置也是加熱爐的重要部分。鞍鋼厚板廠的步進(jìn)梁式加熱爐板坯裝出爐程序及PLC聯(lián)鎖條件在設(shè)計(jì)原則上有利于提高生產(chǎn)率,合理節(jié)能且安全可靠。當(dāng)加熱爐操作工接到了軋機(jī)操作室要鋼信號(hào)后,手動(dòng)給出鋼命令;PLC自動(dòng)確認(rèn)激光器檢測(cè)有坯,輥道速度為零,步進(jìn)梁下位在原點(diǎn);步進(jìn)爐1號(hào)出鋼爐門開始上升到1

5、m高處激光器發(fā)出信號(hào),爐門停止上升;出鋼機(jī)前進(jìn)到計(jì)算位置后,APC發(fā)信號(hào),爐門上升同時(shí)出鋼機(jī)上升;爐門到全開激光器發(fā)信號(hào),出鋼機(jī)繼續(xù)后退出料門下降;出鋼機(jī)退回極限位置,APC發(fā)信號(hào),出鋼機(jī)下降到原點(diǎn)。步進(jìn)梁上升、前進(jìn)、下降、后退,做正循環(huán)運(yùn)動(dòng)(周期45s,完成一周期按設(shè)定間隔或無間隔再開始下一周期運(yùn)動(dòng)。周而復(fù)始直至前進(jìn)按PLC 計(jì)算爐尾部空出可裝下塊板坯位置時(shí)(或前進(jìn)的板坯遇到激光器;步進(jìn)梁停止前進(jìn)下降回原點(diǎn)等待下一次出鋼指令;裝料爐門開始上升到激光器發(fā)信號(hào);推鋼機(jī)前進(jìn)按公式自動(dòng)算出行程S將板坯推到爐內(nèi),推鋼機(jī)后退至爐外激光器發(fā)信號(hào),進(jìn)料門下降,同時(shí)推鋼機(jī)回原點(diǎn)。之后料側(cè),手動(dòng)選擇入鋼道、給按

6、鈕信號(hào),輥道自動(dòng)將坯送到該道對(duì)中,等待自動(dòng)推鋼。聯(lián)鎖條件:(1出鋼機(jī)前進(jìn)、上升、后退時(shí),出鋼爐門必須開啟,步進(jìn)機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作,出料輥道必須停轉(zhuǎn)。(2步進(jìn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí),出鋼爐門、裝料爐門必須關(guān)閉。(3推鋼機(jī)推鋼時(shí),裝料門必須打開,步進(jìn)梁必須在下降位置停止不動(dòng)。三步進(jìn)式加熱爐的爐型結(jié)構(gòu)(1爐膛寬度。是由坯料長度與裝料排數(shù)確定的,料排間和料排與爐墻間的空隙一般取0.150.3m。(2爐長。有效爐底長度系指鋼料在爐內(nèi)有效加熱所占的長度,是由爐子產(chǎn)量計(jì)算確定。端裝側(cè)出料的爐子為爐尾砌體外緣至出料門中心線的距離;端裝端出料的爐子為爐尾砌體外緣至出料滑坡折點(diǎn)的距離,用托出機(jī)出料的爐子則算至鋼坯在爐內(nèi)最后位置的前

7、端線;側(cè)裝料的爐子,其爐尾從側(cè)裝料門或輥道中心線算起。爐子全長指前后端墻砌體外緣間的距離。步進(jìn)式爐爐長無上述限制,但爐子過長時(shí)跑偏量也將增大。(3爐膛高度與爐子內(nèi)型。它們直接影響爐子的加熱能力和熱量利用,是根據(jù)類似爐子的經(jīng)驗(yàn)來確定的。爐子各段長度一般可根據(jù)鋼材加熱計(jì)算中各段加熱時(shí)間的比例及類似爐子的實(shí)際情況決定,兩段式加熱爐的加熱段和預(yù)熱段長度各約占有效爐長的一半,產(chǎn)量較小的爐子加熱段長度比例也要小一些,三段式加熱爐均熱段長度約占有效爐長的15%25%,加熱段占25% 40%,預(yù)熱段占35%50%;多點(diǎn)供熱加熱爐均熱段和加熱段總長可占70%以上。爐膛高度(或深度,指爐底滑道或固定梁頂面到爐頂或

8、爐底表面之間的距離,在爐寬已定,各段長度比例相對(duì)穩(wěn)定的條件下,它是決定爐膛空間大小、爐型曲線是否合適的關(guān)鍵尺寸。影響爐膛高度與爐型曲線的因素較多,根據(jù)理論分析與實(shí)踐驗(yàn)證,爐膛空間大小應(yīng)保證燃料的充分燃燒和被爐氣充滿,它隨燃料種類、燃燒方式及熱負(fù)荷的不同而異。在帶入爐內(nèi)同樣熱量條件下,低熱值煤氣的廢氣量要大于高熱值煤氣的,因此需要較大空間;燃重油和天然氣的爐子爐膛一般較小;有焰燃燒時(shí),火焰對(duì)鋼料傳熱比例較無焰燃燒時(shí)大,此時(shí)爐膛高度要盡量保證火焰接近鋼料而不應(yīng)追求加大爐壁面積的作用。四、步進(jìn)式加熱爐的熱工制度爐溫制度對(duì)于加熱坯料厚度較小或?qū)ε髁霞訜醿?nèi)外溫差要求不嚴(yán)的中小型加熱爐,多采用兩段式爐溫制

9、度,即只有加熱段和不供熱的預(yù)熱段。對(duì)于坯料厚度較大或溫差要求比較嚴(yán)格的加熱爐則采用三段式爐溫制度,即在出料段再設(shè)一個(gè)均熱段,其溫度低于加熱段而略高于坯料表面溫度,供熱強(qiáng)度很小,以使坯料表面與中心溫差縮小到允許范圍。按三段式爐溫制度設(shè)計(jì)的加熱爐也可以按兩段式爐溫操作。大產(chǎn)量的板坯、型鋼及高速線材加熱爐均采用三段式加熱爐。單面加熱或雙面加熱加熱厚度小于90100mm的坯料時(shí),一般選用單面加熱工藝,即選用沒有下加熱的推鋼式爐或步進(jìn)底式爐,其單位爐底面積小時(shí)產(chǎn)量適中而熱耗較低;加熱厚度大于100mm的坯料時(shí),則選用雙面加熱工藝,即選用上下加熱的推鋼式爐或步進(jìn)梁式爐。由于步進(jìn)梁式爐坯料有間隙,12013

10、0mm的方坯或圓坯也可采用單面加熱。由于爐內(nèi)滑道間距(縱水管或步進(jìn)梁與固定梁等結(jié)構(gòu)上的限制,短坯料不能采用雙面加熱,推鋼式爐坯料長度應(yīng)大于1000mm,步進(jìn)梁式爐坯料長度宜大于2500mm,否則其下表面遮蔽大、受熱差且運(yùn)行不可靠,容易發(fā)生“掉道”事故。中國加熱5060mm 方坯的小型推鋼式加熱爐也多采用上下加熱方式,主要是考慮爐底清渣方便,避免爐底結(jié)渣帶來的一系列問題。為了避免水管“黑印”對(duì)小坯料的不利影響及節(jié)約燃料,還有采用無水冷滑道(如用棕剛玉滑軌兩面加熱的推鋼式爐,其坯料斷面尺寸不大于75mm×75mm,滑軌壽命為612個(gè)月。高速線材軋機(jī)加熱爐的坯料長度為1222m,冷料進(jìn)爐時(shí)

11、單面受熱易變形彎曲,要求兩面受熱,常采用進(jìn)料端為步進(jìn)梁的梁底組合式步進(jìn)爐。爐型曲線與供熱段(點(diǎn)布置它與上述兩個(gè)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)且與燃料種類有關(guān)。兩段式加熱爐主要靠端部軸向燒嘴供熱,下加熱采用軸向燒嘴或側(cè)燒嘴,產(chǎn)量較大的爐子還要增加上部側(cè)燒嘴。加熱段爐膛較高,以保證燃料燃燒空間和增加輻射傳熱的需要;預(yù)熱段爐膛較低,以增強(qiáng)對(duì)流傳熱。直接燒煤的中小型推鋼式加熱爐只能采用兩段式爐溫制度,單面加熱的由端部(頭爐供熱,兩面加熱的還有一個(gè)下部供熱點(diǎn)(腰爐。三段式加熱爐均熱段供熱能力較小。均熱段與上下加熱段之間的爐頂有一個(gè)“壓下”區(qū)(即爐頂略有下降,且爐底有一個(gè)凸臺(tái)以減少兩段之間的溫度干擾。產(chǎn)量較大、爐體較長的三段

12、式爐,供熱負(fù)荷很大,往往要增設(shè)第二個(gè)上下供熱段。大型板坯加熱爐多采用上下六點(diǎn)供熱,有些燒煤氣的加熱爐均熱段采用爐頂平焰燒嘴供熱或上加熱全部采用爐頂燒嘴的平頂式加熱爐。這種爐型供熱點(diǎn)多,操作靈活,但結(jié)構(gòu)及控制復(fù)雜,投資較高。四、步進(jìn)式加熱爐的優(yōu)點(diǎn)與推鋼式加熱爐相比,步進(jìn)式加熱爐有下列優(yōu)點(diǎn):1加熱的坯料不受斷面形狀和尺寸的限制,可以加熱推鋼式加熱爐難以加熱的大型板坯、異形坯以及細(xì)小和較薄的鋼坯。2加熱制度靈活,適應(yīng)性較大。在爐長一定的情況下,可以通過改變鋼料之間的距離即可改變爐內(nèi)裝料的數(shù)目,以適應(yīng)軋機(jī)產(chǎn)量和鋼種變化的需要。而調(diào)整步進(jìn)周期,即可變化鋼料在爐內(nèi)的加熱時(shí)間,從而適應(yīng)不同鋼種不同加熱速度的

13、需要。3加熱質(zhì)量較好,鋼溫比較均勻。因?yàn)樵诓竭M(jìn)爐內(nèi)鋼料之間有一定距離,增加了鋼料的受熱面積,使鋼料斷面溫差減小。另外,由于鋼料的移動(dòng)是靠爐底運(yùn)動(dòng),不在爐底上直接滑動(dòng),因而鋼坯的下表面不會(huì)有劃傷。4爐子長度不受推鋼比的限制,不僅不會(huì)發(fā)生拱鋼、粘鋼等事故,而且可以增加爐長,提高爐子生產(chǎn)能力。大型步進(jìn)式加熱爐的爐底強(qiáng)度可達(dá)8001000kg/(m2h。5與軋鋼機(jī)配合比較靈活方便,可以根據(jù)需要將鋼料退出爐外,以避免鋼料長時(shí)間的停在爐內(nèi)造成氧化和脫碳。也可以使鋼料在爐內(nèi)踏步不前,以適應(yīng)軋機(jī)在產(chǎn)量上變化的需要。6可以比較精確的計(jì)算和控制鋼料在爐內(nèi)的加熱速度和加熱時(shí)間,有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)加熱過程的自動(dòng)化。7自動(dòng)

14、化程度高:采用全自動(dòng)化控制,爐膛溫度控制采用具有動(dòng)態(tài)限幅帶的雙交叉限幅控制,實(shí)現(xiàn)二、三級(jí)自動(dòng)控制8配備完善的熱自動(dòng)化控制系統(tǒng),確保嚴(yán)格的空然比和合理的爐壓控制,是熱損失及燃耗降低到最小。9加熱爐的推廣及應(yīng)用價(jià)值:江都高新冶金設(shè)備有限公司,熱軋工程加熱爐吸收世界上加熱爐先進(jìn)技術(shù)和節(jié)能措施,代表了加熱爐的發(fā)展方向,布局緊湊合理,維修操作方便;錄像結(jié)構(gòu)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、壽命長、設(shè)備、材料、造型先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、合理、適用。具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。五、步進(jìn)式加熱爐的前景近十多年來,隨著軋鋼技術(shù)向著連續(xù)化,大型化、自動(dòng)化,多品種、高精度的發(fā)展,步進(jìn)式加熱爐為適應(yīng)工藝的要求,也朝著大型化,多功能,優(yōu)質(zhì),高產(chǎn),低消耗

15、,無公害和操作自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。(1大型化目前,步進(jìn)式加熱爐的發(fā)展最顯著的一個(gè)特點(diǎn)就是為了適應(yīng)軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量的提高向著大型化方向發(fā)展。原蘇聯(lián)契列波維茨鋼鐵廠熱帶車間用步進(jìn)梁式加熱爐,爐子產(chǎn)量A.20T/'h,爐內(nèi)寬11.25m,爐有效長49.59m ,采用汽化冷卻,壓力為18kg/cm。,步進(jìn)梁水平行程480mm,垂直行程200mm ,步進(jìn)周期為6O秒。德國克勒克納公司不來梅廠熱軋用步進(jìn)梁式爐產(chǎn)量為400T/h。法國索拉克熱軋帶鋼廠步進(jìn)式加熱爐,爐子有效長53.9m,爐子最大產(chǎn)量達(dá)525t/h。我國80年代從法國斯太因引進(jìn)的2050熱軋廠用步進(jìn)爐,爐子有效長50m ,爐由寬12.6m,爐

16、子額定產(chǎn)量350t/h,最大產(chǎn)量400t/h,步進(jìn)行程為500mm,升降行程200mm,運(yùn)動(dòng)周期45秒。(2多功能現(xiàn)代化的步進(jìn)式加熱爐除了高產(chǎn),低耗外,要求它的適應(yīng)性強(qiáng),功能多,是目前步進(jìn)式爐發(fā)展的又一大特點(diǎn),也就是說,作為一一個(gè)為軋機(jī)服務(wù)的熱設(shè)備,它不僅能適應(yīng)各種坯料,如厚板坯,薄板坯,熱裝坯、冷裝坯,冷熱混裝坯的加熱要求,韭根據(jù)它們的不同出爐溫度采用不同的加熱方法,同時(shí)還應(yīng)適應(yīng)軋制節(jié)奏和待軋的要求,也就是說,它還具有適應(yīng)連續(xù)出鋼和間斷出鋼的能力,具有和連鑄機(jī)匹配的能力,除此以外,還能滿足一些特殊鋼種對(duì)加熱的要求,如對(duì)脫碳、溫差、氧化燒損的要求等。(3高熱率高回收率自從1973年世界發(fā)生石油

17、危機(jī)以來,各國工業(yè)爐工作者都把爐子高效,節(jié)能放在重要位置上,也就是說,作為能耗大戶的加熱爐,在滿足工藝加熱要求的前提下,最重要的是要提高爐子熱效率,降低能耗。在節(jié)能降耗上,除了水管雙層絕熱,合理的爐底強(qiáng)度,嚴(yán)密的爐體外,在余熱回收.安裝余熱鍋爐,汽化冷卻,步進(jìn)梁孔洞加帽等方面,又有心的發(fā)展。搞風(fēng)溫雙預(yù)熱一些國外的著名爐子公司如IT公司一直主張低熱值的煤氣應(yīng)采用雙預(yù)熱,高風(fēng)溫,他們甚至主張有條件的爐子可以把風(fēng)溫預(yù)熱到700"C。加拿大道菲斯克加熱爐燃料為焦?fàn)t煤氣和6號(hào)燃料油(均為富硫燃料,但不論在任何情況下均能保證空氣溫度預(yù)熱到650C,而且換熱器壽命還很長,換熱器材質(zhì)高溫?zé)煔鈧?cè)為無N

18、i材料。以避免高溫下和硫發(fā)生反應(yīng)。氣化冷卻推鋼式加熱爐采用汽化冷卻已無可質(zhì)疑,但對(duì)于步進(jìn)式爐采用汽化冷卻卻為數(shù)不多。但近十幾年來,步進(jìn)梁汽化冷卻技術(shù)有了很大的發(fā)展,國外紛紛報(bào)道大型步進(jìn)爐采用汽化冷卻所帶來的經(jīng)濟(jì)設(shè)益。如英鋼聯(lián)拉肯比廠250t/h步進(jìn)梁式爐采用汽化冷卻,該爐長41m,內(nèi)寬10m,爐子單耗1.35MJ/kg,坯料出爐溫差小于30,蒸汽冷產(chǎn)量7.9t/h,表壓0.17MPa。意大利SSAB公司3oot/h產(chǎn)量的步進(jìn)梁式爐采用汽化冷卻,產(chǎn)汽量為12t/h,表壓0.22MPa,爐子有效長35m,內(nèi)寬12m 。(4適用于多種燃料的燃燒系統(tǒng)大型步進(jìn)爐中很多爐子都采用23種燃料。如在均熱段或第

19、一加熱段采用焦?fàn)t煤氣亦可切換成其它熱值煤氣,在預(yù)熱段或其它加熱段則采用重油。轉(zhuǎn)換某一燃燒段的燃料裝設(shè)有自動(dòng)程序控制,無需人工去干預(yù),通過分配控制系統(tǒng)全部自動(dòng)來完成燃料的種類轉(zhuǎn)換?；鹧骈L度可調(diào)燒嘴是為了適應(yīng)長坯料、寬爐型而研制出來的一種新型燒嘴,為了使坯料加熱均勻,尤其是在產(chǎn)量降低和爐子停爐待軋時(shí),這時(shí)爐子的熱負(fù)荷需要下降,而某些燃燒段上的燒嘴便會(huì)出現(xiàn)燒嘴能力降低,火焰長度變短。在這種情況下坯料在爐內(nèi)的受熱就非常不均勻,亦可出現(xiàn)局部過熱或過燒現(xiàn)象,若采用火焰長度可調(diào)燒嘴這種現(xiàn)象即可避免。 （5） 管理控制功能 從各車間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)送來的有關(guān)坯料的運(yùn)行信息， 確定爐子 的最佳燃燒策略和出爐節(jié)奏，坯料的加熱過程控制有九個(gè)功能； 爐子板坯的跟蹤， 坯料溫度下降模型， 坯料加熱在線 數(shù)學(xué)模型， 滑道黑印的計(jì)算， 爐子各段溫度設(shè)定控制， 步進(jìn)梁的步距， 爐子的待軋方案， 加 熱短坯料的燒嘴關(guān)閉， 管理計(jì)算機(jī)和儀表的轉(zhuǎn)接。爐子坯料 跟蹤功能即監(jiān)控和記錄爐