1、一、步進式加熱爐的起源與發展步進式加熱爐是機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。步進式加熱爐始建于20世紀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。隨著軋鋼工業的發展,對加熱產品質量、產量、自動化和機械化操作計算機控制等方面的日益提高,在生產中要求在產量和加熱時間上有更大的靈活性,這就要求與之相適應的爐子機構也應具有很大的靈活性,以適應生產的需要,基于上述原因,傳統的推鋼式加熱爐已難于滿足要求。而與傳統的推鋼式加熱爐相比,步進式加熱爐具有加熱質量好、熱工控制與操作靈活、勞動環境好等優點,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量,更適應當代軋機向大型化、高速化與現代化發展的需要。經過改造后的步進爐結構,采用了步進床耐火材料爐底或水冷步進梁的措施,已能應用于高溫加熱。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,大型步進爐生產率高達420萬噸/年。70年代以來,國內外新建的許多大型加熱爐大都采用了步進式加熱爐,不少中小型加熱爐也常采用這種爐型?，F在新建的具有經濟規模的各類軋鋼廠基本上都選用了步進式加熱爐;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、大漢密爾頓的多發斯科廠等,在改建或擴建中都選用了步進式加熱爐替代原有的推鋼式加熱爐。但當前軋鋼加熱爐,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。步進式加熱爐的爐底基本由活動部分和固定部分構成。按其構造不同又有步進梁式、步進底式和步進梁、底組合式加熱爐之分。一般坯料斷面大于(120×120mm2多采用步進梁式加熱爐,鋼坯斷面小于(100×100mm2多采用步進底式加熱爐。二、步進式加熱爐的工作原理步進式加熱爐是靠爐底或步進梁的升降進退來帶動料坯前進的,其工作原理如下:起始位置,活動爐底在坯料下面最低位置,坯料兩端架在爐內的固定爐底上,以后在活動

4、爐底升起將坯料托起,接著活動爐底下降將坯料放在固定爐底上,最后活動爐底又回復到原來位置,由上可知,活動爐底運動的軌跡為一個矩形,它運動一個循環的時間叫“周期”,它運動一次使坯料前行的距離叫“行程”。步進爐加熱的特點是:步進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外溫度均勻。除此之外,步進式加熱爐的裝出料裝置也是加熱爐的重要部分。鞍鋼厚板廠的步進梁式加熱爐板坯裝出爐程序及PLC聯鎖條件在設計原則上有利于提高生產率,合理節能且安全可靠。當加熱爐操作工接到了軋機操作室要鋼信號后,手動給出鋼命令;PLC自動確認激光器檢測有坯,輥道速度為零,步進梁下位在原點;步進爐1號出鋼爐門開始上升到1

5、m高處激光器發出信號,爐門停止上升;出鋼機前進到計算位置后,APC發信號,爐門上升同時出鋼機上升;爐門到全開激光器發信號,出鋼機繼續后退出料門下降;出鋼機退回極限位置,APC發信號,出鋼機下降到原點。步進梁上升、前進、下降、后退,做正循環運動(周期45s,完成一周期按設定間隔或無間隔再開始下一周期運動。周而復始直至前進按PLC 計算爐尾部空出可裝下塊板坯位置時(或前進的板坯遇到激光器;步進梁停止前進下降回原點等待下一次出鋼指令;裝料爐門開始上升到激光器發信號;推鋼機前進按公式自動算出行程S將板坯推到爐內,推鋼機后退至爐外激光器發信號,進料門下降,同時推鋼機回原點。之后料側,手動選擇入鋼道、給按

6、鈕信號,輥道自動將坯送到該道對中,等待自動推鋼。聯鎖條件:(1出鋼機前進、上升、后退時,出鋼爐門必須開啟,步進機構不能動作,出料輥道必須停轉。(2步進機構動作時,出鋼爐門、裝料爐門必須關閉。(3推鋼機推鋼時,裝料門必須打開,步進梁必須在下降位置停止不動。三步進式加熱爐的爐型結構(1爐膛寬度。是由坯料長度與裝料排數確定的,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有效加熱所占的長度,是由爐子產量計算確定。端裝側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的距離,用托出機出料的爐子則算至鋼坯在爐內最后位置的前

7、端線;側裝料的爐子,其爐尾從側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。步進式爐爐長無上述限制,但爐子過長時跑偏量也將增大。(3爐膛高度與爐子內型。它們直接影響爐子的加熱能力和熱量利用,是根據類似爐子的經驗來確定的。爐子各段長度一般可根據鋼材加熱計算中各段加熱時間的比例及類似爐子的實際情況決定,兩段式加熱爐的加熱段和預熱段長度各約占有效爐長的一半,產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%,預熱段占35%50%;多點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,各段長度比例相對穩定的條件下,它是決定爐膛空間大小、爐型曲線是否合適的關鍵尺寸。影響爐膛高度與爐型曲線的因素較多,根據理論分析與實踐驗證,爐膛空間大小應保證燃料的充分燃燒和被爐氣充滿,它隨燃料種類、燃燒方式及熱負荷的不同而異。在帶入爐內同樣熱量條件下,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,火焰對鋼料傳熱比例較無焰燃燒時大,此時爐膛高度要盡量保證火焰接近鋼料而不應追求加大爐壁面積的作用。四、步進式加熱爐的熱工制度爐溫制度對于加熱坯料厚度較小或對坯料加熱內外溫差要求不嚴的中小型加熱爐,多采用兩段式爐溫制

9、度,即只有加熱段和不供熱的預熱段。對于坯料厚度較大或溫差要求比較嚴格的加熱爐則采用三段式爐溫制度,即在出料段再設一個均熱段,其溫度低于加熱段而略高于坯料表面溫度,供熱強度很小,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計的加熱爐也可以按兩段式爐溫操作。大產量的板坯、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,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底式爐,其單位爐底面積小時產量適中而熱耗較低;加熱厚度大于100mm的坯料時,則選用雙面加熱工藝,即選用上下加熱的推鋼式爐或步進梁式爐。由于步進梁式爐坯料有間隙,12013

10、0mm的方坯或圓坯也可采用單面加熱。由于爐內滑道間距(縱水管或步進梁與固定梁等結構上的限制,短坯料不能采用雙面加熱,推鋼式爐坯料長度應大于1000mm,步進梁式爐坯料長度宜大于2500mm,否則其下表面遮蔽大、受熱差且運行不可靠,容易發生“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,避免爐底結渣帶來的一系列問題。為了避免水管“黑印”對小坯料的不利影響及節約燃料,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個月。高速線材軋機加熱爐的坯料長度為1222m,冷料進爐時

11、單面受熱易變形彎曲,要求兩面受熱,常采用進料端為步進梁的梁底組合式步進爐。爐型曲線與供熱段(點布置它與上述兩個內容相對應且與燃料種類有關。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燒嘴,產量較大的爐子還要增加上部側燒嘴。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;預熱段爐膛較低,以增強對流傳熱。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下部供熱點(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“壓下”區(即爐頂略有下降,且爐底有一個凸臺以減少兩段之間的溫度干擾。產量較大、爐體較長的三段

12、式爐,供熱負荷很大,往往要增設第二個上下供熱段。大型板坯加熱爐多采用上下六點供熱,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。這種爐型供熱點多,操作靈活,但結構及控制復雜,投資較高。四、步進式加熱爐的優點與推鋼式加熱爐相比,步進式加熱爐有下列優點: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、異形坯以及細小和較薄的鋼坯。2加熱制度靈活,適應性較大。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裝料的數目,以適應軋機產量和鋼種變化的需要。而調整步進周期,即可變化鋼料在爐內的加熱時間,從而適應不同鋼種不同加熱速度的

13、需要。3加熱質量較好,鋼溫比較均勻。因為在步進爐內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,由于鋼料的移動是靠爐底運動,不在爐底上直接滑動,因而鋼坯的下表面不會有劃傷。4爐子長度不受推鋼比的限制,不僅不會發生拱鋼、粘鋼等事故,而且可以增加爐長,提高爐子生產能力。大型步進式加熱爐的爐底強度可達8001000kg/(m2h。5與軋鋼機配合比較靈活方便,可以根據需要將鋼料退出爐外,以避免鋼料長時間的停在爐內造成氧化和脫碳。也可以使鋼料在爐內踏步不前,以適應軋機在產量上變化的需要。6可以比較精確的計算和控制鋼料在爐內的加熱速度和加熱時間,有利于實現整個加熱過程的自動化。7自動

14、化程度高:采用全自動化控制,爐膛溫度控制采用具有動態限幅帶的雙交叉限幅控制,實現二、三級自動控制8配備完善的熱自動化控制系統,確保嚴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加熱爐的推廣及應用價值:江都高新冶金設備有限公司,熱軋工程加熱爐吸收世界上加熱爐先進技術和節能措施,代表了加熱爐的發展方向,布局緊湊合理,維修操作方便;錄像結構節能、經濟、壽命長、設備、材料、造型先進、經濟、合理、適用。具有廣泛的推廣和應用價值。五、步進式加熱爐的前景近十多年來,隨著軋鋼技術向著連續化,大型化、自動化,多品種、高精度的發展,步進式加熱爐為適應工藝的要求,也朝著大型化,多功能,優質,高產,低消耗

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

16、子額定產量350t/h,最大產量400t/h,步進行程為500mm,升降行程200mm,運動周期45秒。(2多功能現代化的步進式加熱爐除了高產,低耗外,要求它的適應性強,功能多,是目前步進式爐發展的又一大特點,也就是說,作為一一個為軋機服務的熱設備,它不僅能適應各種坯料,如厚板坯,薄板坯,熱裝坯、冷裝坯,冷熱混裝坯的加熱要求,韭根據它們的不同出爐溫度采用不同的加熱方法,同時還應適應軋制節奏和待軋的要求,也就是說,它還具有適應連續出鋼和間斷出鋼的能力,具有和連鑄機匹配的能力,除此以外,還能滿足一些特殊鋼種對加熱的要求,如對脫碳、溫差、氧化燒損的要求等。(3高熱率高回收率自從1973年世界發生石油

17、危機以來,各國工業爐工作者都把爐子高效,節能放在重要位置上,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。在節能降耗上,除了水管雙層絕熱,合理的爐底強度,嚴密的爐體外,在余熱回收.安裝余熱鍋爐,汽化冷卻,步進梁孔洞加帽等方面,又有心的發展。搞風溫雙預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采用雙預熱,高風溫,他們甚至主張有條件的爐子可以把風溫預熱到700"C。加拿大道菲斯克加熱爐燃料為焦爐煤氣和6號燃料油(均為富硫燃料,但不論在任何情況下均能保證空氣溫度預熱到650C,而且換熱器壽命還很長,換熱器材質高溫煙氣側為無N

18、i材料。以避免高溫下和硫發生反應。氣化冷卻推鋼式加熱爐采用汽化冷卻已無可質疑,但對于步進式爐采用汽化冷卻卻為數不多。但近十幾年來,步進梁汽化冷卻技術有了很大的發展,國外紛紛報道大型步進爐采用汽化冷卻所帶來的經濟設益。如英鋼聯拉肯比廠250t/h步進梁式爐采用汽化冷卻,該爐長41m,內寬10m,爐子單耗1.35MJ/kg,坯料出爐溫差小于30,蒸汽冷產量7.9t/h,表壓0.17MPa。意大利SSAB公司3oot/h產量的步進梁式爐采用汽化冷卻,產汽量為12t/h,表壓0.22MPa,爐子有效長35m,內寬12m 。(4適用于多種燃料的燃燒系統大型步進爐中很多爐子都采用23種燃料。如在均熱段或第

19、一加熱段采用焦爐煤氣亦可切換成其它熱值煤氣,在預熱段或其它加熱段則采用重油。轉換某一燃燒段的燃料裝設有自動程序控制,無需人工去干預,通過分配控制系統全部自動來完成燃料的種類轉換?；鹧骈L度可調燒嘴是為了適應長坯料、寬爐型而研制出來的一種新型燒嘴,為了使坯料加熱均勻,尤其是在產量降低和爐子停爐待軋時,這時爐子的熱負荷需要下降,而某些燃燒段上的燒嘴便會出現燒嘴能力降低,火焰長度變短。在這種情況下坯料在爐內的受熱就非常不均勻,亦可出現局部過熱或過燒現象,若采用火焰長度可調燒嘴這種現象即可避免。 （5） 管理控制功能 從各車間計算機系統送來的有關坯料的運行信息， 確定爐子 的最佳燃燒策略和出爐節奏，坯料的加熱過程控制有九個功能； 爐子板坯的跟蹤， 坯料溫度下降模型， 坯料加熱在線 數學模型， 滑道黑印的計算， 爐子各段溫度設定控制， 步進梁的步距， 爐子的待軋方案， 加 熱短坯料的燒嘴關閉， 管理計算機和儀表的轉接。爐子坯料 跟蹤功能即監控和記錄爐