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1、国内外加热炉及加热技术研究情况,时 间：2012年03月,1,前 言,近年来，冶金、机械、石油、化工等行业越来越重视加热炉生产，对炉子设备、控制技术、燃烧技术、加热工艺、加热质量、节能环保以及炉区生产组织等多方面进行了深入研究和推广应用，取得了很好的经济效益和社会效益。,加热炉设备研究,1,3,3,2,加热数学模型及控制研究,燃烧技术的研究,主要内容,4,加热工艺及质量控制研究,主要内容,炉子生产组织,炉子节能和环保,6,5,7,5,1.加热炉设备研究,1.1炉型种类,6,1.加热炉设备研究,1.2钢坯加热炉,蓄热式加热炉,常规式加热炉,步进梁式预热炉,钢坯加热炉,组合式加热炉,1.2.1步进
2、梁式预热炉,5,1.加热炉设备研究,用途,利用了高炉煤气热值较低的特点，在钢坯低温的升温阶段能准确控制钢坯的升温速度，充分保证了不锈钢等特殊钢钢坯的低温加热要求 热送热装料的缓冲地带,6,1.2.2常规式加热炉,1.加热炉设备研究,1.加热炉设备研究,1.2.3蓄热式加热炉,1.2.4蓄热式加热炉的分类,按预热方式,单预热,双预热,高热值燃料,低热值燃料,1.加热炉设备研究,1.2.4蓄热式加热炉的分类,按 结 构 型 式,蓄热体外置箱式结构,蓄热体内置坑道结构,蓄热烧嘴结构,采用分散换向时，换向阀的数量不宜太多，不要布置在高温区域，尤其是炉顶，否则使用过程中换向阀的维护工作量太大，建议一个换
3、向阀控制4个烧嘴,加热工艺要求比较高的炉子，建议采用烧嘴式,1.加热炉设备研究,1.加热炉设备研究,1.2.5组合式加热炉,蓄热式燃烧,常规燃烧,组合式加热炉,高热值煤气用量不足而低热值煤气过剩,（炉尾）,（炉头）,1.加热炉设备研究,1.3加热炉设计需考虑的几个问题,（1）钢坯加热“黑印”问题,错位梁,直线梁温差4050,错位梁温差降低1520,全热滑道,高度80mm 100mm,旋转式步进梁(底),组合式结构,预热段和加热段,梁式结构,均热段或高温段,底式结构,棒线材生产线,1.加热炉设备研究,1.3加热炉设计需考虑的几个问题,（2）水梁支承立柱的稳定性,水梁 立柱,纵向,横向,桁架结构,
4、各自独立,稳定性,冷却形式,1.加热炉设备研究,1.3加热炉设计需考虑的几个问题,（3）水冷系统,出水温度45，进出水温度差T=15,维修次数多,一般规则,一次投资高,开路循环,闭路循环,水质要求高,冷水冷却,热水冷却,汽化冷却,水质要求高需水处理,小型炉子,1.加热炉设备研究,（3）滑道（垫块）,1.3加热炉设计需考虑的几个问题,冷滑轨,半热滑轨,热滑轨,滑轨,顶部温度,常用,垫块,矩型,梯形,截面形状,优先,(4),1.加热炉设备研究,1.3加热炉设计需考虑的几个问题,（4）滑（垫）块的高度,高度太低,黑印削除难,顶部温度太高,材质要求高,端面开裂和塌腰,国内：80120mm 国外：150
5、mm,高度太高,1.4炉子设备运行和维护,1.加热炉设备研究,（1）水冷梁柱包扎,主要问题,工作条件非常差，长期受机械震动，承重运动，温度梯度大，高温及急冷急热，容易出现开裂、剥落等现象。,水冷梁柱外层耐火浇注料厚度较薄、外形不规则，施工难度大，质量不易保证(3个月2年不等）。,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,包扎料易损机理,（1）耐火材料性能(例如抗折强度和热震稳定性)不理想 （2）锚固钩设计不合理（如有的采用“L”型锚固钩，或锚固钩太长） （3）锚固件焊接质量较差，不够牢固或长度、密度、形状不符合要求 （4）纤维毯没压实或铁兹没有缠紧，露在纤维毯外的锚固件较短,（5）施工时模
6、具支设不牢固，浇注体发生偏心 （6）筋管浇注料修补时，筋管表面清理不于净 （7）检修工期紧，烘炉没有严格指定曲线进行 （8）生产初期生产强度过大 （9）生产厂追求产量，加热炉超负荷运行,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,改进措施,（1）模具的制作与支设,（2）施工前的确认,依照浇注体形状制作好异型钢模具 模具支设定位准确，牢固可靠 模具支设和拆除应简便 模具应具有通用性和耐用性,待修部位、锚固件焊接 、杂物、图纸要求 、浇注料等等,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（3）精细化施工,炉筋管锚固件焊接验收（焊接牢固 、有效长度 、焊接数量 、通水试漏 、刷沥青漆 纤维毯包
7、扎工艺（纤维毯不松动，露出纤维毯锚固件的长度是否符合要求 自流浇注料施工工艺 （减少胀缝板数量，将胀缝均设在三通处，立柱在三通下设一个，水梁在三通两边各设一个，局部修补时胀缝设于新旧料结合处 ） 烘炉 ：严格按照耐材厂家提供的烘炉曲线 生产 ：初期生产强度不宜过大,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（2）水梁滑（垫）块,材质研究和使用,预热段,炉温较低,钴基合金( Co20、 Co40、 Co50),使用寿命、 效果、成本,加热段 均热段,炉温较高,铬、镍合金（ZGCr25Ni20,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,在焊接时从梁中间向两端施焊，以达到减少变形的目的。,水
8、梁弯曲变形,垫块焊接后，造成水梁较大弯曲变形,现象,措施,原因,耐热垫块集中在水梁一侧焊接,水梁开裂,现象,措施,原因,加热段和预热段交界管段，两滑块之间处于或靠近滑块端部，呈母指状，几乎对称于滑块而展开的裂纹,温度较高且温差也较大耐热滑块的热膨胀系数远大于管子 、炉温变化幅度稍大而相对较频繁,采用骑卡件形式,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,“黑印”严重,现象,措施,原因,钢坯接触滑块部位较其它地方形成明显的存在局部低温区,滑轨大多采用实体结构，合金滑块直接焊于炉筋管上 滑块没有任何阻热措施，高度低矮，被水管冷却速度快 滑块的排列方式不合理，加热效率低,尽可能增加滑块的高度 滑块
9、由单列密排改为双列大间距错位排列 使用新型耐热滑块,1.4炉子设备运行和维护,1.加热炉设备研究,水梁漏水,现象,原因,加热炉活动梁高温段，多出现于双立柱活动梁两侧。,高温段中间活动梁的标高存在较大误差（10mm） 距焊缝边缘5 rnm左右的水梁母材因疲劳产生裂纹,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,钴合金垫块裂纹,现象,措施,原因,固定梁和活动梁末端垫块出现裂纹，裂纹发生在末端1/ 3位置，从垫块顶部直达焊缝，裂纹最宽处达4mm,坯料摆放在垫块的末端,垫块受纵向力（坯料静载荷和活动梁托起/放下坯料时动载荷），该力对活动梁和固定梁垫块的频繁的冲击，产生疲劳裂纹，并发生扩展,调整装出钢
10、位或步距 减少坯料与垫块的接触速度 提高垫块的强度 对原垫块的尺寸进行修改,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（3）新型耐热滑块,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（3）新型耐热滑块,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（4）水冷滑道（块）结瘤,钢坯划伤,滑轨结瘤,产品结疤,瘤A：如枣核状相连，硬而脆，中心有柔而软的铁芯，较松散，与滑轨粘着力较差，部分还原成铁 。,瘤B：象滴的烛泪，光滑坚硬，牢牢地焊接在滑轨上，较坚实，完全还原成铁,原因,氧化铁和滑块之间不具亲合性，但炉内一旦呈还原性气氛时氧化铁便在高温下还原成铁。,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维
11、护,（5）燃烧器,燃烧器,平焰烧嘴,调焰烧嘴,低NOX烧嘴,蓄热式烧嘴,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（5）蓄热体损坏,陶瓷小球,蜂窝体,应用较多,蓄热体,蜂窝孔堵塞、蜂窝蓄热体粘渣、孔壁熔蚀、通孔破裂、蜂窝蓄热体崩塌、蓄热体错位等,现象,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（6）水封槽内刮渣板变形损坏,现象,措施,原因,刮渣板机构使用变形而将水封槽本体刮漏,设计不合理，结构本体存在弱点； 槽内杂物使刮渣板变形； 冷却不到受热变形； 操作维护不规范使用寿命降低。,加热检查维护； 保证冷却效果，调整水封槽低水位报警点、放水前炉温要降到规定温度； 防止异物落入； 对刮渣板
12、结构进行优化设计，如直角改为钝角等。,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（7）加热炉炉膛爆燃,爆燃的原因,炉膛内或烟道内有一定浓度的可燃物和助燃空气积存； 积存的燃料和空气混合物具有易爆性； 具有足够的点火能源(例如炉内有明火)。,危险工况,燃料、空气突然中断，造成炉膛内瞬时失去火焰； 在多个烧嘴正常运行时，一个或者几个烧嘴突然失去火焰； 整个炉膛熄火，而后再次点火； 点火烘炉初期。,原则性防止措施,点火源要有足够的能量； 尽量缩短未点燃的燃料进入炉膛的时间（量）； 对已进入炉膛的未燃的可燃混合物，要尽快给予放散。,1.加热炉设备研究,1.4炉子设备运行和维护,（7）其它技术,红外
13、无损探测技术应用在加热炉的点检维护作业中； 加热炉水梁、立柱采用加热保温状态下的焊接工艺施工（如：马钢）； 使用多阀板转动的（百叶窗）形式烟道闸板，使炉压调节更灵活，更精确 （如：山东莱芜）； 通过在换热器后、烟道内、排烟管以及炉子各段测试烟气中NOX的含量来判定炉温均匀性等,2.加热数学模型及控制研究,数模控制策略,数模研究内容,数模建立方式,零维模型、一维模型、二维模型、三维模型,（1）以炉内传热机理数学模型为基础的离线分析,（2）以简化的炉内传热数学模型为基础，其最终目标是实现炉内的优化加热控制,燃烧模型、炉内气体流动模型、炉内传热模型、钢坯加热模型等,研究模型,基于钢种（钢质、规格、长
14、度）和轧制规格变化的加热制度,3.燃烧技术的研究,3.1传统燃烧技术,燃料与氧化剂混合阶段,混合后的燃料和氧化剂加热并着火阶段,完成燃烧化学反应阶段,第一阶段,第二阶段,第三阶段,空燃混合情况,扩散燃烧,紊流燃烧,流动形态,层流燃烧,预混燃烧,3.燃烧技术的研究,3.2高温低氧空气燃烧技术（HTAC）,（1）优点,蓄热燃烧技术把高炉煤气用于轧钢加热炉 提高了燃料的燃烧温度 实现废气的低NOX和低温排放,3.2高温低氧空气燃烧技术（HTAC）,3.燃烧技术的研究,（2）存在问题,排烟温度,节能效率,文献讲述高达4070%，实际比具有换热装置的常规炉高15 30%,炉压和炉温,使用寿命 维护费用,
15、电耗 煤气损失,安装引风机增加耗，煤气阀门关闭不严，换向过程会造成约25%比例的煤气损失,炉膛温度较均匀，但频繁换向也造成炉温和炉压波动，甚至炉压偏高,蓄热体堵塞、破损严重，维护成本高，小球1年，蜂窝体612月。,排烟温度过低，烟气中SO2与水结合，造成管道的酸腐蚀，另一方面造成尾部排烟流量增加，发挥不出蓄热系统的作用。,3.燃烧技术的研究,3.2高温低氧空气燃烧技术（HTAC）,蓄热式与传统加热炉的对比,（1）加热能力比较,对常温钢坯两类炉子的炉低强度并无多大区别，蓄热式加热炉热装加热能力较大。,传统加热炉上、下炉膛热负荷易于调节，炉况调节响应快，烧嘴调节比大。 预热段的预热作用发挥较好，对
16、于升温速度要求高的钢坯，加热质量要更有保证。,（2）加热质量对比,3.燃烧技术的研究,（3）加热炉的热效率比较,3.2高温低氧空气燃烧技术（HTAC）,（4）运行成本与造价,3.燃烧技术的研究,3.3富氧燃烧技术,指供给燃烧用的气体中氧气的体积分数21%时的燃烧。,（1）定义,（2）富氧对燃烧技术的影响,大大减少燃烧产物生成量，从而提高燃烧温度； 由于氧含量增加，加热剧燃烧反应，提高了燃烧速度； 降低燃料燃点，有助于燃料燃烧提高火焰强度； 燃烧产物的辐射能力提高，加强了加热炉传热； 燃料燃烧火焰变短，可能造成炉内局部温度高而烧坏钢坯。,3.燃烧技术的研究,3.3富氧燃烧技术,（3）对加热炉生产影响,富氧率对产量的影响,富氧率对能耗的影响,富氧率对成本的影响,3.燃烧技术的研究,3.4脉冲燃烧技术,通过控制烧嘴的燃烧时间，来调节供入炉膛的煤气量，实现炉膛温度的控制,（1）定义,将流量调
