加热炉多工艺特性

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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

2、的步进梁式板坯加 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

3、设备步进梁式板坯 加热炉的多工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

4、厚度：1.212.7mm； 带钢宽度：7501630 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12500m

5、m）、短尺：48006500mm； 板坯质量：max 30t 、短尺坯最重不超过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

6、%。2.2 板坯装炉制度直接热装（750）； 热装（500）；温装（300）； 冷装（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：1

7、100；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

8、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，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

9、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

10、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

11、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，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

12、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

13、.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

14、）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500550kg/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

15、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:炉子有效长度计算公式：L效=(G1000)/（Pb）+Lb. 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3003

16、20t/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：200x1250x12500mm) ；碳钢DHCR： 310 t / h (标准规格板坯：200x1250x12500m