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1、国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术节能技术, 论文, 银子, 国内外, 附件 国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术摘 要 综述了热轧步进梁式炉、薄板坯连铸与连轧之间的加热设备、辊底式炉、连续作业线中的热处理炉和强对流全氢罩式退火炉的现状和节能技术；介绍了蓄热式烧嘴和计算机在轧钢加热炉上的应用。 关键词 加热炉 热处理炉 节能自第 1 次石油冲击以来，轧钢加热炉和热处理炉的炉型改变、设备改造，是围绕着提高产品质量、节能、环保、自动化操作进行的。80 年代前期，高温无缺陷连铸坯的生产技术和管理系统开发成功，连铸坯热态装炉的热装轧制(HCR) 已成为现实。
2、以后直接热装轧制(DHCR) 和直接轧制(DR 或 CC2HDR) 先后实现了大幅度节能。例如，冷坯方式加热炉的单耗为 1 170 kJ / kg ，HCR 方式 300400 装炉时为 960 kJ / kg ，800900 装炉时为 335 kJ / kg。随着连铸 2 轧钢工艺的发展，推进了加热炉的进步。80 年代后期，薄板坯连铸连轧工艺的产生，也出现了一些新炉型或新结构。热处理炉方面，其技术内容集中在 3E 热处理(Efficiency ， Environment ， Energy) ，即追求高效率、保护环境、低能耗的热处理设备。1 热轧步进梁式炉的现状和节能技术1967 年第 1 座
3、步进梁式加热炉投产。步进梁式炉比推钢炉具有许多优点，因而成为新建轧钢厂的首选炉型。热轧宽带钢厂的规模正向大型化发展，步进梁式炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制，因而能适应轧机的小时产量增长的形势。北京钢铁设计研究总院近 20 年设计投产的 40 余座步进炉，已遍及热连轧、型钢、棒线材、带钢、无缝管、开坯、锻压等钢厂以及钢带厂，1994 年相继投产的太钢、梅山热连轧厂的步进梁式炉，额定产量分别为 180 t/ h 和 280 t/ h ，重庆钢铁设计研究院为攀钢 1450 热连轧厂设计的步进梁式炉，额定产量为 150 t/ h ，也在 1992 年投产。步进梁式炉在提高坯料加热质量、减少温度差方
4、面的措施有: (1) 下加热由初期的侧面供热改成端部供热； (2) 均热段和加热段纵向支承梁在炉宽方向错开一段距离以减少水管黑印； (3)增大纵向支承梁上垫块(或骑卡件) 高度以减少水管对坯料的遮蔽作用，减少垫块宽度以减少水管对坯料的冷却作用，从而减少水管黑印。金属陶瓷垫块已开始应用； (4) 步进梁对坯料实现轻抬轻放； (5) 细长的方坯侧出料时，配置带 45 挑杆的托出机，在激光装置监视下将方坯托到悬臂辊上。节能设备上的主要措施: (1) 钢坯热装及直接轧制。(2) 提高换热器的温度效率，同时保持换热器前烟气热量和空气煤气预热后的显热。例如:和歌山热轧厂新 1、2 号步进梁式炉空气预热到
5、630 ，温度效率达 78 %；日本钢管福山第二热轧厂空气预热到 630 ，温度效率达 87 %；神户制钢加古川厚板厂空气换热器温度效率达 90 % ，同时预热煤气。(3) 加强炉膛的严密性。例如:炉体向装料辊道方向延长，步进梁全在炉内，炉门和炉门框间有倾斜的金属接触面，密闭性大为提高。又如步进梁立柱穿过炉底处的开孔内侧设置遮热盖板，以减少辐射热损失与改善炉压控制，日本钢管福山第二大型厂在设置前后的辐射热损失由67. 49kJ / kg 降到 45. 1 kJ / kg。(4) 除炉底、直接受喷出火焰影响的烧嘴前立柱管外其余各段的炉顶、侧墙、炉底管以及炉顶烧嘴通道都采用陶瓷纤维制品。(5) 适
6、当延长预热段长度或在炉尾设置以陶瓷纤维为内衬的热回收段(梅山的步进炉) ，利用烟气热量预热入炉坯料。(6) 提高辐射和对流传热能力:炉衬内表面涂辐射率大的涂料，低温段采用喷流加热或设传热转换体。(7) 热工控制合理分段，各段由微机控制以保证坯料加热质量、节能和操作的灵活性。(8) 采用汽化冷却代替水冷却。连铸坯热装轧制(HCR) 时加热炉上需要考虑: (1) 有可能加热冷坯。步进炉可以根据生产需要控制坯料在炉内的间距、可以出空炉底上的坯料，为了使热坯和冷坯在炉内以不同速度运行，把步进炉底或步进梁沿炉长分成 23 段:既可分别动作，又可同时动作。周期时间在 30 s 和 45 s 间切换。(2)
7、 加热炉的装料节奏和轧制节奏不匹配时要求加热炉仍能正常操作，为此炉子上要有一段炉长作缓冲用(例如某炉有 7 m 长的缓冲区，放 7 块板坯) 同时配置行程长、平移速度快的装料机(例如行程 3 420 mm ，速度 750 mm/ s) ，托出机要求的速度更高。(3) 热坯表面较软，运送中不能出现缺陷。(4) 供热能力的调节范围扩大，但要求火焰长度变化不大。例如燃料流量降到额定流量的 10 %时仍可稳定燃烧。(5) 采用低惰性的陶瓷纤维制品作炉衬，以期加快升温降温速度并能及时调整各段温度。武钢从 1985 年正式实现 HDR 工艺以来热送量、热装率、热装温度逐年提高，宝钢 1995 年已取得平均
8、热装温度 550 的好成绩。直接热装轧制(DHCR) 时连铸坯生产的序列和装入加热炉的序列相同，经济效益更好，炉子燃料用量和烟气量只有冷坯的三分之一左右。此外，产品组成将由原先的少品种大批量转向多品种小批量生产。直接轧制(CC2HDR) 是指连铸坯在中心温度1 150 的条件下不经过加热炉，在输送过程中通过边部加热保证坯料有足够高的温度进行直接轧制。新日铁土界厂的直接轧制称“近距离 CC2HDR”、连铸机端部到立式除鳞机 VBS 的距离是 130 m ，用辊道输送热坯；新日铁八幡厂 1987 年投产的则称“远距离 CC2HDR”，距离是 580 m ，采用高速保温车输送热坯(长 15. 7 m
9、 宽 6. 5 m 高 3. 8 m ，重 128 t ，最大速度 275 m/ min) 。日本钢管福山厂的铸坯加热设备的主要规格:长 32 m ，生产能力 250 t/ h ，坯料规格 220 mm 7001 650 mm5 90014 500 mm ，燃料是焦炉煤气，配 136 个烧嘴，每个能力233 kW。输送速度 0. 460 m/min (一般 2. 6 m/ min) 。这类加热设备实际上就是辊底式炉。2 薄板坯连铸与连轧之间的加热设备连铸与连轧之间采用的加热设备，除了将连铸坯升温和均温到轧制温度外，另一作用是待轧时或事故时储存 34 块连铸坯，确保连铸机连续运行。为了适应两台连
10、铸机两流板坯向同一轧机输送的要求，粗轧机前与两流连铸机对应的两座辊底炉之间要设置过渡段，目前有水平横移式和旋转摆动式。过渡段的结构与常规炉子不同:既需要在电动机驱动下运动，运动完毕后要求定位准确，还需要锁定。运动前后要保持密封，各种能源介质管道和排烟管的连接不能受影响。粗轧和精轧之间 CSP 线设辊底炉或保温罩， ISP 线设置有 5 个带卷位置的卷取和储存用炉。3 热处理炉的发展与节能国外热处理炉的发展趋势: (1) 以电能为热源的炉子增多，油和煤气为热源的热处理炉比例逐渐减少。(2) 对产品表面质量的要求更为严格，可控气氛热处理炉仍占重要地位。(3) 炉衬趋向使用轻质材料，在电阻炉上应用非
11、金属炉用耐热构件和发热元件的比例逐渐增加。(4) 微机和可编程序控制器的发展加速了热处理自动化，并有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。1986 年 9 月冶金部特钢热处理协调组对 15 个重点特钢厂的热处理炉进行过调查:台车式炉 214 台，罩式炉 405 台，井式炉 53 台，辊底式炉 23 台，连续式炉 49 台，其它炉型 43 台，可控气氛热处理炉占的比例不多。近 10 多年来由于从国外引进了许多可控气氛热处理炉，如:带钢连续式光亮退火生产线、气垫式铝材退火生产线、多用炉联合机组、连续渗碳炉、辊底式炉、网带式炉、罩式炉等等。3. 1 辊底式热处理炉轧钢厂中辊底式热处理炉的用途很广，既可
12、用于棒线材、管材，也可用于板材。国内多数是明火加热，现代化轧钢厂生产的成品在热处理过程中不允许氧化和脱碳，必须在可控气氛下进行，采用辐射管间接加热或电加热。1986 年以后北京钢铁设计研究总院设计投产的辊底式炉有 15 台，80 年代后期大连钢厂引进的总长约 98 m 的电热辊底式炉，内宽 2 000 mm ，用于高速钢和轴承钢棒材的退火，用净化氮作可控气氛，露点- 40 ，最高温度 950 ，产量 2 000 kg/ h。国外有 1 台组成相同的盘卷均匀化及光亮退火辊底式炉，炉子总长 95 m ，炉膛截面 1. 7 m 2. 2 m ，2 t 重的盘卷放在托盘上通过炉子，出炉卸料后，这些托盘
13、又回到入口处。炉顶装有 17 个再循环风机。垂直安装的辐射管以通 2 断控制，加热段分 14 个控制区，最高退火温度 850 。在冷却段，可控气氛被抽出，送入外冷却器，然后喷吹到盘卷上。这类炉子的特点: (1) 真空锁气室。炉料进入后，抽真空到 50100 Pa ，再引入可控气氛，将压力提高到约 100 kPa ，将出口门打开，炉料送到加热段。减少了炉气和热能的消耗，缩短了净化时间。(2) 托盘返回的连续式炉，将托盘的导轨设计成上下两层，上层作为加热，下层作为返回。3. 2 冷轧宽带钢连续退火作业线1972 年 10 月新日铁君津厂的连续退火精整加工线（CAPL） 投产，可处理的最大钢卷重 4
14、5 t ,生产品种为 CQ 板、DQ 板、DDQ 板，带厚 0. 42 mm ,带宽 7501 240 mm。 带钢通过炉子的最高线速度为 250 m/ min ,入口与出口段的最高线速度 330m/ min ,炉子的最大加热能力 128 t/ h ,用含 2 % H2 的 N2 基可控气氛喷吹冷却。炉子长度 137 m ,作业线全长 294 m。这是世界上第一条连续退火作业线。1971 年和 1976 年日本钢管在福山厂投产了两条连续退火作业线，称为 CAL 法。川崎制铁千叶厂 1980 年建成多功能 KM2CAL 作业线。处理的最大钢卷重 21 t ,生产品种除前面所提到的外，还有硬镀锡原
15、板和软镀锡原板、电工钢板、双相钢板等。连续退火作业线，1990 年世界上已投产 32 套，每年处理带钢超过 2 000 万 t ;到 1995 年底世界上已建和正在建设的连续退火作业线约 54 条，每年处理的带钢已超过 3 300 万 t ,其中 80 年代末以后建设的连续退火作业线， 年产量90 万 t 以上的有 10 余条。上海宝钢引进了新日铁的 CAPL 技术，于 1988 年投产了一条连续退火作业线，可处理的最大钢卷重 45 t ,生产品种为 CQ 板（带厚 0. 52. 0 mm） ,DQ 板、DDQ 板（带厚 0. 51. 6 mm） ,带宽 9001 550 mm。带钢通过炉子的
16、最高线速度为 250 m/ min ,入口与出口段的最高线速度 320 m/ min , 炉子的最大加热能力 120 t/ h ,平均 89 t/ h ,用含 5 % H2 的 N2 基可控气氛喷吹冷却。3. 3 连续热镀锌作业线70 年代武钢冷轧厂引进的连续热镀锌作业线，原料是冷轧低碳钢带，机组头尾最大速度 180m/ min ,炉子段最大速度 150 m/ min ,带钢厚度 0. 252. 5 mm ,宽度 7001 530 mm ,入口带卷最大为 45t ,出口卷重 15 t 。镀层厚度 150600 g/ m2 ,还可以处理酸洗后的热轧带钢。作业线年产量 15 万 t ,其中 80 %产品在 850 退火，30 %在 920 退火，20 %在 710 退火，炉子能力分别为 28. 5/ 23/ 34. 5 t/ h。用含 20 %30 % H2 的 N2 基可控气氛，消耗量约 300 m3/ h。卧式炉内宽 1 880 mm ,总长 146 200 mm ,包括无氧化预热炉（有的称 MOF
