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1、轧钢车间加热炉设计design of reheating furnace for rolling millzhagong ehejian Jiarelu sheji 轧钢车 l ed 加热炉设计(design of reheating furnaee for rolling mill)对型钢、中厚板、热轧带钢及线材等轧钢厂坯料加热炉 的设计。设计内容包括炉型选择、确定装出料方式与炉子设施的平面布置、炉子加 热能力与座数选择、炉温制度与炉型结构选择、炉子供热负荷计算及其分配比例 炉子尺寸设计以及炉子的检测与自动化操作。炉型选择轧钢车间加热炉主要有推钢 式加热炉和步进式加热炉两大类型。一般在设计前
2、期根据原料和燃料、生产规模与 产品大纲、车间布置、加热与轧制工艺要求以及整个轧制线的装备水平等原始条件 综合考虑选择。步进式加热炉始建于20世纪60年代中期，与传统的推钢式加热沪 相比，具有加热质量好、热工控制与操作灵活、劳动环境好等优点，特别是炉长不 受推钢长度的限制，可以提高炉子的容量和产量，更适应当代轧机向大型化、高速 化与现代化发展的需要。步进式加热炉在配合连铸坯热装时有明显的优越性，一般 采用炉底分段传动方式，即在连铸开始浇铸时停止向炉内装料，而炉子仍按轧制节 奏连续出钢，炉子装料侧一段炉底空出，当热连铸坯送到后即迅速装入炉内，尽量减 少热坯的散热损失，同时集中加热热连铸坯可以有效地
3、提高炉子产量和降低燃料消 耗。推钢式加热炉和步进式加热炉的主要技术经济指标，如单位炉底面积产量和热 耗，基本相同或相近，但步进式加热炉的最高 小时产量则可大大超过推钢式加热炉， 热耗也较低。步进式加热炉的钢坯在炉时间短，其钢坯氧化烧损率、脱碳率及废品 率低于推钢式加热炉。步进梁式加热炉的 冷却水消耗量比推钢式加热炉约多一倍， 因此水系统投资要高一些，对操作及维护水平的要求也较高。现在新建的具有经济 规模的各类轧钢厂基本上都 选用了步进式加热炉;一些老厂如美国底特律钢厂热 轧 车间、法国索拉克和恩西俄厂的热轧车间、日本和歌间炉子座数多于两座时很难布置。 山热连轧厂与鹿岛厚板厂以及加拿大汉密尔顿的
4、多发炉内装料可以单排或双排(包括 单排装长料和双斯科厂等，在改建或扩建中都选用了步进式加热炉替排装短料)，这 要根据坯料长度范围、单炉产量、车间 代原有的推钢式加热炉。中国在70年代设计 和建设步占地以及投资经济合理与节能等昭确定。进式加热护，但当前轧钢加热 炉，特别是中小型轧钢厂炉子设施的平面布置炉子两侧净空尺寸及各种推钢式加热 炉仍较多，这与中国的原燃料条件等多种平台、梯子的设置，要满足生产操作与检修 的要求并符因素有关，加热短小钢锭不能采用步进式加热炉。合有关的安全规定， 要考虑“回炉坯”运送设施的位置。 设计加热炉时还要决定炉子的热工制度、结构 型煤气、重油、蒸汽、空气及冷却水系统的设
5、计与布式、主要技术经济指标、燃烧 装置的型式与数量、排烟置，要考虑生产控制功能完备，检修方便,符合安全规和 余热利用方式、的方式等。定，不妨碍交通和吊车操作及设备检修等多种因素。装 出料方式与炉子设施的平面布置按照工艺要地下烟道要尽量缩短，换热器前后一般不 设旁通 求确定加热炉的装出料方式及炉子在车间的位置。炉烟道，尽可能不采用多 座炉子合用一座烟囱。换热器的子的平面布置设计，包括撼烧系统管道设施、排烟 系统位置要考虑更换吊装方便及清扫位置，热风放散管应 及热回收设施、冷却水与 汽化冷却系统、排渣设施以及引出厂房，避免在车间内产生热污染与噪音。炉子区 域操作检修平台等的平面布置。炉子仪表室及炉
6、子加热能力与座数选择炉子加热能力 包括单计算机房的位置、尺寸及炉子设施占用的轧钢跨、原料炉小时产量和车间炉 子总加热能力。跨等按设计要求确定。单座炉子小时产量的计算理论计算法是根据 所 装出料方式装料方式有端装和侧装两种，出料选定的炉型、炉温制度及钢料受热 条件，用钢材加热理方式也有端出和侧出之分。（1）端装料。其结构一般用论公式计 算钢料所需的加热时间。炉内装料量除以加炉后辊道上料，中小型加热炉也有用固 定台架、活动台热时间等于炉子小时产量，加热时间乘以所要求的沪架上料的。（2） 侧装料。分辊道装料和推入机装料。辊子小时产量即为炉内所需的装料量，根据装料 量即可 道装料用于步进式炉，由安装在
7、炉内后端的悬臂辊道求出炉子有效长度。由 于炉子加热的坯料规格、钢种较 将坯料送入炉内，由炉后推钢杆将其推到固定梁上， 也多，可按工艺要求选定代表规格进行计算。加热方坯的 有直接由步进梁托到固定 梁上的;推入机装料借炉外步进式炉，炉内坯料之间留有间隙，能改善受热条件， 辊 道将坯料送至炉侧装料门前再用侧推入机推到炉内缩短加热时间，但炉内装料量亦随 之减少。理论分析表 的固定炉床上，由炉后推钢机向前推送，可用于推钢式明，在 步进底式炉中，当坯料间隙与方坯边长比为炉与步进式炉。（3）端出料。有重力滑坡 式出料及托出 0.350.5 时炉子产量最大，相当于无间隙布料时的 机出料两种。滑坡 式结构用得比
8、较普遍，炉内滑道与炉105%108%,在步进梁式炉中，该比值在。.2。.3 前出料辊道高差约1.2Zm,用斜坡滑道连接，滑坡俯时炉子产量最大，相当于无间隙 布料时的103%。工程角约32。350,坯料可借自重克服摩擦阻力滑至炉前设计常用 经验指标即单位有效炉底面积的小时产量辊道上，辊道对面设缓冲器。各部尺寸及 斜坡与辊道之（简称炉底强度）计算炉子产量。70年代初期，由于轧间的弧形滑板设 计多凭经验确定。这种结构的主要缺钢技术的不断改进，新建和改造轧机的产量大幅 度提点是：出料口低于炉内坯料表面，炉子易吸入大量冷高，但未能按同样幅度提高 加热炉的产量，为了满足车 L 风，热损失大;当坯料较重或结
9、构尺寸角度不合适时， 机产量，常用提高加热炉温和炉尾排烟温度来强化澡易砸坯辊道与缓冲器;长料在下 滑时容易歪斜而卡在作，有时炉底强度甚至高达9001000kg/（m “h），使滑坡上。 坯料断面较小时也不宜采用端出料。现代大型热耗量大为增加。70年代发生世界能源 危机之后，加板坯加热炉已采用托出机出料，可避免上述缺点。（4）热炉设计采取了 许多节能措施，其中之一是尽量延长侧出料。其结构分用侧出钢机推出及悬臂辊出 料两种。炉子不供热段的长度，充分利用烟气预热钢料，因此相 前者用于推钢式和 步进式两种型式的加热炉，后者只应降低了炉底强度。 80年代以来，设计加热炉通常 采 用于步进式炉。侧出料结构
10、比较严密，没有吸冷风或冒用的炉底强度参考指标见 表。火的弊病，炉内气氛容易控制并且节能，适用于加热坯在选用上列指标时，要 具体分析影响产量的各神料断面较小及合金钢的加热炉。板坯加热炉一般不采有利 与不利因素，如加热坯料的钢种、厚度、装料温度、 用侧出料，因为发生粘钢时很 难处理。有些国家用悬臂要求的加热温度与均匀性、炉型与温度制度、燃料的热辊 道侧出料的步进式板坯加热炉，坯料宽一500值与空气预热温度等。热装料时不适用 上列指标，可月60omm。用侧推方式装料与出料时占地面积大，当车理论公式计算钢 坯的加热时间来确定炉子产量或有玫 炉底强度参考指标 布土二 炉长。冷热料混装 时，冷料加热时间并
11、不能缩短，所以单面加热或双面加热加热厚度小于90 仍需考虑 炉子的小时产量与轧机能力的平衡。U0mm的坯料时，可选用单面加热工艺，即选用 没有 车间炉子总加热能力的确定要按照轧制不同品下加热的推钢式炉或步进底式 炉，其单位炉底面积小 种的小时产量和年工作小时进行计算。在轧钢生产中时产量 适中而热耗较低;加热厚度大于100mm的坯料 当坯料和产品规格品种变化时,轧机小 时产量的波动时，可以选用双面加热工艺，即选用上下加热的推钢式幅度较大，如 果加热炉按满足轧机最大小时产量设计，炉或步进梁式炉。由于步进梁式炉坯料有间 隙，120则低产量生产时会浪费燃声于并引起操作困难。因此在130mm的方坯或圆
12、坯也可采用单面加热。由于炉内滑通过对轧制线产量进行平衡计算后，在轧机的作 业率道间距（纵水管或步进梁与固定梁）等结构上的限制，和负荷率能够满足年产量 的情况下，可以按满足大多短坯料不能采用双面加热，推钢式炉坯料长度应大于 数 品种的小时产量设计加热炉，对于少数小时产量大looomm,步进梁式炉坯料长度宜大 于25。mm,否则的品种，炉子能力限制轧机产量是可以容许的。至于配其下表面 遮蔽大、受热差且运行不可靠，容易发生“掉 有多座加热炉的大产量轧机，在确定 炉子总加热能力道”事故。中国加热506omm方坯的小型推钢式加时，则应更多考 虑高产品种的要求，因为在低产量时可热炉也多采用上下加热方式，主
13、要是考虑炉底 清渣方 以减少开炉座数来适应。便，避免炉底结渣带来的一系列问题。为了避免水 管 要求在设计中预留增加加热能力时，可以考虑预“黑印”对小坯料的不利影响及 节约燃料，还有采用无 留增加加热炉座数的位置，或者有意加长炉子的预热水冷滑 道（如用棕刚玉滑轨）两面加热的推钢式炉，其段。坯料断面尺寸不大于75mmX75mm, 滑轨寿命为6炉沮制度与炉型结构选择这是加热炉设计首先12个月。高速线材轧机 加热炉的坯料长度为 12 要确定的重要问题，它直接影响炉子的主要技术性能。 22m， 冷料进炉时单面受热易变形弯曲，要求两面受选定时要考虑炉温制度、单面加热或 双面加热、炉型曲热，常采用进料端为步
14、进梁的梁底组合式步进炉。 线与供热段（点） 布置。炉型曲线与供热段（点）布置它与上述两个内容炉温制度对于加热坯料厚度较 小或对坯料加热相对应且与燃料种荃有关。两段式加热护主要靠端部内外温差要求 不严的中小型加热炉，多采用两段式炉轴向烧嘴供热，下加热采用轴向烧嘴或侧烧嘴， 产量较 温制度，即只有加热段和不供热的预热段。对于坯料厚大的炉子还需要增加 上部侧烧嘴。加热段炉膛较高，以 度较大或温差要求比较严格的加热炉则采用三段 式炉保证燃料燃烧空间和增加辐射传热的需要;预热段炉温制度，即在出料段再设一 个均热段，其温度低于加热膛较低，以增强对流传热。直接烧煤的中小型推钢式加段 而略高于坯料表面温度，供
15、热强度很小，以使坯料表热炉只能采用两段式炉温制度， 单面加热的由端部（头 面与皿温差缩小到允许范围。按三段式炉温制度设炉）供热， 两面加热的还有一个下部供热点（腰炉）。三计的加热炉也可以按两段式炉温操作。 大产量的板坯、段式加热炉均热段供热能力较小。均热段与上下加热 型钢及高速线 材加热炉均采用三段式加热炉。段之间的炉顶有一个“压下”区（即炉顶略有下降）， 且炉底有一个凸台以减少两段之间的温度干扰。产量较（2）炉长。有效护底长度系指 钢料在炉内有效加热 大、炉体较长的三段式炉，供热负荷很大，往往要增设所占的 长度，根据炉子产量计算确定。端装侧出料的沪 第二个上下供热段。大型板坯加热 炉多采用上
16、下六点子为炉尾砌体外缘至出料门中心线的距离;端装端出 供热，有些烧 煤气的加热炉均热段采用炉顶平焰烧嘴料的炉子为炉尾砌体外缘至出料滑坡折点的 距离，用 供热或上加热全部采用炉顶烧嘴的平顶式加热炉。这托出机出料的炉子则 算至钢坯在炉内最后位置的前端 种炉型供热点多，操作灵活，但结构及控制复杂， 投资线;侧装料的炉子，其炉尾从侧装料门或辊道中心线算 较高。起。护子全长指前 后端墙砌体外缘间的距离. 炉子供热负荷计算及其分配比例护子供热负荷推钢式加 热炉推钢时会产生拱钢现象，其炉长受计算有热耗指标法与热平衡法。（1）热耗指标 法。参照允许推钢长度的限制，因此须校核。推钢长度等于有效 类似炉子的高产热 耗指标示或热平衡测定数据分析选炉长加上护尾至推钢机推头工作位置间的距离。炉 子定，热耗指标常用的计量单位为kj/kg或MJ八或标允许推钢长度与钢料的厚度、 外形、圆角、平直度、推煤kg八，其中分母为加热炉料的重量。高产热耗指标力、 推钢速度及炉底状况等因素有关，目前尚无理论计乘以炉子最大小时产量即为炉子 的最大供热负荷（kJ/算方法，一般采用最大推钢长度与最
