步進式加熱爐水梁應用技術

摘要:步進式加熱爐替代推鋼式加熱爐，其中的關鍵技術之一就是水梁技術的采用。無論是設計階段還是施工階段，水梁都是步進式加熱爐工程的關鍵部位。以某鋼廠高線工程配套的120噸/小時雙蓄熱步進式加熱爐為例，介紹水梁技術應用過程中的關鍵控制環節。

關鍵詞:加熱爐;步進式;水梁

中圖分類號:C939文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)09-0184-03

一、工程概況

1.爐型:高效蓄熱步進梁式加熱爐。

2.鋼種:普碳鋼、優碳鋼、低合金鋼、優質碳素結構鋼、冷鐓鋼、彈簧鋼、焊條鋼。

3.產量:120t/h。

4.燃料:轉爐煤氣，最高低發熱值Qd:1500kCal/Nm3;接點壓力:壓力8 000Pa～10 000Pa。

二、水梁的設計

1.該加熱爐縱水梁設有6根固定梁、4根活動梁。可以滿足12 000mm單排和6 000mm雙排料鋼坯規格的裝爐要求。

2.水平支撐梁由雙根厚壁無縫鋼管組成，其斷面系數大、剛度好、對鋼坯遮蔽小。 支撐梁立柱采用無縫鋼管套管式結構，外管采用厚壁無縫鋼管，內管采用普通無縫管。 立柱頂部采用鞍座密封，鞍座與縱向支撐梁焊在一起。立柱冷卻采用外管進水內管排水。

3.立柱與縱向水平支撐梁采用剛性焊接結構連接。

4.加熱爐水梁采用兩種不同材質的熱滑道，根據不同段的爐溫和鋼坯溫度，兩段滑道采用不同合金墊塊。低溫段采用ZGCr25Ni20Si2耐熱合金墊塊的半熱滑道，墊塊高度約70mm;高溫段采用ZGCr25Ni3lWNbRE的高溫合金墊塊的全熱滑道，卡固式安裝。墊塊高度約l00mm。

5.錯位梁是水梁進入均熱段后錯位布置，這樣，鋼坯在加熱段形成的水管黑印進入均熱段由于水梁位移而脫離滑道，黑印逐步消失，而鋼坯在均熱段滑道尚未形成明顯的黑印即準備出爐。采用直線滑道的鋼坯黑印溫差為40℃～50℃，采用錯位梁后鋼坯黑印溫差可減少20℃～30℃。本工程采取步進梁和固定梁均錯位的技術。

6.水梁規格。活動梁規格:縱梁，雙管ф114x16;單立柱，ф168X16;雙立柱，ф114X16。

固定梁規格:縱梁，雙管ф114X16;單立柱，ф140X18;雙立柱，ф114X16。

7.水梁包扎。水平支撐梁和立柱的絕熱采用耐火纖維毯和莫來石澆注料雙層包扎，以減少散熱損失。活動梁立柱在靠近爐底處包扎層減薄，目的是為了減少氧化鐵皮落入水封槽，而且還可以減小爐底開洞處的散熱損失。

─自流澆注料60mm

─硅酸鋁纖維毯20mm

總厚度80mm

三、水梁的制作

1.材料的選擇。(1)各種原材料必須有合格證，并按國家標準進行檢查，對不符合要求的需進行矯正處理，有明顯缺陷又無法修整的材料不得使用。(2)對入廠的材料檢查其型號、材質是否與圖紙要求相符。(3)采用的鋼材應具有質量證明書，并符合設計要求。對材質有疑義時，應按國家現行有關標準規定抽樣檢查。用于制造水梁立柱的鋼管應是同一家生產廠同一批生產的鋼管，以防止出現由于管子上的允許公差點不同而引起的管子外徑的尺寸變化。鋼管的尺寸公差必須符合GB/8162-87和GB/8163-87的較高級精度要求。(4)鋼材的表面質量應符合國家現行標準。(5)當鋼材表面有銹蝕、麻點或劃痕等缺陷時，其深度不得大于鋼材厚度負偏差的一半。(6)鋼材表面的銹蝕等級應符合標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》有關規定的A、B、C項。(7)藥皮脫落或焊芯生銹的焊條，受潮結塊或已熔燒的焊劑以及銹蝕、碰傷的螺栓、螺母不得使用。(8)對入廠的材料，按其規格、類型進行標識。標牌或標簽要求字跡清楚并放于明顯的位置。(9)三通、彎頭為外購件，要檢查是否有合格證和材質單。

2.材料的機械加工:(1)水梁立柱必須嚴格認真地按照圖紙給定的尺寸公差和形位公差進行制造施工。制作前要制定好設備制造的程序步驟，以便掌握在焊接操作中出現的各種問題。(2)水梁、立柱用的鋼管采用機械鋸切的方法進行定尺下料。(3)對于水管和彎頭，在進行對接焊前應對焊口處進行機械加工，對需要在施工現場進行對接焊的兩個接合口端，應保證達到要求的管壁厚薄公差及剖口要求;在對水管及彎頭等部件加工完畢后，必須清除其上面的金屬屑，機械加工的部分應涂油保護，焊接時再將油膜擦凈。(4)加工后的棱邊坡口必須符合所選定的焊接方法對形狀和角度的要求;破口必須保持干凈，坡口上加工面要保持無裂紋和裂痕，圓弧應平滑過渡，并且要保持同心度，以使兩部件之間能夠正確的結合。

3.組裝。(1)組裝要在具有一定長度和足夠剛度的平臺上進行，以保證各組裝部件尺寸外形公差的一致性。(2)應制作組裝時用于找平的可復用的模具，模具制作完成后，要認真進行尺寸檢查，檢查合格后再使用。在上一次模具使用之后，下一次使用之前，對模具應認真的在水平面上進行水平度和尺寸的校驗。(3)在進行各部位組裝時，應正確使用模具，注意正確的對齊和找平。(4)對要焊接的部位，要認真清理干凈，除去油污。(5)水梁很重，容易變形和損壞，組裝好后要做上標記，盡可能防止變形，管件的對焊依照模具進行，如水梁焊后變形量大于設計要求，要對焊接好的水梁進行矯直。(6)經組裝核查后，不同的對焊焊接可以成批進行。(7)主要制作部件的公差要求(除在圖紙上已標明的):a.組裝后的活動梁及固定梁公差要求:總長度公差:出料側 +2 mm/-3mm，裝料側 + 2mm/-3mm;梁與立柱中心在長度方向的距離公差:+ 1mm;與立柱相接的P彎頭中心在長度方向上的距離公差:+ 1mm;梁靠兩端頭的單管立柱中心在長度方向上的距離公差:+ 2mm;b.組裝后的立柱總高度(頂端標高)公差:活動梁各立柱公差:+ 1.5mm;固定梁各立柱公差:+ 1.5mm;c.固定立柱、活動立柱的中心管必須與外管保持同心;不得有明顯的彎曲，要求內外管不同心度為1mm;d.外管中心不直度不大于1mm;e.同一縱梁平行度誤差為2mm;其中直管道平行度誤差:1mm。

4.焊接:(1)擔任水梁及立柱焊接工作的人員必須是具有鍋爐壓力容器的持證焊工并且具有水平轉動管對焊、水平固定管對接、垂直固定管對接等項目的合格資格。(2)在壓力部件接合面進行任何焊接操作之前，必須進行焊接工藝的技術鑒定。(3)認真擦去坡口保護油膜，保證破口干凈無銹跡;(4)所采用的焊條應為堿性焊條，材質與母體金屬相適應;(5)所有焊縫尺寸要嚴格按圖施工;(6)焊接要在溫度適宜，能防風防雨的場所進行，幾乎所有的焊口都很深，所以必須進行連續的多道次焊接，在焊一道時，要全部采用氬弧焊，第二道焊用于正常支撐其他道次的焊料，隨后的焊接道次可采用直徑Ф3.2mm和Ф4.0mm的焊條焊接。在每焊一道次之后，要將焊渣清除干凈，并對焊縫認真打磨，以消除焊渣痕跡和堆焊不均而造成的不平整。進行最后一道焊時，要注意均勻，表面整齊，無凹凸現象，與組合件母體金屬相比較，其焊縫超厚量應保證均勻，如果對接焊縫外邊出現了凸邊，應將其磨掉，直至磨到與縱向兩面對齊為止。(7)水梁上的卡塊與水管間焊接選用E0-19-10Nb-16焊條;(8)ZGCr25Ni20Si墊塊與水管間焊接要選用E2-26-21-16焊條。(9)焊條在使用前必須要將焊條較長時間的放在烘烤箱內烘烤，以便防潮。(10)水梁雙管間連接方鋼兩端頭留出5mm不焊，并各有30mm過渡區。(11)墊塊和水梁焊接時墊塊兩端各留出5mm不焊。墊塊要求應符合YB/T018-92的有關規定。(12)如果管件焊后變形量超過要求，可采用“收縮性加熱”的方法進行矯直。(13)錨固釘的配置應嚴格按圖紙中的要求進行。焊接時，要用A302或A307焊條，距鋼管接頭至少留150mm的空位，水梁立柱結合處及位于該處200mm的區域內應到現場在焊錨固釘。要做好防止錨固釘在運輸過程中被壓彎或歪斜的相應措施。

四、水梁的安裝

1.待爐底鋼結構安裝、檢查合格后，才能進行水梁的安裝，先安裝固定立柱，再安裝固定水梁，需要注意的是，只有當一排立柱全部安裝檢查合格后，才能進行固定梁的安裝。而活動立柱和活動梁的安裝要一排一排的交替進行安裝，在裝配過程中要做到邊裝配邊檢查，主要控制項目為:水梁的標高及中心距。

2.固定立柱安裝:(1)先將立柱的上下固定板點焊在事先安裝好的爐底鋼結構上，以爐子中心為基準，找好各固定板上圓孔的中心距;(2)先將立柱按指定位置就位，將頂絲安裝好，再將下部水管和法蘭焊好，使立柱內外管組成一個整體;(3)固定立柱安裝時，要先將兩端的立柱先安裝好，按照圖紙要求的定位尺寸以爐子中心線為基準對兩端的立柱進行調整，待兩端立柱中心距無誤后，再進行中間其他立柱的安裝。(4)立柱中心距和垂直度都調整完畢后，通過立柱上的頂絲進行立柱上頂端標高的調整，調整無誤后將立柱與上下固定板焊接。(5)固定立柱安裝技術要求:a.立柱橫向/縱向垂直度:±0.5mm/±1mm;b.一排中所有立柱的中心距:±0.5mm;c.一排中所有立柱的同心度:±1mm;d.立柱頂端標高:±1mm;e.芯管朝向要與管中介質流向一致，斜口朝向進料端。

3.固定梁的安裝:(1)固定梁與立柱的安裝焊接要先從中間的雙管立柱開始，此立柱要在已定位(即沒有任何預應力)的情況下與水梁的定位正確后才能與立柱的頂頭進行焊接;(2)首先將水梁與該雙管立柱對好并點焊上，然后通過拉動雙管立柱，使水梁與其他的單立柱對好，無誤后進行焊接，使水梁處于梁安裝后的正確位置;(3)在整個的安裝過程中，要認真檢查水梁方位是否保持正確，包括水梁與爐子中心線是否平行，水梁是否有扭轉變形現象。由于每根水梁分為兩部分，所以，為防止水梁連接時的焊接變形，我們先將水梁與立柱焊接安裝完畢后，再進行水梁之間的焊接。(4)固定水梁安裝的技術要求:a.各固定梁墊塊頂面在同一爐寬方向標高:±1mm;b.水梁與爐子中心線的平行度:±2mm;c.檢查所有立柱與裝出料線相對應的位置，位置度公差:±1mm。

4.活動立柱的安裝:(1)在平移框架、水封槽及爐底鋼結構安裝完畢，并檢查合格后，才能進行活動立柱的安裝，活動立柱也是按一排一排地安裝方式進行安裝。(2)同固定立柱一樣，先將上下固定板上的圓孔中心距調好，點焊在鋼結構上。(3)將活動立柱按要求就位，并將頂絲安裝在指定位置，再將下部水管焊好，使內外管組成一個整體;(4)以爐子中心線為基準調好各立柱的中心距，要保證一排中所有的立柱對齊;(5)用立柱上的頂絲來調整立柱的垂直度及立柱頂端的標高;待調整合格，立柱與水梁焊接完成后，將上下固定板與立柱滿焊;(包括立柱下部的方法蘭與立柱和平移框架的焊接)(6)活動立柱安裝的技術要求:a.立柱橫向/縱向垂直度:±0.5mm/±1mm;b.一排中所有立柱的中心距:±0.5mm;c.一排中所有立柱的同心度:±1mm;d.立柱頂端標高:±1mm;e.芯管朝向要與管中介質流向一致，斜口朝向進料端;

5.活動梁的安裝:(1)在活動立柱安裝完畢并驗收合格，并且安裝在爐體鋼結構上的立柱通道孔也已安裝完畢后，才能進行活動梁的安裝。活動梁與固定梁的安裝方法及步驟相同。(2)需要特別說明的是，在活動梁的安裝過程中，無論任何一個梁的形狀變形如何，都不能修改立柱的調整值，如果出現任何與水梁母線相關的位移，可以通過“收縮加熱”的方式將其拉回到立柱的頂頭上來。(3)活動梁安裝的技術要求:a.各固定梁墊塊頂面在同一爐寬方向標高:±1mm;b.水梁與爐子中心線的平行度:±2mm;c.檢查所有立柱與裝出料線相對應的位置。

五、水梁試壓

1.試水前的準備工作。(1)檢查電動試壓泵是否正常。(2)清理管道內的污物，確保管路暢通。(3)檢查臨時管路是否暢通，壓力表量程是否夠用。

2.試水。準備工作完成以后開始進行試壓。試水時先把固定梁內充滿水，在臨時管道上設置一根放氣管，其開口位置高于固定梁高度。當放氣管口有水流出時，證明水已充滿。關閉放氣閥門，停止加水，起動電動試壓泵進行升壓。在升壓過程中，注意觀察壓力變化。當壓力升至0.3Mpa時，關閉試壓泵，仔細檢查焊口及法蘭連接處是否有滲漏現象。確認無異常情況后，啟動試壓泵繼續升壓至試驗壓力1.0Mpa。關閉試壓泵，施工人員再次檢查焊口及法蘭連接處。保壓一小時檢查有無漏水，同時觀察壓力表壓力變化，其泄漏率不超過3%。

試壓完畢后，關閉試壓泵閥門，同時把管路內的水放凈，做好管道試驗記錄。

3.安全措施。(1)試壓開始前，請無關人員遠離工作區域。(2)檢查時，一定要在試壓泵停止升壓后進行。(3)當發生漏水時，停止升壓以后再進行處理。(4)工作人員工作時一定要精力集中，不得馬虎。

六、水梁包扎

1.施工準備:(1)在砌筑之前水冷梁系統必須進行水壓試驗，并驗收合格交與下道工序，并有交接記錄。(2)圖紙會審、會審完畢。(3)各種施工機械及物資準備就緒，機械運轉正常。(4)進到現場的注澆必須標示清楚，并且有合格證或檢驗報告，有時限的材料不得超期超期的應進行檢驗否則不得使用。

2.施工程序及方法:(1)模具制作。水梁、立柱模具由技術人員根據圖紙劃出模具制作圖，再由木工根據制作圖進行模具制作。模具采用4000×200×25木板制作，制作好的模具要標好型號。(2)模具支設。立柱模具支設采用模板卡子固定，用木楔子調整間距。水梁模具采用模板卡子及木方固定。(3)澆注料澆注。水梁、立柱采用自流澆注料澆注，澆注料要嚴格按配比進行攪拌，攪拌好的澆注料要在30分鐘內用完，自流澆注料按圖紙要求施工。不需振搗。

3.耐火材料的管理。(1)將現場的各種材料按其類別、牌號及施工先后順序依次掛牌標記，嚴禁不同材料相混堆，尤其不定型耐火材料更不能混放。(2)各種材料嚴格清點數量，作好材料臺賬。(3)各種材料進到現場后經驗收是否有合格證，以及品種、牌號規格是否與設計標準相符。(4)各種材料要做好防雨，把怕雨淋濕的材料用魚布苫好或放到庫房內。(5)材料員應每天記錄進料量，以及材料使用量。

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