推鋼式軋鋼加熱爐水梁漏水原因分析及技術改造

龍靜濤

摘 ?要：簡要分析了推鋼式軋鋼加熱爐水梁漏水的原因，提出了技術改造方案和具體的實施對策，有效地解決了水梁漏水的問題，具有較好的改造效果。

關鍵詞：推鋼式軋鋼加熱爐;水梁;漏水;熱應力

中圖分類號：TG307 ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.140

1 ?加熱爐結構簡介

重鋼中厚板廠中板線現有2座加熱爐（分別為1#加熱爐和2#加熱爐），2座加熱爐的結構和技術參數基本一致。加熱爐有效長度為32.2 m，內寬6 m，采用連續推鋼式加熱的方式，方便坯料端進端出。

加熱爐燃燒系統分為6段供熱，包括均熱段上下、第二加熱段上下和第一加熱段上下，并設置一定長度的不供熱的熱回收段。全爐采用蓄熱式燒嘴沿爐長方向側向供熱，對側全分散換向。

加熱爐設縱水管4根，以滿足雙排料板坯的布料要求。加熱爐在預熱段、加熱段和均熱段均為爐底水管架空結構，坯料雙面加熱。加熱爐爐底水管采用汽化冷卻的方式。

2 ?水梁漏水情況和原因分析

2.1 ?水梁漏水情況簡介

中板線2座加熱爐于2011-06投產，但是，從當年9月開始，2座加熱爐陸續發生了多次水梁漏水事故。漏水部位全部位于加熱爐高溫段區域，即均熱段縱水梁上，修復后復發的仍然集中在此區域。在此區域，縱水梁上的耐熱滑塊與其水梁采用耐熱焊條滿焊，漏水點就出現在耐熱滑塊與水梁的焊縫處，而且在該區域發現，有多處耐熱滑塊和水梁的焊接部位都發生了裂紋，個別耐熱滑塊本身也有貫穿性裂紋。

2.2 ?原因分析

根據現場情況分析，水梁漏水的直接原因是水梁母材出現了貫穿性裂紋，而造成裂紋的原因有以下3點：①耐熱滑塊的設計存在缺陷。從設計上來看，沒有充分考慮熱應力的產生和消除。加熱爐耐熱滑塊材質為Co50（長×高×寬：150 mm×110 mm×50 mm），滑塊間距為50 mm，縱水梁材質為20#鋼（Φ159×20 mm無縫鋼管），兩者是剛性連續焊接成整體，而兩者存在較大的熱膨脹差異，因此，在耐熱滑塊與水梁的焊接點存在較大的應力集中。當水梁和耐熱滑塊的保溫包扎脫漏時，耐熱滑塊的溫度就會升高，熱應力就會加劇。②由于加熱爐加熱坯料的規格變化頻繁，爐溫波動比較大;再加上加熱爐因為各種原因多次停爐，溫度的驟降和驟升，使得水梁遇到較大熱應力不利影響的基礎上產生了交變應力，相互拉扯、反復作用后產生了疲勞應力裂紋。③加熱爐發生漏水部位的縱水梁為架空結構，在生產狀態下，鋼坯在耐熱滑塊上發生了滑動摩擦，水梁產生顫動，這不僅加劇了水梁的高溫交變載荷，還容易導致水梁保溫包扎脫落。

由以上分析可知，水梁漏水的原因是耐熱滑塊在設計方面存在一定的缺陷，水梁上存在應力集中;再加上加熱爐爐溫的頻繁變化和均熱段縱水梁的架空結構等一系列不利因素的影響，最終使得水梁應力集中點的熱應力超過水梁自身的抗拉強度，進而產生裂紋，導致水梁漏水。

3 ?技術改造和解決對策

由分析結果可知，水梁在高溫環境下存在的熱應力得不到有效的釋放，導致應力集中，并且超過了水梁抗拉強度，進而出現了裂紋，這是水梁漏水的主要原因。

為了解決水梁漏水問題，特別進行了一系列的技術改造工作，并提出了相關的解決對策，主要包括以下8點：①將耐熱滑塊材質由Co50改為Cr25Ni20Si2，提高了滑塊焊接性能，減小了滑塊與水梁之間的熱膨脹差異;②在耐熱滑塊上下兩端增加多個消除熱應力的應力縫，減小滑塊自身的熱應力，從而減小其對水梁的應力;③將耐熱滑塊焊角高度由之前的8 mm減小到5 mm，并且由之前的連續焊接調整為分段焊接，減小在水梁制作過程中焊接熱應力對水梁造成的不利影響;④將耐熱滑塊間距由之前的50 mm增加到80 mm，以減小滑塊對水梁的熱應力;⑤在滑塊全部焊接完成后，對水梁進行退火處理，以消除焊接熱應力;⑥在加熱爐均熱段架空水梁之下砌筑半實爐底，這樣能夠有效提高均熱段水梁的支撐強度，減小水梁顫動，同時，又提高了水梁保溫包扎的穩定性，避免包扎脫落將耐熱滑塊裸露于高溫環境中而加劇熱應力;⑦優化加熱爐生產計劃，盡量減少因坯料規格頻繁變化而導致爐溫大幅波動的情況出現;⑧優化加熱爐烘爐曲線和停爐降溫曲線，由原來的50 ℃/h降低為30 ℃/h，防止加熱爐升溫或降溫過快，減小水梁應力集中。

上述前5項針對耐熱滑塊的技術改造如圖1、圖2所示。

圖1 ?改造前的水梁結構

圖2 ?改造后的水梁結構

4 ?結論

加熱爐水梁出現裂紋的根本原因是水梁上的耐熱滑塊設計存在缺陷。通過優化耐熱滑塊的結構，緩解其在高溫狀態下的熱應力集中，同時，采取有效的管理措施減少了爐溫波動的次數，有效解決了水梁漏水問題。

參考文獻

[1]王秉銓.工業爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]于啟湛.耐熱金屬的焊接[M].北京：機械工業出版社，2009.

〔編輯：白潔〕

Push the Reason Analysis and Technical Reformation of Reheating Furnace of Steel Beam Leakage

Long Jingtao

Abstract： This paper briefly analyzes the push steel rolling heating furnace beam leakage and put forward technical reformation scheme and the specific implementation measures， effectively solve the beam water leakage problem， has better reconstruction effect.

Key words： steel type steel rolling furnace; water beam; leakage; thermal stress