基于雙蓄熱式加熱爐“黑匣子”在線測試的鋼坯加熱工藝優化

朱 軍

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠，四川 攀枝花 617000）

1 測試環境介紹

1.1 加熱爐簡介

此加熱爐采為空煤氣雙蓄熱步進梁式，從入爐到出爐分別為一加熱段、二加熱段、三加熱段、均熱段四個部分，上下供熱方式，分6個供熱段。

1.2 試驗鋼種、坯料規格、數量

鋼種：U75V（為例）、U71Mn重軌大方坯、YQ450NQR1 310乙字鋼等；坯料規格：280×380×7700mm（見附圖1）、320*410*4240mm。鋼坯數量：相同規格鋼坯11塊同時裝爐，其中1塊為試驗坯，為保證測試數據的準確性和代表性，試驗坯裝爐時要按照“前5后5”進行裝爐。

2 “黑匣子”測試裝置及布置方式

2.1 黑匣子測試裝置總共分3個大部分

抗高溫保溫箱、數據記錄器及熱電偶測溫傳感器。

2.2 測試方法

試驗方案如圖1所示。其中包括非梁上、中、下，均熱定梁、動梁，上、下爐氣，同板等溫度點的測量共8個測試點，用于對坯料的端面溫差、同板溫差、水印溫差等進行測試。按照試驗坯加工、一起校準、一起安裝、是眼皮入爐、試驗、試驗坯出爐方式展開，具體試驗坯的加工圖見附圖。

圖1 黑匣子電偶安裝布置圖

3 “黑匣子”測試過程

3.1 試驗坯加熱過程

測試坯料在爐時間216min。測試坯料前后各有相同規格引導冷坯5塊。測試期間加熱爐采用人工手動燒鋼方式。蓄熱式燒嘴換向時間60s，加熱爐燃料負荷為50765Nm3/h，助燃風量為37623Nm3/h，加熱爐爐膛的實際溫度也可得出加熱爐東側溫度較西側高（最高達13℃，實際過程最高達33℃）。

3.2 同坯溫差

整個加熱過程，沿坯料自東向西方向溫度整體上呈現降低趨勢（加熱定梁上表面除外），坯料上表面同板溫差曲線見上圖，從同板溫差曲線可以看出，從一加熱段開始溫差逐漸增大，至二加熱段結束達到最大值250℃，三加熱段有30℃的降幅，進入均熱段后溫差逐漸縮小，出爐時同鋼坯溫差為25℃。

圖2 同坯長度溫差

3.3 斷面溫差

坯料非水梁溫度曲線見上圖，從測試曲線來看，最大端面溫差在二加熱段末期，達到153.4℃，進入三加熱段后溫差開始逐漸縮小，進入均熱段后由于下加熱熱負荷增大，上加熱熱負荷減少，致使下表面溫度升高較快，坯料心部溫度亦逐漸增加，坯料溫度逐漸趨于均勻，出爐時斷面溫差為6.4℃，表中溫差為8.1℃。

圖3 同坯斷面溫差

3.4 水印溫差

坯料在均熱定梁及其水印溫差曲線分別見下圖。從測試結果來看坯料進爐后至三加熱段末水印溫差逐漸增大，達到81℃，進入均熱段后水印溫差逐漸縮小，出爐時均熱定梁水印溫差為18℃。

圖4 同坯水印溫差

3.5 內外溫差

坯料心部溫度曲線及其溫差曲線如上所示，從測試曲線來看，進入均熱段前，坯料心部各點溫差較大，達80.5℃，在均熱段各點溫差逐漸縮小，出爐時刻坯料心部溫差15℃。

圖5 同坯內外溫差

3.6 爐外冷卻

坯料從出爐開始共降溫22min，從上圖可以看出：上表面溫降最大370℃，心部溫降最小164℃，坯料的平均溫降速率12.13℃ /min。

圖6 爐外冷卻曲線

4 結論

（1）坯料的整體溫度均勻性較好。其中測試坯料端面溫差6.4℃、表面中心溫差8.1℃，均熱定梁水印溫差為18℃；

（2）爐外冷卻期間，坯料的平均溫降速率12.13℃/min，表面散熱較快，心部較慢，上表面溫降最大370℃，心部溫降最小156℃；

（3）在整個加熱過程中，沿坯料自東向西方向溫度整體上呈現降低趨勢，主要是因為加熱過程中，東西方向上分配的熱負荷差異造成；

（4）從均熱段坯料加熱情況來看，出爐時表中溫差為8.1℃，心部溫差為15℃，同鋼坯溫為25℃，而從加熱出爐時的坯料溫度曲線趨勢上看，坯料本身各點溫差有進一步降低的趨勢，為此，適當延長坯料均熱時間，將從整體上提高坯料的加熱質量。

5 效果

（1）通過“黑匣子”試驗和數據分析，準確測定了目前熱工工藝條件下，鋼坯在加熱爐內其內部、上下溫度、左右溫度的過程變化。

（2）定量分析鋼坯在加熱爐內各個物理段上的溫度均勻性和升溫速率，對存在的問題進行了針對性突破解決。

（3）建立鋼坯內部實測溫度、爐氣溫度、燃燒控制數學模型預測溫度之間的數據對應關系，為數學模型優化搭建基礎數據庫。

（4）針對供熱負荷的分配及加熱方式以及生產組織進行了優化調整，使鋼坯溫度更加均勻，降低了燃料過剩消耗，降低煤氣單耗15%。

（5）優化典型鋼種的加熱制度，伴隨產能提升，加熱方式及加熱制度得到了調整和優化，提高鋼坯加熱質量等方面的能效提升評估。