步進梁加熱爐耐熱墊塊的改進

高爭一

(馬鋼股份有限公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山243000)

1 前言

馬鋼四鋼軋熱軋2250加熱爐自2007年9月份投產(chǎn)使用以后運行狀態(tài)一直比較穩(wěn)定，但是從2015年爐內(nèi)水梁墊塊開始出現(xiàn)脫落狀況。隨著設(shè)備狀態(tài)的老化，爐內(nèi)水梁墊塊脫落的情況日益惡化，甚至造成加熱爐被迫停產(chǎn)維修。通過對其他鋼廠加熱爐水梁墊塊使用情況的了解和調(diào)研，并與加熱爐相關(guān)設(shè)計公司進行探討后，對水梁墊塊的結(jié)構(gòu)以及焊接工藝進行了改進，最終解決了加熱爐爐內(nèi)水梁墊塊的脫落問題。

2 加熱爐概況

2.1 加熱爐爐體概況

馬鋼四鋼軋2250加熱爐是帶上下供熱的步進式加熱爐，爐體尺寸為56.4m×13.84m；加熱能力為冷裝標準板坯370t/h；板坯坯料為厚度230mm，寬度為900mm-2130mm，長度為9m-12m，最大坯料單重為45t；鋼坯加熱溫度為1150-1300℃。爐內(nèi)活動梁由4根組成，固定梁在出料段有6根，在裝料段有5根。支承梁由厚壁無縫鋼管制作，縱向支承梁采用雙水管結(jié)構(gòu)。支承梁立柱是雙層套管結(jié)構(gòu)，均用20#鋼材質(zhì)的厚壁無縫鋼管制作。

2.2 加熱爐水梁墊塊

按爐子原設(shè)計，為了減少和消除水管處“黑印”，在爐內(nèi)支承梁上設(shè)置耐熱墊塊將水冷管低溫面與加熱的板坯相隔開。根據(jù)不同爐段的溫度要求采取不同高度和材質(zhì)的耐熱合金墊塊。位于預熱段的墊塊為矩形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Cr25Ni20，直接焊接在爐底管上(如圖1)；加熱段墊塊材質(zhì)為Co-20；第二加熱段和均熱段采用超高墊塊，高度100 mm，其材質(zhì)為Co-50。三種墊塊在爐底水梁長度上所占的比例為：Cr25Ni20材質(zhì)墊塊為10%；Co-20材質(zhì)為30%；其余60%均為Co-50耐熱合金墊塊；為降低爐底梁對板坯黑印的影響，加熱段墊塊采用交錯布置的卡塊結(jié)構(gòu)(如圖2)。

圖1 預熱段墊塊安裝形式

圖2 高溫段墊塊安裝形式

3 墊塊的脫落對生產(chǎn)的影響

3.1 墊塊脫落對板坯跑偏的影響

加熱爐水梁的墊塊如果出現(xiàn)脫落的情況，需要進行及時的修補，保證爐內(nèi)水梁的墊塊在同一水平面上。但是由于生產(chǎn)線的產(chǎn)量問題以及檢修計劃的安排不能及時修補，則板坯在加熱過程中可能在墊塊脫落的不平整區(qū)域發(fā)生變形，尤其是板坯的頭尾部可能出現(xiàn)下彎塌頭，塌頭的板坯在步進前行時可能會將邊部水梁的墊塊刮落，造成大面積墊塊的脫落，板坯在凹凸不平的水梁上前行時頭部和尾部逐漸不平行，最終造成跑偏現(xiàn)象。當跑偏的板坯到達爐頭時，出鋼機6根出料桿只能有其中幾根能接觸板坯并抬升出鋼，可能在出鋼的過程中板坯滑落；或者在板坯放在出料輥道出現(xiàn)大角度的歪斜，輥道無法正常將板坯輸送，需要操作工耗費一定的時間將板坯糾正，嚴重影響了出鋼速度以及生產(chǎn)節(jié)奏。

3.2 墊塊脫落對其他設(shè)備的影響

加熱爐爐內(nèi)水梁分為定梁和動梁，動梁縱梁下部穿過爐底裙罩和水封槽與爐底平移框架鋼結(jié)構(gòu)相固定。水封槽安裝于平移框架上，隨平移框架一起運動，刮渣板固定在爐子下部鋼結(jié)構(gòu)上，靠水封槽內(nèi)的水將爐底和爐膛隔開，起到密封爐氣的作用。當動梁水梁墊塊脫落掉入爐底時，可能有部分墊塊落入水封槽槽內(nèi)。水封槽和刮渣板的間隙小于墊塊的高度，導致卡在水封槽與刮渣板中間的墊塊或者將水封槽頂裂漏水，或者將與刮渣板聯(lián)接的裙罩頂變形破裂。水封槽漏水或者裙罩損壞都無法密封爐氣，導致爐內(nèi)吸入冷風，無法保證板坯的加熱質(zhì)量。

3.3 墊塊脫落造成的停爐時間

2015年加熱爐開始出現(xiàn)墊塊脫落的現(xiàn)象，并且隨著時間的推移脫落的情況日益惡化，并且造成的爐子停產(chǎn)甚至停爐進行維修，其中影響生產(chǎn)時間見表1。

表1 2015年-2017年停機時間表

4 墊塊脫落的原因分析

4.1 墊塊的安裝方式

通過長時間的觀察發(fā)現(xiàn)，預熱段焊接在水梁上的墊塊基本上沒有發(fā)生脫落的現(xiàn)象，而加熱段騎卡式固定方式墊塊出現(xiàn)脫落情況，尤其是高溫段的墊塊情況尤其嚴重。原設(shè)計采用四點壓塊騎卡式，滑塊底部緊貼水梁，左右各用兩塊壓塊(如圖3)將滑塊邊部壓緊，然后將壓塊焊接在水梁上，達到固定滑塊的目的。這樣的固定方式造成壓塊與水梁的焊接面積很小，容易松動脫落，墊塊無壓塊固定則脫落。所以墊塊的安裝方式導致其使用壽命周期縮短的最主要原因。

圖3 墊塊壓塊脫落部位圖

4.2 耐材的影響因素

墊塊的壓塊在焊接完畢后的工序是對水梁耐材的施工，水梁耐材敷設(shè)高度需在墊塊頂面下部2cm左右，將壓塊應(yīng)完全包裹在其中。通過對脫落墊塊與沒有脫落墊塊的對比，發(fā)現(xiàn)被耐材覆蓋良好的墊塊仍然留在水梁上，而沒有耐材的墊塊已大部分脫落。脫落墊塊的壓塊焊縫已經(jīng)裂開，甚至已經(jīng)出現(xiàn)燒損燒熔的現(xiàn)象。由于壓塊的材質(zhì)為0Cr25Ni20，其不能連續(xù)在高于1100℃環(huán)境中使用。失去耐材的壓塊及其焊縫暴露在1250-1300℃的環(huán)境中，對其狀態(tài)穩(wěn)定和使用使用壽命有極大的影響。

5 墊塊的改進措施

5.1 墊塊安裝方式的改進

在水梁墊塊脫落的原因分析中，可知壓塊式的安裝方式不能滿足爐況的需求。經(jīng)過分析和考慮，決定在加熱段和均熱段都采用與預熱段同樣的固定方式，將墊塊滿焊在水梁上部(見圖4)。但是將墊塊直接焊在水梁上存在以下問題：首先由于材質(zhì)的不同，在焊接時的產(chǎn)生的應(yīng)力不易消除；其次在高溫段的焊縫容易開裂，可能引起水梁開裂。對于以上問題采取以下措施解決：

圖4 改進后的墊塊安裝方式

(1)合理選擇墊塊的材質(zhì)。常用的墊塊材質(zhì)主要有Co合金系列，如Co50，Co20等；有高鎳鉻合金系列，如Cr25Ni20，Cr28Ni48等；優(yōu)質(zhì)碳鋼系列，如20#，45#鋼等。由于爐型，板坯規(guī)格，鋼種及加熱要求不同，另外結(jié)合耐磨性，高溫力學性能和抗氧化能力，同時還要考慮經(jīng)濟性，在不同爐溫段選擇不同的材質(zhì)。低溫段采取與原來的材質(zhì)不變，高溫段采用Co40。

(2)確定墊塊的外形與尺寸。考慮鋼坯原料最大長度，寬度及重量，以及墊塊上下溫差產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力來計算墊塊的單位面積承壓能力，最終確定采用“蘑菇頭”形狀的圓柱體，頂面直徑為110mm，不同溫度段區(qū)間在高度分別在60mm-100mm之間。

(3)嚴格按照焊接工藝規(guī)程實施工。根據(jù)墊塊與水梁的材質(zhì)，墊塊與水梁的底部接觸角度和焊接坡口等，制定焊接工藝。在焊接施工中，嚴格遵守焊接工藝規(guī)程。

(4)焊接驗收。墊塊焊接完成后，對安裝尺寸以及焊接質(zhì)量進行驗收。對焊縫進行射線探傷，確保焊縫無質(zhì)量缺陷。

5.2 墊塊的耐材包扎

在水梁墊塊安裝完畢后，必須對水梁以及墊塊外敷耐材隔絕高溫。水梁采用雙層包扎方式，里面一層包耐火纖維，外層澆注50mm的自流澆注料。耐材焊縫完全覆蓋，高度直至墊塊最高面下部20mm左右，并且要有一定的坡度，保證氧化鐵皮滑落，不堆積在墊塊的頂部及周邊。根據(jù)耐材的不同，一定要保證其養(yǎng)護時間，并且考慮烘爐曲線使耐材烘干質(zhì)量，保證其使用壽命。

6 結(jié)束語

加熱爐的水梁墊塊改造以后，基本上解決了滑塊脫落的問題，從此沒有發(fā)生應(yīng)為墊塊脫落問題而被迫停爐從而影響生產(chǎn)的情況。依據(jù)統(tǒng)計，2018全年沒有因為墊塊造成停產(chǎn)時間和停機時間。由此不僅保證了設(shè)備的穩(wěn)定運行，提高了生產(chǎn)線的產(chǎn)量以及板坯的加熱質(zhì)量，還減少了停爐檢修次數(shù)以及延長了大中修的間隔時間，不僅創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，還為公司的降本增效也做出了貢獻。