鋼坯加熱溫度不均的原因分析及改善措施

( 武漢鋼鐵有限公司，湖北 武漢 430083)

1 鋼坯加熱溫度不均的表現(xiàn)

鋼坯在爐內(nèi)的加熱目的就是使坯料出爐RT2溫度達(dá)到工藝要求范圍，且鋼坯同板溫差盡可能地均勻。但是，現(xiàn)有的軋鋼加熱爐由于工況條件限制，很難將坯料各點(diǎn)溫度加熱到一致。生產(chǎn)過(guò)程中鋼坯加熱溫度表現(xiàn)如下：

1.1 鋼坯頭尾溫差較大

同坯料溫度頭部高尾部低，或頭部低尾部高，鋼坯出爐溫度均勻性較差，鋼坯頭尾同板溫差大，鋼坯出爐后RT2曲線如圖1所示。

圖1 鋼坯出爐后頭尾溫度差示意圖

1.2 鋼坯水管黑印嚴(yán)重

鋼坯在爐內(nèi)加熱后沿長(zhǎng)度方向形成與所接觸步進(jìn)梁數(shù)量相一致的幾個(gè)低溫區(qū)間段，俗稱水管黑印，鋼坯出爐后由于水管黑印的產(chǎn)生，進(jìn)而影響沿長(zhǎng)度方向上的溫度均勻分布，如圖2所示。

圖2 鋼坯出爐后水管黑印示意圖

2 鋼坯加熱溫度不均的原因分析

2.1 南北兩側(cè)燃燒介質(zhì)通道堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致南北兩側(cè)燃燒介質(zhì)偏流情況嚴(yán)重

在生產(chǎn)過(guò)程中，每次停爐檢修后均發(fā)現(xiàn)部分燒嘴直流風(fēng)出口處有不明物體堵塞，經(jīng)過(guò)多次檢查分析發(fā)現(xiàn)：此堵塞物產(chǎn)生的主要原因是：由于加熱爐空氣管道內(nèi)層硅隔板在使用一段時(shí)間后容易破損，之后被空氣吹入到燒嘴內(nèi)部，堵塞了直流風(fēng)出口，阻止了直流風(fēng)的進(jìn)入，影響了南北兩側(cè)空氣流量的平均分配，在同樣的閥門開度下，兩側(cè)空、煤氣流量大小不一致，南北兩側(cè)燒嘴的燃燒狀況不一樣，而且兩側(cè)燒嘴火焰的形狀、剛度和鋪展性較差，南北側(cè)燒嘴火焰長(zhǎng)短差別很大，導(dǎo)致南北兩側(cè)溫差較大，南側(cè)溫度顯示較北側(cè)溫度低，如圖3、圖4所示。

圖3 加熱爐南北兩側(cè)燒嘴火焰長(zhǎng)度對(duì)比

圖4 烘爐過(guò)程中由于南北兩側(cè)燒嘴空氣偏流導(dǎo)致南北兩側(cè)溫差較大

2.2 電偶溫度檢測(cè)失真，造成燃燒控制不穩(wěn)定，且誤導(dǎo)加熱操作人員的操作調(diào)整

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，爐頂距離爐底距離較高，每次爐子檢修完畢后，檢修人員很難對(duì)爐頂測(cè)溫電偶的插入深度進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量確認(rèn)，只能通過(guò)目視大概地估計(jì)計(jì)電偶插入深度是否達(dá)到要求的插入深度值，致使?fàn)t頂電偶插入深度準(zhǔn)確性很難滿足要求，爐頂電偶測(cè)量的溫度準(zhǔn)確性達(dá)不到要求。而且7段電偶安裝位置靠近出料爐門距離較近，在爐門開啟過(guò)程中由于冷風(fēng)的吸入，改變了爐門口處溫度場(chǎng)，降低了此處溫度值大小，進(jìn)而引起了7段電偶檢測(cè)溫度值的波動(dòng)。上述兩個(gè)因素導(dǎo)致電偶溫度檢測(cè)失真后進(jìn)而影響燃燒控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，經(jīng)常處于頻繁的波動(dòng)狀態(tài)，鋼坯加熱溫度均勻性以及加熱質(zhì)量都很難得到保證。

2.3 鋼坯到達(dá)出料端接通后，活動(dòng)梁、固定梁同時(shí)與鋼坯接觸，且接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，加重了鋼坯水管黑印的嚴(yán)重程度

加熱爐步進(jìn)梁由固定梁和活動(dòng)梁組成，鋼坯與水梁接觸后，在加熱過(guò)程中鋼坯與水梁接觸部位就會(huì)產(chǎn)生大家所熟知的水管黑印。在攻關(guān)改進(jìn)前，某廠步進(jìn)梁周期行走動(dòng)作控制思路為(見圖5)：由于該廠加熱爐爐內(nèi)水梁間距較大，為防止板坯在高溫狀態(tài)下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致變形，采取了活動(dòng)梁與固定梁處于同一水平線上的方式將鋼坯同時(shí)托住。這種控制方式存在一定的弊端：即當(dāng)鋼坯達(dá)到出料端，激光檢測(cè)到鋼坯接通后，活動(dòng)梁會(huì)繼續(xù)動(dòng)作后退到下限原點(diǎn)位后再上升到中位與固定梁處于同一水平線上將鋼坯托住，當(dāng)活動(dòng)梁與固定梁同時(shí)處于中位期間，鋼坯同時(shí)與活動(dòng)梁與固定梁接觸，增大了鋼坯同時(shí)與水梁接觸的面積，而且還導(dǎo)致鋼坯與活動(dòng)梁和步進(jìn)梁接觸的交替地進(jìn)行替的進(jìn)行加熱，在較大程度上加重了水管黑印。

圖5 改進(jìn)前步進(jìn)梁行走周期示意圖

3 提高鋼坯出爐溫度均勻性改進(jìn)措施

3.1 減少加熱爐南北兩側(cè)燃燒介質(zhì)偏流現(xiàn)象，改善燒嘴的燃燒狀況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況(見圖6、圖7)，對(duì)燒嘴喇叭口處的堆積物進(jìn)行清理，疏通火焰流通通道，確保了燒嘴火焰的現(xiàn)狀、剛度和鋪展性：①每次點(diǎn)火前逐個(gè)對(duì)燒嘴進(jìn)行觀察確認(rèn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)燒嘴火焰的形狀、剛度及鋪展性較差后，下次此修爐過(guò)程中就單獨(dú)將此燒嘴進(jìn)行拆除，清理燒嘴內(nèi)部堵塞物；②定期對(duì)燒嘴前空氣支管內(nèi)雜物和破損的硅隔板進(jìn)行清理；③在檢修期間制定專門的特殊工具，專人負(fù)責(zé)清理燒嘴直流風(fēng)出口處的堵塞物。

圖6 燒嘴喇叭口雜物堆積后的實(shí)物圖

圖7 燒嘴直流風(fēng)出口堵塞情況

3.2 增加活動(dòng)梁自動(dòng)踏步功能

當(dāng)活動(dòng)梁將鋼坯搬運(yùn)到出料端，激光檢測(cè)到鋼坯接通后，鋼坯處于等待位置的時(shí)候，對(duì)活動(dòng)梁進(jìn)行自動(dòng)踏步。步進(jìn)梁自動(dòng)踏步示意圖如圖8所示。步進(jìn)梁上安置的鞍座產(chǎn)生的黑印溫差在加熱爐上是不能完全消除的，只能盡可能地縮小。通常采用步進(jìn)梁原地自動(dòng)上升、下降的踏步的方式，讓坯料在活動(dòng)梁與固定梁放置的時(shí)間基本接近，當(dāng)活動(dòng)梁處于中位和下限位期間，鋼坯只與固定梁接觸，當(dāng)活動(dòng)梁處于中位和上限為期間，鋼坯只與活動(dòng)梁接觸。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)合理的分配步進(jìn)梁、活動(dòng)梁與鋼坯交替接觸的時(shí)間，鋼坯與固定梁和活動(dòng)梁接觸的部位就可以進(jìn)行交替的加熱，這樣就很好地減輕鋼坯與固定梁和活動(dòng)梁接觸的部位產(chǎn)生的水管黑印。

3.3 提高電偶檢測(cè)精度，確保溫度檢測(cè)的準(zhǔn)確性

(1)設(shè)計(jì)新增電偶安裝卡緊裝置：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在安裝電偶之前根據(jù)電偶的插入深度設(shè)計(jì)制作了一個(gè)電偶安裝卡緊裝置 (裝置示意圖如圖9所示),在插入電偶之前將此裝置對(duì)準(zhǔn)爐頂電偶孔，電偶插入爐內(nèi)，當(dāng)頂住了此模具的底部之后，將電偶固定即可達(dá)到設(shè)定的插入深度。通過(guò)此方法改進(jìn)后，每次修爐完畢后爐頂電偶安裝方便，插入深度能夠得到有效的保證，電偶測(cè)溫準(zhǔn)確性得到明顯的提高，安裝過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度明顯下降，有效地提高鋼坯加熱質(zhì)量。

圖8 步進(jìn)梁自動(dòng)踏步示意圖

圖9 電偶安裝卡緊裝示意圖

(2)對(duì)靠近爐門口位置處電偶進(jìn)行移位，避免爐門開啟過(guò)程中溫度場(chǎng)變化帶來(lái)的檢測(cè)誤差：結(jié)合加熱爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將7段電偶安裝位置向五段方向移動(dòng)了1 600 mm的距離,如圖10所示，從而避免了當(dāng)爐門開啟時(shí)因冷風(fēng)吸入，靠近爐門口處的溫度場(chǎng)發(fā)生變化后引起的7段電偶檢測(cè)溫度值波動(dòng)，確保了燃燒控制系統(tǒng)和爐內(nèi)熱平衡的穩(wěn)定性。

圖10 七段電偶安裝位置移動(dòng)前后示意圖

4 結(jié) 論

鋼坯加熱溫度均勻性的好壞對(duì)帶鋼的厚度精度、凸度精度及寬度精度等質(zhì)量指標(biāo)起到?jīng)Q定性作用，本文通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)備缺陷，通過(guò)疏通燃燒介質(zhì)通道，減少偏流；新增踏步功能，減少水管黑印程度；提高電偶檢測(cè)精度等措施，逐步改善鋼坯爐內(nèi)加熱溫度均勻性，為軋線穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。