超寬棒線材加熱爐的研究與應用

岳祥

（石橫特鋼集團有限公司，山東肥城 271612）

隨著科技的發展，生產工藝的改進，軋鋼工序也在不斷完善。而在棒線材熱軋車間，加熱爐作為重點工序，對生產產品的成材率、燒損、切損、煤耗等指標有著極其重要的影響。從最早的推鋼加熱爐，到后來常規加熱爐、單蓄熱加熱爐，直到目前在棒線材車間廣泛使用的雙蓄熱步進梁式加熱爐，加熱工藝、加熱鋼種在不斷完善與改進。直到近年來，超寬加熱爐的理念漸漸被提出，根據該理念，入爐鋼坯越長，生產切損越低，定尺規格越多，對生產有不可替代的深遠影響。但是，在增加鋼坯長度的基礎上，加熱質量成為不可忽視的一個難關，如何在保證加熱質量及加熱均勻性的基礎上入爐較長定尺鋼坯成為該技術的關鍵。

通過多方考慮及論證，石橫特鋼集團公司棒線材車間所選加熱爐爐型尺寸最終定為長34 米，內寬17.4米，可最大裝入16.8m長坯料，在國內屬首例。

在論證選型過程中，綜合考慮加熱工藝以及爐體穩定性等問題，總體選擇思路為安全穩定的爐體框架、高效的燃燒系統、可靠穩定的汽化冷卻等幾方面。

1 爐體框架設計

超寬加熱爐的應用，首要面對的問題是爐體框架的穩定性，17.4m 內寬，18.4m 以上的外部寬度，導致爐頂大梁及爐底機械將面對更加嚴峻的挑戰。而沒有成熟經驗可以借鑒，意味著需要面對技術突破及技術創新的雙重壓力。針對此種情況，經過反復論證，在此超寬加熱爐的爐體框架上實現了如下技術的應用：

針對爐頂大梁，江蘇某鋼廠同類16 米鋼坯的爐型上，采取的是大型工字鋼設計，工字鋼的高度選型超過了1米，接近1米2。在借鑒的基礎上，考慮實際情況，經過反復計算論證，在超寬加熱爐上最終采用的是桁架設計，而最終的運行情況也反映出了桁架選型的正確性。

針對爐底機械，采用的是三層框架設計，即平移框架兩層，提升框架一層。提升動力采取的是四臺提升液壓缸同步運行的方式，安裝兩套位移傳感器，比對測量運行參數。平移動力采取中部單缸運行模式，避免了端部集中受力的隱患。

2 蓄熱燃燒系統

蓄熱燃燒系統是加熱爐運行的核心，設計加熱爐運行參數及經濟指標，針對超寬加熱爐，在蓄熱燃燒系統的設計上采取了如下創新性新技術：

采用低氮燃燒技術。加熱爐燒嘴創造性的采用空-煤-煤-空布局的上下式燒嘴，形成彌散燃燒的方式，使空氣在外圍，煤氣在內測，有效減少鋼坯與氧氣的接觸，降低氧化燒損，同時降低了燃燒火焰高溫區內的氧氣含量，抑制氮氧化物的生成，形成良性的燃燒環境。此外，利用無限多股自由射流原理，燒嘴磚設計為獨特的多孔射流板型式，使得燒嘴內部氣流場和溫度場的均勻性較傳統的大口徑噴口磚大大提高，蓄熱體有效利用率提高至90%以上，常規的蓄熱體利用率僅60～70%。

采用激光檢測技術。在加熱爐上使用了激光氣氛檢測技術，即加熱爐的每個燃燒段設置一套激光分析檢測儀，包含氧含量檢測系統與CO 含量檢測系統，實時檢測該段的氧含量與CO 含量，并將爐內燃燒情況顯示在終端畫面上，對操作工的精準控制提供了判斷的依據。

采用威廉姆遜紅外測溫技術。為確保燃燒控制精細化，在加熱爐每段安裝了威廉姆遜紅外波長高溫計，實施測量爐內鋼坯溫度，確保鋼坯出爐即合格。

采用創新性波浪形爐頂技術。在綜合既往成熟經驗的基礎上，在此超寬加熱量上創新性的采取了波浪形爐頂技術，即將爐內爐頂內襯由常規平爐頂設計施工為波浪形爐頂，通過固定傾角設計，達到實現定向輻射的目的，提高爐內熱輻射效率，同時此種技術大大降低了運行成本費用，實現了加熱爐的經濟運行。

采用CEMS 煙氣檢測技術。隨著近年來環保技術的收緊，此技術也日漸推廣，并逐漸替代原有氧化鋯分析儀。相比以往，此技術能夠實現在線檢測NOx、CO、SO2以及氧氣的含量，側面反映爐內燃燒的完全程度，為操作工精細化操作提供依據。

3 汽化冷卻系統

汽化冷卻系統是加熱爐安全穩定運行的保障，相比燃燒技術以及爐體框架技術上的突破，汽化冷卻技術更多的沿用了目前的成熟經驗，以安全穩定為主。

（1）在水梁布局上，因其特殊性，綜合考慮采用的是“6 動7 定”布局，因爐長達到34 米以上，因此借鑒了國內其它板帶加熱爐以及型鋼加熱爐的建設經驗，采用了水梁分段的設計理念。此種水梁設計，將大大降低每單獨段水梁的熱膨脹長度，同時避免建設安裝時的預拉彎難度，提高安裝質量。

（2）針對水梁支管采取溫度檢測，利用目前貼片式溫度檢測計的檢測優勢，在加熱爐汽化支管回水段進行安裝。此技術具有兩大優點，一是此溫度計為貼近安裝，避免汽化冷卻系統管道直接開孔，減少漏氣隱患，提高設備運行安全性；二是能夠測量回水溫度，在具備汽化流量監測的基礎上，增加溫度檢測，雙向檢測保證了汽化冷卻系統運行安全性與穩定性，避免水梁堵塞等事故的發生。

（3）為提高熱效率，降低鋼坯加熱黑印，此次汽化冷卻系統設計運行壓力1.6MPa，實際運行壓力1.3MPa，相比以往常規棒線材加熱爐0.6～0.9MPa 的運行壓力，有了大幅度提升，提升汽化運行壓力的同時，一方面大幅度降低了汽化循環熱損失；一方面提高了加熱質量，減少了鋼坯黑印的產生，提高了加熱爐的經濟運行。

同時，利用煙氣余熱，對加熱爐軟化水箱給水進行換熱提溫，將給水溫度提到50～60℃左右，以提高蒸汽回收量，增加生產收益，蒸汽與給水溫度關系表1如下所示：

4 運行情況

在加熱爐經濟指標方面，加熱爐能耗在冷裝加熱情況下，能夠穩定實現不高于0.9GJ/t的單耗，氧化燒損不高于0.5%，加熱產量、加熱溫度均實現了預定目標。

在加熱爐安全運行方面，加熱爐運行2 年來，噸鋼維修費用不超0.2 元，稍大型設備如懸臂輥、換向閥、調節閥、水泵等檢修率為0，整體故障時間為0，實現了加熱爐安全穩定運行的期望。

在加熱爐環保運行方面，通過外部委托檢測單位對加熱爐廢氣的檢測數值來看，NOx、SO2的檢測含量均低于50mg/m3，優于行業標準。而激光分析儀、紅外溫度檢測儀、CEMS 等各種先進檢測設備的投用，更是確保了氧含量穩定控制在1～3%，CO 含量穩定在500ppm以下，實現了蓄熱燃燒的精細化控制。

5 結語

加熱爐是熱軋車間的首道工序，更是執行加熱工藝的核心設備，因此加熱爐的安全經濟運行為車間正常生產奠定了基礎。超寬加熱爐的研究與應用，大幅度提升了車間生產的經濟學與多樣性。在生產上，超長鋼坯的應用，大幅度降低了切頭產生的同時提高了產品成材率，而多種先進技術的應用，更是實現了加熱爐的經濟運行與安全運行，相信此次超寬棒線材加熱爐的成功應用，將為行業帶來新的理念及思路。