国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术

国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术自第1次石油冲击以来，轧钢加热炉和热处理炉的炉型改变、设备改造，是围绕着提高产品质量、节能、环保、自动化操作进行的。80年代前期，高温无缺陷连铸坯的生产技术和管理系统开发成功，连铸坯热态装炉的热装轧制(HCR)已成为现实。以后直接热装轧制(DHCR)和直接轧制(DR或CC2HDR)先后实现了大幅度节能。例如，冷坯方式加热炉的单耗为1170kJ/kg，HCR方式300～400℃装炉时为960kJ/kg，800～900℃装炉时为335kJ/kg。随着连铸2轧钢工艺的发展，推进了加热炉的进步。80年代后期，薄板坯连铸连轧工艺的产生，也出现了一些新炉型或新结构。热处理炉方面，其技术内容集中在3E热处理(Efficiency，Environment，Energy)，即追求高效率、保护环境、低能耗的热处理设备。1、热轧步进梁式炉的现状和节能技术1967年第1座步进梁式加热炉投产。步进梁式炉比推钢炉具有许多优点，因而成为新建轧钢厂的首选炉型。热轧宽带钢厂的规模正向大型化发展，步进梁式炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制，因而能适应轧机的小时产量增长的形势。北京钢铁设计研究总院近20年设计投产的40余座步进炉，已遍及热连轧、型钢、棒线材、带钢、无缝管、开坯、锻压等钢厂以及钢带厂，1994年相继投产的太钢、梅山热连轧厂的步进梁式炉，额定产量分别为180t/h和280t/h，重庆钢铁设计研究院为攀钢1450热连轧厂设计的步进梁式炉，额定产量为150t/h，也在1992年投产。步进梁式炉在提高坯料加热质量、减少温度差方面的措施有：(1)下加热由初期的侧面供热改成端部供热；(2)均热段和加热段纵向支承梁在炉宽方向错开一段距离以减少水管黑印；(3)增大纵向支承梁上垫块(或骑卡件)高度以减少水管对坯料的遮蔽作用，减少垫块宽度以减少水管对坯料的冷却作用，从而减少水管黑印。金属陶瓷垫块已开始应用；(4)步进梁对坯料实现轻抬轻放；(5)细长的方坯侧出料时，配置带4～5挑杆的托出机，在激光装置监视下将方坯托到悬臂辊上。节能设备上的主要措施：(1)钢坯热装及直接轧制。(2)提高换热器的温度效率，同时保持换热器前烟气热量和空气煤气预热后的显热。例如:和歌山热轧厂新1、2号步进梁式炉空气预热到630℃，温度效率达78%；日本钢管福山第二热轧厂空气预热到630℃，温度效率达87%；神户制钢加古川厚板厂空气换热器温度效率达90%，同时预热煤气。(3)加强炉膛的严密性。例如：炉体向装料辊道方向延长，步进梁全在炉内，炉门和炉门框间有倾斜的金属接触面，密闭性大为提高。又如步进梁立柱穿过炉底处的开孔内侧设置遮热盖板，以减少辐射热损失与改善炉压控制，日本钢管福山第二大型厂在设置前后的辐射热损失由67.49kJ/kg降到45.1kJ/kg。(4)除炉底、直接受喷出火焰影响的烧嘴前立柱管外其余各段的炉顶、侧墙、炉底管以及炉顶烧嘴通道都采用陶瓷纤维制品。(5)适当延长预热段长度或在炉尾设置以陶瓷纤维为内衬的热回收段(梅山的步进炉)，利用烟气热量预热入炉坯料。(6)提高辐射和对流传热能力:炉衬内表面涂辐射率大的涂料，低温段采用喷流加热或设传热转换体。(7)热工控制合理分段，各段由微机控制以保证坯料加热质量、节能和操作的灵活性。(8)采用汽化冷却代替水冷却。连铸坯热装轧制(HCR)时加热炉上需要考虑：(1)有可能加热冷坯。步进炉可以根据生产需要控制坯料在炉内的间距、可以出空炉底上的坯料，为了使热坯和冷坯在炉内以不同速度运行，把步进炉底或步进梁沿炉长分成2～3段：既可分别动作，又可同时动作。周期时间在30s和45s间切换。(2)加热炉的装料节奏和轧制节奏不匹配时要求加热炉仍能正常操作，为此炉子上要有一段炉长作缓冲用(例如某炉有7m长的缓冲区，放7块板坯)同时配置行程长、平移速度快的装料机(例如行程3420mm，速度750mm/s)，托出机要求的速度更高。(3)热坯表面较软，运送中不能出现缺陷。(4)供热能力的调节范围扩大，但要求火焰长度变化不大。例如燃料流量降到额定流量的10%时仍可稳定燃烧。(5)采用低惰性的陶瓷纤维制品作炉衬，以期加快升温降温速度并能及时调整各段温度。武钢从1985年正式实现HDR工艺以来热送量、热装率、热装温度逐年提高，宝钢1995年已取得平均热装温度550℃的好成绩。直接热装轧制(DHCR)时连铸坯生产的序列和装入加热炉的序列相同，经济效益更好，炉子燃料用量和烟气量只有冷坯的三分之一左右。此外，产品组成将由原先的少品种大批量转向多品种小批量生产。直接轧制(CC2HDR)是指连铸坯在中心温度～1150℃的条件下不经过加热炉，在输送过程中通过边部加热保证坯料有足够高的温度进行直接轧制。新日铁土界厂的直接轧制称“近距离CC2HDR”、连铸机端部到立式除鳞机VBS的距离是130m，用辊道输送热坯；新日铁八幡厂1987年投产的则称“远距离CC2HDR”，距离是580m，采用高速保温车输送热坯(长15.7m×宽6.5m×高3.8m，重128t，最大速度275m/min)。日本钢管福山厂的铸坯加热设备的主要规格:长32m，生产能力250t/h，坯料规格220mm×700～1650mm×5900～14500mm，燃料是焦炉煤气，配136个烧嘴，每个能力233kW。输送速度0.4～60m/min(一般2.6m/min)。这类加热设备实际上就是辊底式炉。2、薄板坯连铸与连轧之间的加热设备连铸与连轧之间采用的加热设备，除了将连铸坯升温和均温到轧制温度外，另一作用是待轧时或事故时储存3～4块连铸坯，确保连铸机连续运行。为了适应两台连铸机两流板坯向同一轧机输送的要求，粗轧机前与两流连铸机对应的两座辊底炉之间要设置过渡段，目前有水平横移式和旋转摆动式。过渡段的结构与常规炉子不同:既需要在电动机驱动下运动，运动完毕后要求定位准确，还需要锁定。运动前后要保持密封，各种能源介质管道和排烟管的连接不能受影响。粗轧和精轧之间CSP线设辊底炉或保温罩，ISP线设置有5个带卷位置的卷取和储存用炉。