首钢迁钢2160mm热轧加热炉工程设计

1、首钢迁钢2160mm热轧加热炉工程设计设计通讯 2oo7no.1 首钢迁钢 2160mm 热轧加热炉工程设计苗为人陈迪安李春生刘文田摘要热轧车间炉区平面布置的合理与否直接影响生产操作以及工艺的连续性,而加热炉炉型的选择直接关系到板坯加热质量的好坏. 该文重点介绍具有首钢迁钢特色的板坯加热炉平面布置和炉型设计 , 以及其如何很好适应热装热送的装料制度. 关键词热装热送炉型余热回收燃料消耗间拔控制hcr- cr hcr( 间接热装一冷装一间接热装) 不0 引言同装钢模式的转换 , 又有双相钢 , 高强合金钢 , 及碳钢等不同钢种加热的转换 . 因此, 每座加热炉具有加热首钢迁钢 2160ml-n

2、热轧项目主要生产普碳钢 , 冷装坯料和不同人炉温度的热坯的工艺特点 . 优质碳素钢 , 低合金钢 ,api 一 5l 管线钢等品种带钢卷. 为适应炼钢一连铸一连轧短流程工艺要求, 炉区 1 平面前置设置 3 台炉长相对较短的加热炉, 灵活适用热装热 , 送, 缩短钢坯在炉时间 , 降低氧化烧损 . 在加热炉平面布置设计中 , 首钢设计院在总结经首钢迁钢 2160rr 蚰热轧工程于 2006 年年底建验的基础上 , 借鉴其它生产厂家的经验教训 , 使 2160 成投产 , 设计产量为 400 万 t/a. 加热炉以混合煤气rr 蚰热轧加热炉炉区布局合理, 物涮顷畅 , 操作维修方为燃料 , 低发

3、热值为 2300 x4.18/m., 共设置 6 个炉便 , 使炉区从上到下都有一个宽敞, 通风, 人性化的生温自动控制段 , 分别为第一加热段上 , 第二加热段上 , 产操作环境 . 首钢迁钢2160rr 蚰热轧车间布置采用均热段上 , 第一加热段下 , 第二加热段下 , 均热段下 . 了代表现代钢铁生产工艺流程的炼钢一连铸一热轧国内外同类宽度板带加热炉为保证板坯长度方向的工序三位一体的紧凑式布置.2 台连铸机板坯输出辊温度均匀性均设置纵向烧嘴供热,2160mrn 热轧加热道和热轧轧制线及加热炉装炉辊道直接相连接 , 为实炉是国内继上钢一厂1780mm 热轧加热炉后全部侧现高水平的热装生产(

4、hcr)和直接热装生产 (dh. 烧的大型加热炉 . 为满足集中批量轧制和混合轧制cr),进而实现直接轧制 (hdr)创造了良好的前提条既有件 , 具体布置见图 1. 生产的需要 , 加热炉需要经常转换生产模式, dhcr- cr hcr( 直接热装冷装直接热装), 16 图 1 加热炉平面布置简图2007no.1 设计通讯1.1 适应热装 , 生产灵活设置 3 台步进式加热炉 , 适应热送热装 , 生产灵活, 可以最大限度的提高热装率, 容易调节在最佳状态下运行 , 降低燃料消耗 , 可确保轧机的机时产量. 设置专门用于直接热装的加热炉. 可以避免冷, 热钢坯混合装炉 , 便于 ccr,hc

5、r,dhcr分别装炉 , 可将订货合同集约化以便组织大批量的热装生产 . 采用长行程装钢机装料 . 可以调节加热炉产量和出钢节奏 , 使加热炉起到了匹配连铸一热轧节奏和缓冲生产的作用 , 生产组织灵活 . 烧嘴的调节比大 . 由于热装 , 加热炉的热负荷波动较大 , 所以配备了调节比较大的烧嘴. 烟气余热的高回收率 . 特别是对于直接热装的加热炉 , 炉尾排烟一般为 850 一 l000?, 因此应充分考虑烟气余热的回收利用. 自动化控制水平高 . 不但加热炉热工控制水平高, 而且加热炉的过程控制水平也高, 以保证炼钢一连铸一热轧生产一体化管理的实现. 1.2 长行程装钢机加热炉的装料方式是采

6、用长行程装钢机装料, 其主要功能为 : (1) 装钢臂行程可满足不同板坯的46 个空位的要求 , 确保板坯直接热装操作 , 使加热炉具有一定的生产缓冲能力 , 起到匹配连铸轧机生产能力的作用 . (2) 板坯在加热炉内得到缓冲的同时, 板坯温度不会降低 , 可以避免加热炉供热制度的波动. (3) 在直接热装时 , 可以避免高温板坯在装料时被划伤 , 提高产品质量 . (4) 在装钢时可以起到板坯纠偏的作用, 当板坯停止位置相对于人炉辊道有偏斜时, 启动纠偏机构纠偏 , 之后, 装钢臂升起 , 托起板坯 , 将其送人炉内近位及远位1.3 排烟系统加热炉采用下排烟 , 即炉内燃烧生成物自炉尾侧下部

7、的分烟道进入空气预热器, 煤气预热器和烟道闸板后 , 在汇总经过总烟道引至车间外烟囱排出 , 烟囱出口直径为 5.2m, 高度为 90m,采用两台加热炉共用一座烟囱的排烟方式, 这套排烟系统具有以下优点 : (1) 炉顶设备少 , 空, 煤气换热器等大型设备没有占炉顶吊装检修空间. (2) 加热炉区厂房跟轧线厂房高度一致, 投资费用低 . (3) 操作检修空间大 . (4) 不用设置专门的炉顶设备的天车. (5) 车间采光通风好 . (6) 炉子外观美观 . (7) 采用两台炉子共用一座烟囱减少厂区烟囱数量 , 降低建烟囱的投资 . 1.4 排渣系统加热炉炉内掉进水封槽的氧化铁皮经过炉底刮渣爪

8、 , 刮到加热炉的装料端 . 目前国内大型步进梁式加热炉水封槽出渣方式主要有以下三种: (1) 鞍钢 l780mm加热炉装料端地下室设置集渣漏斗 , 通过水封槽刮出的渣 , 直接刮到渣斗 , 生产操作每班次清渣一次, 正常生产清渣量大 . (2) 梅钢 l422mm加热炉在炉尾沿炉宽方向设置一个渣槽 , 从水封槽刮出来的渣全部落到这个渣槽里面 , 然后采用集中水冲渣冲到加热炉出料侧冲渣沟内 . (3) 宝钢 l580mm加热炉在水封槽下面设置皮带运输机 , 通过运输机运到炉子端头的渣斗里面. 在实际生产过程中 , 采用刮渣机在分段处刮渣的, 故障比较多 , 结构复杂 . 武钢 2250mm 水

9、封槽出渣方式尽管简单 , 但受上料侧渣沟标高限制 . 以上三种排渣方式存在排渣系统复杂, 排渣劳动强度大等缺点 ,2160mm热轧加热炉排渣系统设计采用在加热炉装料端渣沟侧壁上直接开洞, 水封槽里面集的渣直接通过刮渣爪刮到装料冲渣沟 , 然后通过冲渣水直接冲到漩流井, 正常生产零清渣量 , 降低劳动强度 . 1.5 余热回收系统2160mm 热轧加热炉采用空 , 煤气双预热 , 通过加热炉炉尾排出热烟气, 将助燃空气预热到550 , 混合煤气预热到 300, 最大限度回收烟气余热, 提高加热炉燃料利用率 . 对于热空气和热煤气管道 , 根据管径的不同 , 分别采用内衬或外包扎的新型绝热结构 ,

10、 以减少热气体在输送过程中的散热损失 , 改善操作环境 . 】7 设计通讯 2007no.1 加热炉水梁立柱采用汽化冷却, 炉底水梁及立柱采用汽化冷却具有以下优点: (1) 延长冷却构件寿命 , 减少加热炉事故 ; (2) 节约冷却水量 , 降低加热炉能耗 ; (3) 有效回收余热 , 产生的蒸汽可供使用 ; (4) 事故水塔容量小 ; (5) 减少环境污染且占地少等优点. 2 炉体设计2.1 炉型选择加热炉是用于轧前加热的全烧混合煤气的, 带有汽化冷却装置 , 具有大调节比 , 低 no烧嘴, 高效预热装置的步进梁式板坯连续加热炉. 加热炉为端部装 , 出料, 均热段上采用全平焰炉顶, 其余

11、供热段采用两侧调焰烧嘴的炉形结构, 具体结构见图 2. f 2650图加热炉供热分第一加热段, 第二加热段和均热段, 每段分上部和下部供热 , 共六个炉温自动控制段. 此外, 在装料端还有一个不供热的预热段, 在预热段和第一加热段之间设有炉顶压下和底部隔墙, 对炉内烟气进行扼流 , 以改善预热段的传热. 第一加热段 , 第二加热段和均热段之间设底部和顶部隔墙 , 以便于分段调节炉温及炉压, 并保证板坯上下加热的均匀性及炉宽方向炉温的均匀性. 加热炉采用下排烟 . 2.2 加热炉的供热混合煤气平火焰烧嘴使用在均热段炉顶. 采用煤气平火焰烧嘴可使炉内的温度场, 热流场 , 压力场分布均匀 , 炉气

12、和炉顶的辐射能力强 , 钢坯加热质量好 , 减少氧化烧损 , 而且可降低炉膛空间 , 18 减少炉体投资 , 减少炉体热损失 . 在均热段采用平焰燃烧技术 , 可有效调整板坯在长度方向的温度均匀性 , 减少头尾温差对轧制质量的影响. 混合煤气侧向调焰烧嘴 , 带中心风 , 低 nox 型使用在下均热段 , 上, 下加热段侧向供热 . 带中心风 , 低 nox型调焰烧嘴按分段燃烧法原理进行设计 , 是为了延长燃烧过程 , 降低火焰温度的高峰, 以便减少 nox的生成量 . 其中心风约占 3 %,5%,一次风约占 20%,30%, 二次风约占80%,70%, 通过调节调焰烧嘴火焰调节阀改变一次风与

13、二次风比例来调节火焰长度. 由于中心风技术的应用 , 烧嘴在低负荷工作时 , 即可以保证火焰长度和刚度 , 也可以得到最低的nox生产量 . 此次步进加热炉设计的侧部供热采用上面介绍的带中心风的低氧化氮调焰烧嘴. 这在炉宽加大的情况下有利于板坯在加热过程中沿炉宽方向上的2007no.1 设计逅讯温度均匀性 . 2.3 水梁立柱 , 垫块及水封槽2.3.1 水梁, 立柱水梁和立柱是炉内主要承重构件, 由 20g 厚壁无缝钢管制成 . 水梁由两根圆形无缝钢管组成: 立柱为无缝钢管制成的双层套管. 水梁与立柱通过三通接头连接在一起, 并使立柱在加热炉工作状况下保持与水梁的垂直. 加热炉设有 4 根活

14、动梁和 4 根固定梁 ( 均热段 5 根), 支承梁的配置和断面的选择既是根据布料要求 , 避免热钢坯在双支点之间的垂度或单支点支撑时悬臂外伸的垂度不超过规定, 并使钢坯两端不会撞在纵梁上而配置的. 纵向支承梁用厚壁无缝钢管制作 , 由于采用大间距立柱 , 纵向支承梁采用双水管结构 , 用双层绝热包扎 . 水梁和立柱是用无缝钢管制作的双层套管, 水梁和立柱均采用汽化冷却. 水梁和立柱采用刚性焊接结构连结, 立柱在安装时要考虑到纵向梁受热时的膨胀量, 以使其在加热炉工作状态下保持与纵向梁的垂直受力. 根据近年来的国外经验 , 在立柱根部做成可调的结构, 便于安装时调节纵梁的水平标高. 为了减轻板

15、坯下部与支承梁接触处的”黑印”, 固定 , 活动梁在第二加热段和均热段交界处采用错开布置 , 前后不在一条直线上 , 具体结构见图 3 永粱垫块图 3 步进梁交错处水梁以及垫块布置图2.3.2 垫块垫块材质和结构根据不同加热区域而不同, 高度不一 , 材质不一 . 在均热段和第一加热段 , 为有效消除黑印 , 垫块高度较高 (100mm),垫块承受温度高 , 使用耐热性较好 , 材质为 co50垫块; 在第二加热段垫块承受温度相应较低, 采用材质为co20高度为 75mm 垫块; 在预热段 , 垫块高度为75mm, 采用材质为 zgc5ni20垫块. 为减少黑印温差 , 提高板坯加热质量 ,

16、垫块在水梁顶部两侧交错布置 , 详细结构见图 2. 2.3.3 水封槽及刮渣机构步进梁的立柱穿过炉底并固定在平移框架上. 为了使活动立柱与炉底开孔处密封, 在每列活动梁下部设有 1 条水封槽 , 并固定在平移框架上 . 少量炉内板坯加热生成的氧化铁皮经炉底开口部进入水封槽 , 随步进梁的运动被固定在炉底钢结构上的刮板送至装料端的冲渣沟. 2.4 加热炉主要技术性能指标加热炉主要性能指标见表1. 表 1 加热炉主要性能指标19 设计通讯 2oo7n.1 3 问拔控制技术加热炉设计下部供热采用侧向烧嘴供热, 为了解决加热炉在低负荷生产时保证炉宽方向的温度均匀性 , 我们采用侧烧嘴间拔控制技术, 并

17、在首钢迁钢热轧项目 250t/h 步进梁式加热炉得到了成功应用 , 并取得了良好的使用效果. 间拔燃烧控制采用的是一种间断切断侧部烧嘴燃烧方式 , 使用流量控制技术 , 根据加热炉二级控制模型最佳化控制模式, 来设定加热炉各供热段的温度 , 加热炉一级基础自动化仪表系统根据二级温度设定值调节各段空, 煤气流量 . 当加热炉低产时 , 各控制段需要的空 , 煤气流量相应降低, 为了保证烧嘴火焰外形不变, 因此各控制段需要切断部分烧嘴 , 各控制段侧部烧嘴需要间拔数量为: n 各控制段每侧要切断烧嘴数量n, 各控制段每侧烧嘴数量20 v置各控制段流量v烧嘴侧烧嘴最大燃烧能力体积流量通过以上计算公式

18、可知 , 烧嘴一旦工作 , 就处于高负荷状态 (50%,100%),保证烧嘴燃烧时火焰长度最长 , 最稳定 , 保证出炉板坯炉宽方向的温度均匀性 . 当需要增加产量时 , 需要的燃料消耗量增大 , 因此侧部需要间拔的烧嘴数量相应减少; 当需要减小产量时 , 需要的燃料消耗量减少 , 因此侧部需要间拔的烧嘴数量相应增加. 控制图见图 4 图 4 工业炉间拔燃烧温度控制示意图管2007no.1 设计通讯间拔燃烧控制的主要优点为: (1) 传热效率高 , 大大降低能耗 ; (2) 可提高炉宽方向温度场的均匀性; (3) 通过在线调整实现炉内燃烧气氛的精确控制; (4) 可提高烧嘴的负荷调节比; (5

19、) 系统简单可靠 , 造价低 ; (6) 减少 nox的生成 ; (7) 通过问拔加热段烧嘴数量, 控制不供热的热回收段的长度 , 尤其适应不锈钢加热工艺的需要, 并有效回收烟气余热 . 4 低 nox烧嘴技术低 nox调焰燃烧嘴 , 包括由中心空气喷嘴 , 一次空气喷嘴和燃料喷嘴组合而成的主喷嘴和二次空气喷管 , 其特征在于 : 二次空气喷管与主喷管分离, 平行于主喷管布置 , 实现二次助燃空气的供给, 完成燃料的二级燃烧 . 另外, 烧嘴砖在烧嘴安装时与炉墙一起浇注而成, 简单耐用 . 该 nox调焰烧嘴具有如下主要特点: (1) 低氮氧化物 . 由于 sdf型低 nox烧嘴属于二级燃烧 , 不会产生局部高温 , 二次风高速喷人炉内时发生卷吸作用 , 一部分炉内烟气被卷吸到煤气燃烧区域 , 这样有效降低了燃烧产物中no 的含量 , 使其