浅谈冶金行业中的步进式加热炉

422 编辑：中冶有色技术网来源：贾旭

2024-03-05 14:22:46

摘要：近年来，我国加热炉节能工作已经取得了很大的进步，许多加热炉从原来的等外炉和三等炉，跨入了一等炉和特等炉的行列。但许多加热炉的装备水平还很差。因此，加热炉节能依然是冶金企业热工专业人员的主要课题之一。

关键词：加热炉控制改进

加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉。

在加热炉中，置在炉底上的料坯随炉底转动由进料口移送到出料口。冶金厂轧钢车间多靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。近些年步进式加热炉得到了越来越多的使用。

步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。同推钢式炉相比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外,料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热,完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

一、步进式加热炉的炉型特点

步进梁式加热炉依靠专用的步进机构使钢坯在炉内移动的机械炉子。其基本特征是钢坯在炉底上的移动靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，把放置在固定梁上钢坯一步一步的由进料端送到出料端。步进炉向钢坯上下两面供热，是一种连续作业的加热采用空、煤气双预热的燃烧系统。

步进式加热炉炉底机械设备包括斜轨座、提升框架、水平框架、滚轮装配、水平定心装置、侧档轮、液压缸、固定水梁及其立柱、步进水梁及立柱等主要部件，上述部件均为工厂制作，现场组对安装。

二、步进式加热炉的工艺流程

原料跨的连铸坯由吊车吊到上料台架，测长合格后输送到辊道上等待人炉。当允许装入信号到达后，装料炉门打开，升降挡板下降，炉内、炉外装料辊道同时转动，将钢坯停放在指定位置。当钢坯尾部通过炉外检测器后，装料炉门关闭。然后装料定位推钢机的4个推头同时动作，在辊道上将钢坯推正后推返回起始位置，完成钢坯装炉。人炉后的钢坯通过活动梁和固定梁的相对运动，由入炉端运送到出炉端。钢坯经过预热段、加热段和均热段完成加热过程，最终被输送到出料端。当钢坯被出料端炉内激光检测器检得时，步进梁马上减速、停止前进并下降把钢坯放到固定梁上。

钢坯运行至炉内最后一个料位时，其温度也正好被加热到轧机要求的出钢温度,此时，加热炉也收到轧线计算机的要钢信号，出料炉门打开，出料辊道和炉外接钢辊道一起同步转动将钢坯运送到出料辊道上，由辊道快速正转送往轧机进行轧制。当钢坯尾部通过炉外检测元件时，钢坯出炉的同时出料炉门关闭。

三、步进式加热炉的温度分布

按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段,进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段，依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以至五段式、六段式等。50～60年代，由于轧机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长，所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的生产率。

四、步进式加热炉的余热回收

加热炉对钢锭进行加热时的温度高，烟气带走了大量的高温热量，造成白白浪费，热利用率较低，如果使用蜂窝陶瓷蓄热体可以达到余热回收的目的，但一次性投入大，切换机构多，维修成本高,另外在切换过程中也带走了相当多被烧嘴吹出但未燃烧的燃气，造成能源严重流失。而使用换热器则可弥补蜂窝陶瓷这方面的不足，且投资少、无切换机构、免维修。

如果使用金属换热器，由于材质的限制，抗氧化能力差，不能在高温下长期使用，余热回收率低。如烟道温度达到800度以上，金属换热器非常容易被高温损坏，无法达到余热回收的目的。

如普通情况下窑温高于800度，而烟道温度低于800度，这种情况看起来适合用金属换热器，但如果出现停电、燃气量偏大、助燃风量不足等情况，都会使烟道温度快速高于800度，使金属换热器很快被烧坏。而使用陶瓷换热器，可攻克这一难关，陶瓷换热器具有以下特点：

1、耐高温，耐腐蚀，所以可以把陶瓷换热器放在离烟道出口最近、温度最高的地方，那么它的余热利用率高，换热效果好，节能率高。但金属换热器放在陶瓷换热器的部位就很快被烧坏了。

2、陶瓷换热器使用方法直接、简单、快捷、一次性投资少、投资成本低、换热温度稳定、效率高、寿命长、不堵塞、不漏气、更换方便，不存在煤气在切换时浪费跑掉。

3、使用寿命上，同等情况下陶瓷换热器是金属换热器几倍或几十倍。

五、步进式加热炉的节能

尽管步进式加热炉具有很多的优点，但是它的节能空间还是非常大的。对生产过程中步进式加热炉的节能措施进行分析和探讨。

1、步进式加热妒的热平衡参数

炉子加热性能的重要参数之一就是热平衡参数，它是反应炉子性能的重要指标之一，也是操作和设计的重点，更是生产过程中进行技能改造的主要依据。

步进式加热炉热平衡是由热量的各收入项和支出项组成，从热力学第二定律可知，步进式加热炉热平衡热量收入项的总和与热量支出项的总和，在数值上必须相等。这可以由热工测定和计算来精确求得。步进式加热炉热平衡的常用计算方法：对连续式炉，其热平衡中的各项是用单位时间的热量收入和支出的千焦数来确定。

在生产实践中，炉子的热量收入与热量支出都可以通过工程热力学与传热学进行测定，并对热量收入与热量支出的各项具体数值进行分析和细致地审核，并根据数值的大小来确定这些数值是否在合理的范围内，据此可以找出节能的方向与途径。

2、合理控制空气燃料配比

通过对空气燃料配比的合理化控制，能够显著的提高燃料的利用率。以中型加热炉为例，它所使用的燃料是高焦炉混合煤气，加热炉所产生的热值在7556kJ/m 一8379kJ/m 之间波动（造成这种现象的主要原因是煤气因配送企业的生产波动）。我们从燃烧理论出发，合理控制空气燃料配比，在最大程度上降低烟气带走的能量，可以很好地达到节约燃料消耗、降低企业生产成本的效果。

3、应用新工艺与新材料

应用钢坯热送热装工艺。钢坯的热送热装工艺兴起于近几年，该工艺就是高温连铸坯经热送辊道直接推进到（步进式）加热炉中，因为钢坯没有经过冷却的环节并且直接就被送到加热炉中，所以钢坯本身所具有的热量在最大程度减少了消耗，因此再次对它进行加热的时候会比较迅速。通常情况下，采用钢坯热送热装工艺之后，钢坯在进入加热炉之前的温度通常会在700℃以上，所以，在生產实践中的节能效果非常显著。

应用多晶莫来石纤维在生产实践中，步进式加热炉通常会出现这样的问题，即由于长时间使用而出现的炉壁裂缝会将炉子的热量传递到炉墙的钢结构上面，因而导致钢结构受热变形，严重影响加热炉的使用。为了能够有效地解决这种问题，我们可以通过应用多晶莫来石纤维的措施来达到防止热量流失的目的。多晶莫来石纤维具有非常优良的耐高温性能，实践也证明此法的节能效果非常显著。

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