步进梁加热炉耐热垫块的改进

高争一

(马钢股份有限公司第四钢轧总厂 安徽马鞍山243000)

1 前言

马钢四钢轧热轧2250加热炉自2007年9月份投产使用以后运行状态一直比较稳定，但是从2015年炉内水梁垫块开始出现脱落状况。随着设备状态的老化，炉内水梁垫块脱落的情况日益恶化，甚至造成加热炉被迫停产维修。通过对其他钢厂加热炉水梁垫块使用情况的了解和调研，并与加热炉相关设计公司进行探讨后，对水梁垫块的结构以及焊接工艺进行了改进，最终解决了加热炉炉内水梁垫块的脱落问题。

2 加热炉概况

2.1 加热炉炉体概况

马钢四钢轧2250加热炉是带上下供热的步进式加热炉，炉体尺寸为56.4m×13.84m；加热能力为冷装标准板坯370t/h；板坯坯料为厚度230mm，宽度为900mm-2130mm，长度为9m-12m，最大坯料单重为45t；钢坯加热温度为1150-1300℃。炉内活动梁由4根组成，固定梁在出料段有6根，在装料段有5根。支承梁由厚壁无缝钢管制作，纵向支承梁采用双水管结构。支承梁立柱是双层套管结构，均用20#钢材质的厚壁无缝钢管制作。

2.2 加热炉水梁垫块

按炉子原设计，为了减少和消除水管处“黑印”，在炉内支承梁上设置耐热垫块将水冷管低温面与加热的板坯相隔开。根据不同炉段的温度要求采取不同高度和材质的耐热合金垫块。位于预热段的垫块为矩形结构，材质为Cr25Ni20，直接焊接在炉底管上(如图1)；加热段垫块材质为Co-20；第二加热段和均热段采用超高垫块，高度100 mm，其材质为Co-50。三种垫块在炉底水梁长度上所占的比例为：Cr25Ni20材质垫块为10%；Co-20材质为30%；其余60%均为Co-50耐热合金垫块；为降低炉底梁对板坯黑印的影响，加热段垫块采用交错布置的卡块结构(如图2)。

图1 预热段垫块安装形式

图2 高温段垫块安装形式

3 垫块的脱落对生产的影响

3.1 垫块脱落对板坯跑偏的影响

加热炉水梁的垫块如果出现脱落的情况，需要进行及时的修补，保证炉内水梁的垫块在同一水平面上。但是由于生产线的产量问题以及检修计划的安排不能及时修补，则板坯在加热过程中可能在垫块脱落的不平整区域发生变形，尤其是板坯的头尾部可能出现下弯塌头，塌头的板坯在步进前行时可能会将边部水梁的垫块刮落，造成大面积垫块的脱落，板坯在凹凸不平的水梁上前行时头部和尾部逐渐不平行，最终造成跑偏现象。当跑偏的板坯到达炉头时，出钢机6根出料杆只能有其中几根能接触板坯并抬升出钢，可能在出钢的过程中板坯滑落；或者在板坯放在出料辊道出现大角度的歪斜，辊道无法正常将板坯输送，需要操作工耗费一定的时间将板坯纠正，严重影响了出钢速度以及生产节奏。

3.2 垫块脱落对其他设备的影响

加热炉炉内水梁分为定梁和动梁，动梁纵梁下部穿过炉底裙罩和水封槽与炉底平移框架钢结构相固定。水封槽安装于平移框架上，随平移框架一起运动，刮渣板固定在炉子下部钢结构上，靠水封槽内的水将炉底和炉膛隔开，起到密封炉气的作用。当动梁水梁垫块脱落掉入炉底时，可能有部分垫块落入水封槽槽内。水封槽和刮渣板的间隙小于垫块的高度，导致卡在水封槽与刮渣板中间的垫块或者将水封槽顶裂漏水，或者将与刮渣板联接的裙罩顶变形破裂。水封槽漏水或者裙罩损坏都无法密封炉气，导致炉内吸入冷风，无法保证板坯的加热质量。

3.3 垫块脱落造成的停炉时间

2015年加热炉开始出现垫块脱落的现象，并且随着时间的推移脱落的情况日益恶化，并且造成的炉子停产甚至停炉进行维修，其中影响生产时间见表1。

表1 2015年-2017年停机时间表

4 垫块脱落的原因分析

4.1 垫块的安装方式

通过长时间的观察发现，预热段焊接在水梁上的垫块基本上没有发生脱落的现象，而加热段骑卡式固定方式垫块出现脱落情况，尤其是高温段的垫块情况尤其严重。原设计采用四点压块骑卡式，滑块底部紧贴水梁，左右各用两块压块(如图3)将滑块边部压紧，然后将压块焊接在水梁上，达到固定滑块的目的。这样的固定方式造成压块与水梁的焊接面积很小，容易松动脱落，垫块无压块固定则脱落。所以垫块的安装方式导致其使用寿命周期缩短的最主要原因。

图3 垫块压块脱落部位图

4.2 耐材的影响因素

垫块的压块在焊接完毕后的工序是对水梁耐材的施工，水梁耐材敷设高度需在垫块顶面下部2cm左右，将压块应完全包裹在其中。通过对脱落垫块与没有脱落垫块的对比，发现被耐材覆盖良好的垫块仍然留在水梁上，而没有耐材的垫块已大部分脱落。脱落垫块的压块焊缝已经裂开，甚至已经出现烧损烧熔的现象。由于压块的材质为0Cr25Ni20，其不能连续在高于1100℃环境中使用。失去耐材的压块及其焊缝暴露在1250-1300℃的环境中，对其状态稳定和使用使用寿命有极大的影响。

5 垫块的改进措施

5.1 垫块安装方式的改进

在水梁垫块脱落的原因分析中，可知压块式的安装方式不能满足炉况的需求。经过分析和考虑，决定在加热段和均热段都采用与预热段同样的固定方式，将垫块满焊在水梁上部(见图4)。但是将垫块直接焊在水梁上存在以下问题：首先由于材质的不同，在焊接时的产生的应力不易消除；其次在高温段的焊缝容易开裂，可能引起水梁开裂。对于以上问题采取以下措施解决：

图4 改进后的垫块安装方式

(1)合理选择垫块的材质。常用的垫块材质主要有Co合金系列，如Co50，Co20等；有高镍铬合金系列，如Cr25Ni20，Cr28Ni48等；优质碳钢系列，如20#，45#钢等。由于炉型，板坯规格，钢种及加热要求不同，另外结合耐磨性，高温力学性能和抗氧化能力，同时还要考虑经济性，在不同炉温段选择不同的材质。低温段采取与原来的材质不变，高温段采用Co40。

(2)确定垫块的外形与尺寸。考虑钢坯原料最大长度，宽度及重量，以及垫块上下温差产生的内应力来计算垫块的单位面积承压能力，最终确定采用“蘑菇头”形状的圆柱体，顶面直径为110mm，不同温度段区间在高度分别在60mm-100mm之间。

(3)严格按照焊接工艺规程实施工。根据垫块与水梁的材质，垫块与水梁的底部接触角度和焊接坡口等，制定焊接工艺。在焊接施工中，严格遵守焊接工艺规程。

(4)焊接验收。垫块焊接完成后，对安装尺寸以及焊接质量进行验收。对焊缝进行射线探伤，确保焊缝无质量缺陷。

5.2 垫块的耐材包扎

在水梁垫块安装完毕后，必须对水梁以及垫块外敷耐材隔绝高温。水梁采用双层包扎方式，里面一层包耐火纤维，外层浇注50mm的自流浇注料。耐材焊缝完全覆盖，高度直至垫块最高面下部20mm左右，并且要有一定的坡度，保证氧化铁皮滑落，不堆积在垫块的顶部及周边。根据耐材的不同，一定要保证其养护时间，并且考虑烘炉曲线使耐材烘干质量，保证其使用寿命。

6 结束语

加热炉的水梁垫块改造以后，基本上解决了滑块脱落的问题，从此没有发生应为垫块脱落问题而被迫停炉从而影响生产的情况。依据统计，2018全年没有因为垫块造成停产时间和停机时间。由此不仅保证了设备的稳定运行，提高了生产线的产量以及板坯的加热质量，还减少了停炉检修次数以及延长了大中修的间隔时间，不仅创造了经济效益，还为公司的降本增效也做出了贡献。