板坯加热保温坑的设计与应用

李晓凤，杨 晨，章晨伟

（中国联合工程有限公司，浙江 杭州310052）

随着钢铁厂产品高端发展的定位， 为了适应市场需求，提高产品质量，解决板坯在轧制工艺待料期间冷却速度过快， 从而导致晶向成分改变或温度应力开裂等严重影响坯料质量的问题， 某钢在已投产的宽厚板生产线1#板坯库新增一座带加热功能的保温坑，主要用于满足一次处理一组六炉组坯（共计900～1000 t）的钢坯加热和保温要求，最高坑温700℃，燃料用其自产的混合煤气。

1 设计条件

特厚板热处理需加热保温的钢坯品种有： 锅炉和压力容器用钢板、碳素结构钢、低合金高强度结构钢、模具钢等。

板坯厚度：220 mm、260 mm、320 mm（少量可能150 mm）

板坯宽度：1800～2800 mm

板坯长度：2500～8000 mm（大多为2500～4500 mm）

板坯质量：30 t（最大值）

标准板坯规格：220 mm×2400 mm×3600 mm（考核用，单件重量14.9 t）

2 工艺布料

由于钢坯的尺寸范围较广， 工艺布料需参考板坯的尺寸规格、行车高低行程以及吊装夹具（见图1）的结构尺寸，还需考虑工人的操作习惯等多方面因素。

图1 板坯吊装夹具

2.1 吊具极限操作范围的考虑

吊爪夹具的极限宽度为4000 mm，钳口张开极限为3200 mm（可夹取最宽为2800 mm 的厚钢板），考虑装夹过程中有约300 mm 的左右晃动， 因此确定料宽方向的间隙为1000 mm。 吊爪厚度方向的极限尺寸为3800 mm， 因此在吊装2500 mm 长的板坯时， 板坯端头距坑沿的极限位置=（3800-2500）/2+300（晃动距离）+200（起吊不对称距离）+400（裕量）=1550 mm， 取1500 mm； 同样地， 对于3500 mm 长的板坯而言，其端头距坑沿1000 mm。吊爪下沿距吊钩中心为2600 mm，考虑到该区域的行车设计极限为吊钩中心至地平面， 因此极限抓取钢板的标高为-2600 mm。

2.2 坯料布料空间的考虑

炉坑中两坯料之间间距需兼顾左、 右两盖的位置，且在吊装时吊具不碰撞，因此中间尺寸至少为1000×2=2000 mm， 坯料之间的间距以及坯料至炉坑左右内壁的距离至少为1000 mm，对于长度3000 mm 以上的钢板，其端头距炉坑上、下坑沿的距离为1000 mm，对于长度3000 mm 及以下的钢板，其端头距炉坑上、下坑沿的距离应保证达到1500 mm。

2.3 坯料垫块的设计

料垛底部距坑底300 mm， 料垛顶部距坑顶约300 mm，为了形成气流循环通道，保证板坯受热均匀，同时兼顾炉底均匀承载，垫块采用260 mm×260 mm 的方坯废料及厚度不超过80 mm，长×宽建议为4500 mm×3200 mm 的废钢坯， 考虑堆料便捷性和安全性，料垛高度不宜超过3 m。

2.4 炉体防撞支撑板的设计

炉坑宽度方向考虑到夹具夹头中心距为2000 mm，为了防止夹具撞击炉坑，其对应装料位置的支撑板间隙≤1000 mm。 炉坑长度方向考虑到最小料坯宽度为2500 mm，为了防止料坯撞击炉坑，其对应装料位置的支撑板间隙≤2500 mm。

3 简要工艺流程

热板坯流程： 热板坯主要从第一炼钢厂连铸跨由平板台车运输至宽厚板厂1#板坯库，再利用1 跨行车将坯料吊运到保温坑内， 对坯料按照既定工艺进行保温处理。

装料作业：打开保温坑坑盖，行车工根据布料图把板坯吊到坑内，并按指定位置摆放，装料结束后，关闭保温坑坑盖。加热工对板坯进行加热保温。当按照工艺加热保温完成后，打开保温坑坑盖，再由行车工把板坯吊送至指定货位堆放， 缓冷后的坯料可以利用1 跨的坯料库货位对坯料进行表面检查， 利用吊运和过跨车将有问题的铸坯转运到2 跨的坯料清理场地，进行表面清理。

冷坯流程：2～4 跨的冷坯料预热可利用过跨车将冷坯料转运到1 跨， 再利用1 跨行车将坯料吊运到保温坑内，对坯料进行预热处理，预热完的热坯料由行车吊运到上料辊道上。

4 设备主要工艺性能参数表

设备主要工艺性能参数见表1。

表1 工艺参数表

5 新结构新装置技术特点

本加热保温坑设备（见图2）由保温坑本体、左右对称坑盖、密封装置、揭盖机及驱动机构、坑周操作通道、车间煤气供应阀站、燃烧系统、炉前管路系统、余热回收及排烟系统、基础自动化控制系统等10 部分组成。 现对其中采用的新结构新装置进行介绍。

5.1 保温坑本体

根据设备所在区域的地勘资料， 地下水位高度为-0.5～-1.4 m，而坑底深度为-2.5 m，因此地下水位标高远高于坑底， 尽管在土建设计和施工中充分考虑防水层的结构， 确保基础无渗水， 然而长期使用后，由于坑底基础需要长期承受局部重载和冲击，难免会使坑底基础局部出现不均匀沉降和裂纹， 破坏防水层，造成基础渗水。 为了保护坑底耐火层，坑底基础预埋钢板，其上焊接网格状型钢结构，并最终平铺一层8 mm 钢板作为底部钢结构垫层，架空坑底，使基础可能渗出的水直接汇集到集水坑， 通过一个专用抽水泵不定期地将积水排出。

图2 钢板加热保温坑结构示意图

5.2 可拆卸式跨接横梁

为了解决左右坑盖联接面的密封难题， 考虑到实际的操作并不需要两个坑盖同时移开， 因此在炉坑纵向中间位置设置一段可拆卸式跨接横梁， 横梁采用中空型钢拼接结构， 其尺寸和用材确保在一定温度下保持较好的强度和刚性。 横梁上部安装铸铁密封板，与坑盖形成良好的密封。

5.3 揭盖机及驱动装置

横移式揭盖机的功用是将其中一个坑盖打开并重叠在另一个坑盖上方，以期在打开一半保温坑，实现料坯装卸的同时，最大限度地节省设备占地空间。横移式揭盖机的主要动作为提升和行走平移， 其行走行程覆盖保温坑区域。

揭盖机由移动钢结构、 升降导轮装置、 滑轮装置、钢丝绳及其卷筒装置、行走机构、供电装置、电气控制系统等组成。

炉盖的升降通过4 根钢丝绳分别绕过12 组滑轮，汇总到由电机减速机带动的卷筒来完成，在炉盖升降过程中， 通过8 组导轮来限制由升降引起的摆动，12 组钢丝绳滑轮起到升起换向的作用。 电机正反转实现炉盖的上升和下降。

揭盖机的行走采用变频调速电机+编码器+减速机的驱动方式，保证几组车轮驱动的同步性，实现运行平稳、可靠、速度可调。

主要技术参数如下。

（1）额定载重：～25 t

（2）炉盖提升高度：～800 mm

（3）炉盖升降速度：～6 m/min

（4）升降电机功率：2×15 kW

（5）水平行走速度：0～15 m/min（变频调速）

（6）水平行走功率：2×2.2 kW

（7）水平行程：～10000 mm

（8）水平行走定位精度：±20 mm

5.4 操作区域换气系统

坑内四个角各设置一个排风机，24 h 不间断向外抽风，以避免有毒气体在坑内积聚。计算坑间区域约为244 m3， 平均每3 min 将全部空间的气体置换一次，则单个排风机参数为：风量1700 m3/h，全压～2000 Pa，电机功率1.5 kW。

6 结语

本座钢坯加热保温坑已投入使用两年， 运行状态良好。根据布料位置，揭盖机自动执行开关坑盖动作。板坯入坑后选择对应工艺自动进行加热保温。提升生产效率的同时， 高效地解决了板坯在轧制工艺过程中易冷却导致的各项问题，提高了产品质量。