浅议轧钢厂加热炉和热处理炉炉前煤气阀组改造

徐松 王智恒 张克彪

摘要：轧钢厂工业炉窑设备，主要以煤气为燃料获得热能加热工件达到生产工艺要求的温度。由于煤气有中毒、易燃、易爆等危险因素，如何有效地安全使用煤气，最大限度降低煤气在使用过程中的安全隐患，是每个炉窑技术工程师应该思考的问题。

关键词：加热炉;煤气安全规程;全封闭式电动插板阀;技术改造

引言

目前大部分轧钢步进式加热炉的水冷支撑梁均采用钴基材质的耐热合金垫块作为坯料直接支撑部件，长时间在高温下使用，垫块易烧损、结瘤，从而形成不规则的接触表面。铸坯在炉内运动过程中，表面易出现明显的啃伤。通过我厂钢轨轧制仿真软件分析，若铸坯被垫块啃伤的位置在铸坯楞角附近处，且深宽比小于1∶6，轧制过程中通过轧机对铸坯的反复碾压和拉伸，成品易产生折叠、轧疤或线纹等缺陷，最终影响钢材质量。该问题成为一直困扰各大型材厂的一个技术难题。

1改造前的情况简介

重庆钢铁轧钢厂厚板线三座加热炉和一座热处理炉在改造前，其炉前煤气总管平台上均采用两台电动密闭蝶阀加一台敞开式眼镜阀的组合形式，其主要功能为炉子停炉后对煤气的有效切断。但煤气平台均设置在紧邻炉子的厂房内，且与炉子距离不足10m，不符合《工业企业煤气安全规程》（GB6222-2005）第7.2.4.2条“敞开眼镜阀和扇形阀应安设在厂房外，如设在厂房内，应离炉子10m以上”的规定和《关于进一步加强冶金企业煤气安全技术管理有关规定的通知》（安监总管四﹝2010﹞125号）第十六条“凡开、闭时冒出煤气的隔断装置盲板、眼镜阀或扇型及敞开式插板阀等，不应安装在厂房内或通风不良之处，离明火设备距离不少于40m”的安全规定，存在安全隐患。因此，需要对三座加热炉和一座热处理炉炉前煤气总管阀组进行技术改造，以符合煤气相关安全规程、制度的要求，同时，最大限度地降低煤气安全隐患。

2控制原理

根据柳钢冶金规范中的加热炉温度制度，对加热炉一级和二级系统实施改造，按生产模式、牌号、规格的坯料温度要求设定各加热段炉气温度控制目标。坯料进入加热炉的预热段时，控制系统开始标记该坯料位置、入炉温度、牌号钢种和坯料规格等信息，按当前坯料出炉节奏推算出一个动态的在炉时间。通过采集该坯料实时的炉温，以当前目标温度为指导，综合考虑各段已加热时间，操控煤气阀门和空气阀门进行全过程加热控制。整个过程操作工人只需进行出钢节奏控制以及极少的人工温度干预。

3改造方案的制定和比选

3.1烟气外排参数

柳钢轧钢加热炉以焦炉煤气为燃料，焦炉煤气的主要成分是氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、不饱和烃类、氧气、氮气和少量高分子混合物（萘、氨、焦油和苯等）。焦炉煤气燃烧后产生的烟气的主要成分为二氧化碳、水、氧气和氮气。根据燃料燃烧元素守恒定律，可以算出每立方米焦炉煤气在加热炉中完全燃烧所需要的理论空气量L理为4.51m3（CnHm按C6H10计算）。以热轧厂1450线1号加热炉为例，其加热炉空燃比设置为5.2，则过量空气系数a为1.15，1m3焦炉煤气燃烧后在炉尾出口处产生的烟气量为5.9m3，每小时使用焦炉煤气约10000m3，因此产生的烟气流量为59000m3/h。棒线型材厂各加热炉空燃比设置为4.5，中板厂加热炉烟气氧含量控制在5%。

3.2结合太阳能来优化加热技术

为了应对能源形势险峻的问题，油田企业在油气介质的加热工作中，可以适当借助太阳能来代替部分燃料能源，从而缓解加热炉系统工作高能耗的问题。现阶段节能增效技术中，太阳能的集热技术发展较为成熟，工作人员能够通过将太阳能转化设备与燃料锅炉相结合，减少燃料锅炉内能源的投入。例如，工作人员在传统的加热炉系统中安装太阳能热辅助系统，能够在加热工作中帮助鍋炉生产30%的额外蒸汽或者热能，且由于太阳能热辅助系统的热能生产较为稳定，以至于工作人员仍然能够通过调节加热炉的燃料投入，来控制加热工作的炉内热效率。

3.3垫块布置及结构的改进

将垫块的布置方式由交错布置改为居中布置，垫块的高度不变，外形尺寸随之做相应的调整，如图9、图10所示。改进后，垫块的布置与水梁中心线重合，这样垫块更容易安装在一个水平标高上。在水平标高一致的前提条件下，垫块的安装标高的误差精度由原来的0～3mm提高到了0～1mm。减小高差不平带来的啃伤的同时，垫块的稳固性提高，水梁的受力更均匀。因为固定垫块的卡块在使用过程中只是起到稳定垫块的作用，而不受侧向支撑垫块的力，同等条件下垫块脱落的机率也大大降低。

3.4减少温度波动，提升加热质量

原加热模式中的加热质量在很多时候取决于操作人员的操作能力。受操作人员操作能力和操作经验的不同，各个班组之间的加热质量存在差异，导致轧制效果存在差异。加热炉炉温自动控制系统研发投用后，与厂内节奏系统互相配合，模型自动给定、设定温度，稳定控制加热炉炉气温度。

3.5垫块材质的改进

中国冶金行业的加热炉耐热垫块材料选择是完全克隆欧美和日本的选择，但是材质的选择没有与加热炉装备技术更新同步进行。上世纪70～80年代国内的加热炉以推钢式加热炉为主，水梁上的滑轨与钢坯之间存在摩擦运动，因此在选择热滑轨材质时要考虑热滑轨的抗拉强度，由于钴基材质在高温下有润滑功能，且有较好塑性和韧性，选择钴基材质作铸造滑块是可行的。

结束语

节能减排是我国可持续发展的重要战略之一，特别是在当前国家碳达峰、碳中和的时代背景下，先进的节能技术能更好地提高能源回收利用效率，实现碳减排。本文通过计算柳钢轧钢加热炉烟气余热资源量，分析国内先进的烟气余热回收技术，可为低温余热的回收利用提供参考依据。

参考文献：

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