12中厚板的加热设备与热处理设备Word文件下载.docx
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12．1．1．2板坯输送
一般中厚板车间步进梁式连续加热炉为双排或三排布料。
A测长、测宽、称重及剔除装置
在上料辊道上专设板坯测长、测宽、称重及剔除装置，将不合格板坯剔除，将合格板坯的长度、宽度和重量存入跟踪系统，作为此后的控制依据。
知道了板坯长度、宽度及重量就可以计算出板坯的厚度。
B布料模型
布料模型是板坯装炉炉宽方向定位和炉长方向定位的依据，板坯装炉之前必须获得其准确的长度和宽度数据。
常见布料模型有如下两种（以两排布料为例）：
第一种是两排料排齐布置（布料模型一）；
第二种是两排料交错布置（布料模型二）。
两种布料模型见图12-1、图12-2。
C装炉
装炉设备及其控制系统根据已知板坯数据和布料模型进行自动装炉操作。
步进梁式连续加热炉的装炉设备有装炉辊道、装料炉门及提升装置、托人机或推钢机。
装料炉门及提升装置负责加热炉装料口的开／闭，装炉辊道负责板坯炉宽方向定位，托入机或推钢机负责板坯炉长方向定位。
托人机结构相对复杂，具有升／降和平移（进／退）功能，在输送板坯过程中板坯与辊道、滑架、固定梁之间没有滑动，所以板坯下表面一般不会产生划痕。
通常托人机是将板坯托入炉内，但必要时也可以将板坯从炉内尾部托出，操作十分灵活。
在托入机工作时装炉辊道不能动作，占用时间较长。
推钢机结构相对简单，只能做平移（进／退）动作，在输送板坯过程中板坯与辊道、滑架、固定梁之间有滑动，所以板坯下表面有可能产生划痕。
通常推钢机是将板坯推入炉内，若要将板坯从炉内尾部拖出就十分困难。
一般在装炉辊道与炉尾之间的滑架上留有一块板坯位置，所以在推钢机工作时占用装炉辊道时间较短。
步进梁式连续加热炉装料用推钢机因为只推一块板坯所以推力较小。
D板坯在炉内输送
步进梁式连续加热炉专设炉底步进机械，步进机械多为液压传动，带动炉底活动梁做接近矩形的轨迹运动。
板坯的输送是通过活动梁与固定梁交替支撑板坯、活动梁在支撑板坯时一步步前进而实现的。
步进机械的步距一般小于板坯宽度，所以完成一个板坯宽度的位移需要多步才能实现。
板坯在炉内向前的移动速度与板坯的加热控制相协调。
E板坯炉内定位系统
板坯在炉内边前进、边加热，当加热好的板坯即将到达加热炉出料端时必须有相关的板坯出料位置控制装置将板坯准确定位，通常采用激光检测器（代替过去的^y射线检测器）与活动梁的传动机械——步进机械连锁组成板坯炉内定位系统。
板坯炉内定位控制有两种常用方式：
第一种是当激光检测器检得时（板坯前进过程中激光被遮挡），系统开始记录板坯前进行程X，此时活动梁并不停止前进，而是继续走完这一步，由于激光检测器中心线距离出料辊道中心线的距离是常数，设此常数为A，则A—X就是即将出炉板坯前缘距出料辊道中心线的距离。
Bj为活动梁步距，X=0～Bj，见图12-3。
第二种是当激光检测器检得时，活动梁马上进入停止前进控制程序，系统并开始记录板坯前进行程Y，此时活动梁在不走完一步的状态下停止，由于激光检测器中心线距离出料辊道中心线的距离是常数，设此常数为B，则B一Y就是即将出炉板坯前缘距出料辊道中心线的距离，见图12-4。
在装出料辊道中心距相同时，第二种控制方式炉子有效长度稍长，且托出机行程变化较小。
双排装料激光检测器的安装方式有两种，一种是每排料设置一个激光检测器各自单独定位；
另一种是两排料共用一个激光检测器可以同时定位（布料模型一）也可以分别定位（布料模二），两种安装方式的断面图见图12-5、图12-6。
F出料
出炉设备及其控制系统根据已知板坯数据、布料模型和激光检测器测得将出炉板坯位置进行自动出炉操作。
步进梁式连续加热炉的出炉设备包括托出机、出料炉门及其提升装置和出炉辊道。
出料炉门及提升装置负责加热炉出料口的开／闭，托出机将计划出炉板坯托出炉并放在出炉辊道的合适位置，出炉辊道将板坯送往轧机。
托出机同样具有升／降和平移（进／退）功能，在输送板坯过程中板坯与辊道、固定梁之间没有滑动，所以板坯下表面一般不会产生划痕，这一点对高温板坯十分重要，因此被广泛采用。
通常托出机是将板坯从炉内托出炉外，但必要时也可以将板坯从出炉辊道上托人炉内，操作十分灵活。
C炉内板坯位置偏移
炉内板坯位置偏移是指在板坯将要出炉时，板坯在炉宽方向与装炉模型的偏差，简称偏移，偏移量大小的考量直接影响到设计（炉底梁的偏载系数）和操作（防止板坯掉道）。
偏移量主要包含与炉底步进机械的结构和控制有关的跑偏量、测长的误差和在炉前装炉辊道上板坯炉宽方向定位误差等。
12．1．1．3板坯加热
A加热温度
板坯最高加热温度一般在相图中1相的固相线以下150～250℃左右。
在保证终轧温度的前提下板坯加热温度越低越好，当然还要考虑钢种及其热加工特性、热加工时间、板坯规格、产品规格和性能要求等。
详细内容参见1．5节。
B温度均匀性
温度均匀性是指板坯厚度、宽度、长度三个方向的温度差以及黑印温差，一般上述温差要求在30℃以内。
C加热制度
中厚板车间钢种较多，加热制度也各相对应。
D加热制度的核定和板坯加热计算模型的修正
板坯加热计算模型按照各钢种的物理参数、各段设定温度以及目标加热温度和温差允许值等，可以已知有效炉长计算产量，也可以已知产量计算有效炉长，并且可以反映加热过程中任何时刻的板坯断面温度分布情况，以及任何时段的温度一时间曲线，这为加热制度的优化提供了可靠手段。
首先确定被加热板坯钢种的加热制度类型。
对属于第一类加热制度的钢种，把各段炉温设定为接近允许范围的上限，用板坯加热计算模型计算炉子产量或有效长度。
此产量为该炉子、该钢种的最大产量。
对属于第二类加热制度的钢种，根据经验设定各段炉温，进行板坯加热计算模型计算，将低温段板坯的加热速度、板坯断面温度梯度、最大温差等与经验允许值上限比较，不相符时，反过来再对各段炉温设定值进行调整、再计算，直至计算值接近并小于经验值上限。
一般热装温度大于500～600℃时（视钢种而定）低温段板坯的加热速度可以不限。
当上述两类加热制度要求炉子产量小于其最大产量时，其加热制度就比较容易确定了，只要从装料端供热段开始逐段调低炉温设定值并进行板坯加热计算模型计算，直至达到要求的炉子产量。
板坯加热计算模型作为设计计算其精度完全可以满足要求。
如果作为二级控制模型，每个炉子有每个炉子的特性，黑匣子测试就能反映出具体炉子的特性。
为了使控制更加精确、更有针对性，就有必要对板坯加热计算模型进行某些专项修正。
黑匣子测定可以更准确地核定加热制度以及对板坯加热计算模型进行修正，图12-7是B厂第一类加热制度时的“黑匣子”实测资料。
B厂中厚板步进梁式连续加热炉板坯中部“黑匣子”实测曲线与计算模型计算曲线比较见图12-8。
最终通过产品检验合格来确定加热制度。
E加热缺陷
中厚板加热炉存在有与其他加热炉同样的加热缺陷，主要有加热温度不足、温差超限、表面划伤、内部裂纹、过烧、过热、氧化、脱碳和内部组织成分不均等。
加热温度不足、温差超限：
出炉温度明显低于目标温度、板坯内外温差超限、水管黑印温差超限等加热缺陷，轻者影响产品尺寸偏差，重者造成设备安全事故。
除加热炉设备的先天不足外（燃料理论燃烧温度偏低、炉底梁垫块高度不够、包扎隔热效果差等），这些加热缺陷通过延长加热和均热时间即可防止。
表面划伤：
在板坯输送过程中与有关设备摩擦产生，主要部位在板坯的下表面，直接影响产品表面质量。
在板坯输送过程中选用不产生滑动的相应设备即可。
内部裂纹：
对某些导热系数小、温度应力敏感的板坯，低温段加热速度过快容易产生内部裂纹。
板坯内部裂纹直接引起产品内部裂纹。
主要控制低温段板坯的加热速度（低速）、断面温度梯度（小梯度）即可防止。
过热：
钢的过热是由于加热时间控制不当、钢在高温下保温过久而形成的。
过热板坯内部晶粒过度长大、晶界强度降低，如果把过热的钢进行压力加工，则必然使钢的棱角部分形成裂纹，成为废品。
避免板坯在高温下长期停留是唯一解决办法。
过热的钢可以采用退火处理以恢复其原来的结晶组织，再重新加热并进行压力加工。
过烧：
主要是炉温过高造成板坯晶界熔化、氧化，这些变化破坏了晶粒问的结合，以致在压力加工时会使钢发生破碎。
过烧的钢全部是废品，无法挽救，只有重新冶炼。
应按照不同钢种的不同加热制度，严格控制炉温在其允许的范围之内。
氧化：
氧化严重时在炉子下加热氧化铁皮迅速堆积，直接影响着下加热能力的正常发挥，另外降低了车间金属收得率、增加成本。
应严格控制炉内气氛、控制炉温。
脱碳：
脱碳的直接反映是成品表面碳含量偏低，可严重到产品报废。
应尽量缩短板坯在高温段的停留时间，尽量降低出炉温度和控制炉内气氛。
内部组织成分不均：
有些钢种要求加热过程同时兼有组织成分均匀化过程，对此必须保证充分的均热时间。
12．1．1．4加热炉分段及炉顶、炉底曲线
为了适应各种加热制度的需要，炉子沿长度方向在可能条件下尽量多段控制，每段上下温度控制可单独设温度自动控制也可上下主从控制。
对常规燃烧系统，炉子各段之间可以上部设压下、下部设隔墙，各供热段依照不同烧嘴设不同的上炉膛高度，不供热的预热段上炉膛高度下降，考虑步进梁式连续加热炉的结构特点整个下加热炉膛高度不变。
对蓄热式燃烧系统，尤其双蓄热系统，烟气基本是横向流动，上下炉膛可以不设压下和隔墙，烟气基本没有纵向流动，烧嘴几乎布满整个炉子侧墙，所以炉膛上下高度不变。
对单蓄热燃烧系统，炉子各段之间可以在部分供热段之间上部设压下、下部设隔墙（例如均热段与加热段之间），各供热段侧墙设置烧嘴，所以上下炉膛高度不变，不供热的预热段长度相对较短，上炉膛高度下降，考虑步进梁式连续加热炉的结构特点整个下炉膛高度不变。
12．1．1．5加热炉能力、尺寸和座数
在加热制度核定的同时炉子能力和有效炉长也已核定。
A炉子能力及有效长度
在用加热计算模型计算时，可以已知炉子产量计算炉子有效长度，也可以已知炉子有效长度计算炉子产量；
在不用加热计算模型计算时，可以用选取钢压炉底应力的方法在已知炉子产量时计算炉子有效长度，也可在已知炉子有效长度时计算炉子产量。
中厚板加热炉视不同钢种、不同的加热制度、钢压炉底应力范围（冷装时）一般可取500～650kg／（h·
m2）。
已知炉子有效长度计算炉子产量公式为：
Q=L2／1000×
L／1000×
n×
（500～650）／1000（12-1）
已知炉子产量计算炉子有效长度公式为：
L2=Q×
1000／[L／1000×
（500～650）／1000]（12-2）
式中Q——炉子小时产量，t／h；
L2——炉子有效长度，mm；
L——板坯长度，mm；
n——装料排数。
燃烧系统对加热炉的能力也有一定的影响。
双蓄热燃烧系统加热炉与常规燃烧系统加热炉相比供热段的长度所占比例较大，如果板坯加热速度不限，双蓄热燃烧系统加热炉高温段几乎可以是全炉长，其加热能力可以相应增大5％～10％。
热装温度对炉子小时产量的影响十分明显，热装温度越高提高产量的幅度越大。
不同装料温度时的产量比例见图12-9。
B炉子内宽的计算
炉子内宽的计算公式为：
B=nL+（n+1）×
（250～300）（12-3）
式中B——炉子内宽，mm；
L——板坯最大长度，mm；
C炉子全长（砌砖长度）
采用第一种激光定位方式时用下式计算：
L1=L2+Bj+△L（12-4）
采用第二种激光定位方式时用下式计算：
L1=L2+△L（12-5）
式中L1——炉子全长，mm；
Bj——步进机械的步距，mm；
△L——激光检测器中心线到炉子出料端砌砖边线的距离，mm，△L>
1000n'
lln。
D炉子座数
多座炉子同时生产时节奏干扰系数后取值为：
二座时k=0．9～0．95；
三座时k=0．85～0．9。
炉子座数按下式计算并取整：
m=Q0／（Qk）（12-6）
式中Q0——轧机需要加热炉区的小时产量，t／h；
Q——单座炉子小时产量，t／h；
m——炉子座数。
按此公式计算对不同规格可能得出不同的炉子座数，最终还必须通过轧机负荷率计算确定炉子座数，此时，各规格品种的炉子能力不一定都要满足轧机能力。
12．1．1．6砌筑
各种砌筑材料和结构必须满足炉温、隔热、密封和寿命的基本要求，应按照YB9051—98《钢铁企业设计节能技术规定》工业炉窑炉体外表面温度标准表的要求选择砌筑结构。
工业炉窑炉体外表面温度标准见表12-1。
炉子的内衬按照其部位和工作状况采用不同的材质和结构。
炉顶和炉墙采用捣打料或浇注料整体砌筑的复合结构，这种结构严密性强，绝热性能好。
炉底采用各种耐火砖、隔热砖和隔热材料砌筑。
炉顶厚度330～350mm；
炉墙厚度500mm左右；
炉底厚度550mm左右；
水梁包扎厚度70～80mm。
12．1．1．7钢结构
炉子钢结构是普碳钢板和型钢焊接件，它分为三个主要部分：
（1）炉底钢结构：
由炉底铺板和大型工、槽钢的横梁和立柱组成，用以安装和支撑炉子支撑梁和炉子砌体。
考虑到炉底横梁的制作安装对保证炉子固定梁的平面度至为重要，以及在炉底钢结构下部要安装步进梁立柱穿过炉底的开孔与裙式水封刀及其刮渣板，它们与水封槽的制作有一定的配合要求，该部分钢结构应与步进框架和支撑梁一起在制造厂加工制作，以便顺利安装。
（2）炉子两端和两侧钢结构：
由炉墙钢板与工、槽钢立柱焊接而成，用于安装炉门、烧嘴以及支撑上部钢结构的重量。
（3）炉子上部钢结构：
由中小型工字钢和大型宽边工字梁及其支撑立柱焊接而成，用以吊挂炉顶的锚固砖，铺设平焰烧嘴的操作平台和支撑炉子上部管道，以及其他安装与检修平台。
钢结构关键部件必须进行强度、刚度、稳定性计算或核算，并进行抗扭加固。
对于炉底大梁和炉顶大梁建议取许用应力120MPa、挠度／跨度=1／500～1／700。
12．1．1．8炉底水梁的布置及传动
中厚板步进梁式连续加热炉炉底水梁按连续梁计算强度和刚度，立柱进行稳定性计算。
许用应力取100—120MPa，挠度／跨度≤l／500。
中厚板步进梁式连续加热炉炉底水梁有三种主要布置方式：
第一种是对每排料而言活动梁与固定梁为交错不对称布置，其缺点是任何时候支撑板坯的两根梁（无论活动梁还是固定梁）的荷载是不均衡的。
其布置图见图12-10。
第二种是对每排料而言活动梁与固定梁为对称布置，固定梁在外活动梁在内，这种布置克服了第一种布置的缺点，支撑板坯的两根梁（无论活动梁还是固定梁）的荷载是均衡的。
但在板坯较短时两个活动梁的水封布置比较紧凑，给安装及检修带来不便，采用单刮渣板结构会好些。
其布置图见图12-1l。
第三种是对每排料而言活动梁与固定梁为对称布置，固定梁在内活动梁在外，这种布置不但克服了第一种布置的缺点，支撑板坯的两根梁（无论活动梁还是固定梁）的荷载是均衡的，而且在板坯较短时两个活动梁的水封布置也比较宽松。
其布置图见图12-12。
中厚板步进梁式连续加热炉炉底水梁有两种传动方式：
第一种是支撑各排板坯的活动梁一起运动，即只有一套炉底步进机械，设备重量较轻，炉坑下有一定的操作和检修空间；
但由于不能单排运动，缺乏一定的操作灵活性。
其布置图参见图12-6。
第二种是支撑各排板坯的活动梁分别运动，即有两套炉底步进机械，设备重量较重，炉坑下操作和检修空间较窄小，尤其对于炉宽较窄的炉子更为明显；
由于能够单排运动，具有一定的操作灵活性。
其布置图参见图12-5。
12．1．1．9水封及出渣装置
活动梁的立柱穿过炉底并固定在步进机械的水平框架上，炉底有一个长圆形开孔，为防止冷空气渗入炉内，炉底钢结构下设有裙式水封刀并插入水平框架上的水封槽内形成水封。
少量通过开孔落入水封槽内的氧化铁皮，在步进梁上升和前进的过程中，通过安装在裙式水封刀下部的刮渣板自动刮向装料端，水封槽和刮渣板在装料端是逐渐向上倾斜的，槽内的氧化铁皮高出水面后形成干渣，并进入出渣漏斗，通过漏斗下部的手动开闭机构定期排放氧化铁皮入出渣车内或直排铁皮沟。
水封刮渣装置有两种结构形式，一是双刮渣板结构，二是单刮渣板结构。
其结构如图12-13所示。
单侧刮渣板水封比双侧刮渣板水封重量轻，一般的检查和检修在单侧进行即可。
12．1．1．10供热能力
加热炉的供热能力按照所使用燃料种类、发热值、炉子砌筑、炉底梁结构、热回收情况等，通过全炉热平衡计算得出，在最大炉子产量（冷装）条件下计算炉底梁100％包扎和90％包扎（平均值）两种图12-13单、双侧刮渣板水封结构图情况的两个数值，最大炉子产量条件下炉底梁90％包扎（平均值）时的数值为最大供热能力。
也可以选用单位热耗指标（新炉子、冷装时）算出，常规燃烧系统，理论燃烧温度大于1900℃时单位热耗选用范围为1．35～1．45GJ／t；
双蓄热燃烧系统，单位热耗选用范围为1．25～1．30GJ／t。
为了满足旧炉子的需要都应再富裕15％～20％。
B厂步进梁式连续加热炉，燃料为高炉煤气，低发热值为750×
4．18kJ／m3，双蓄热燃烧系统，热平衡实测单位热耗为1．25GJ／t。
在计算全炉热平衡的同时也可以计算炉子各段的热平衡，对几种典型加热制度最大产量时进行各段热平衡计算，得出对各段供热能力的不同需求，同一段几种加热制度最大产量时对供热能力需求量的最大者为本段的供热能力，均热段的供热能力要考虑保温待轧快速提温的需要，各段供热能力之和大于全炉最大供热能力。
各段热负荷分配也可以根据经验选取，同样均热段要留有较大的富裕量。
板坯热装无疑是一个很好的节能手段，不同热装温度节能比例也不同。
不同热装温度时的节能比例见图12-14。
12．1．1．11燃料及燃烧系统
加热炉燃料有固体燃料、液体燃料和气体燃料可选。
固体燃料就是煤块或煤粉，由于中板加热炉要求生产能力较大，早先有的炉子曾试用过固体燃料（煤粉）但不很成功，后改为重油。
所以早期中厚板加热炉绝大部分采用液体燃料和气体燃料。
液体燃料以重油为主，随着油价攀升，现有中厚板加热炉几乎全部使用气体燃料。
中厚板加热炉使用气体燃料的燃烧系统可分为两种，第一种为常规燃烧系统；
第二种为蓄热式燃烧系统。
常规燃烧系统就是在烟道中设置换热器，利用烟气余热将助燃空气或燃气预热到一定温度，送往烧嘴进炉燃烧，烧嘴燃烧是连续的。
助燃空气可预热到550℃左右，燃气预热到280℃左右。
炉子排烟温度一般在700～900℃，排烟系统多为自然排烟。
蓄热式燃烧系统就是将烧嘴、蓄热室和换向阀组成一个整体，排烟时烟气将蓄热体加热，达到一定温度后换向，蓄热体再将助燃空气或燃气预热，并混合进炉燃烧，烧嘴有时处于排烟状态，有时处于燃烧状态，所以烧嘴燃烧是周期性工作的。
为使炉内温度均匀，将烧嘴装在两侧墙上。
助燃空气或燃气可以预热到1000℃以上，排烟温度150℃左右，排烟系统为强制排烟。
A中厚板加热炉常规燃烧系统主要设备（气体燃料）
中厚板加热炉常规燃烧系统主要设备有平焰烧嘴、直焰烧嘴、调焰烧嘴（带中心风）、换热器、助燃空气鼓风机等。
各种烧嘴均应采用抑制NOx生成技术。
a平焰烧嘴
平焰烧嘴主要用于加热炉的上均热段和上加热段，其特点就是温度均匀。
典型平焰烧嘴简图与性能见图12-15、表12-2。
b直焰烧嘴
直焰烧嘴主要用于加热炉的端烧，由于中厚板加热炉宽度不大很少设置端烧，也就很少设置端烧直焰烧嘴。
典型的直焰烧嘴简图与性能见图12-16、表12-3。
c调焰烧嘴（带中心风）
调焰烧嘴顾名思义其火焰可调，尤其在小能力时因备有中心风，所以仍能获得满意的火焰长度，在中厚板加热炉上广泛采用，多用于加热炉各段的下加热和低温段的上加热。
带中心风调焰烧嘴结构示意图与性能见图12-17、表12-4。
d换热器
多数采用带插件或不带插件的金属管状换热器预热空气或煤气。
典型带插件的金属管状换热器如图12-18所示。
带插件的金属管状空气换热器性能参数如下：
烟气量84000m3／h；
空气量77510m3／h；
入口烟气温度810℃；
出口烟气温度393℃；
人口空气温度20℃；
出口空气温度500℃；
烟气侧阻力130Pa；
空气侧阻力2200Pa；
行程数2；
组数4；
外形尺寸（1组）1680mmx5460mm；
管长3650mm；
入口直径DN800mm；
出口直径DNl000mm。
从高温侧
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