加热炉培训教材.docx

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加热炉培训教材

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第一章加热原理

一、钢加热的目的

1.提高钢的塑性，以降低钢在热加工时的变形抗力，从而减少轧制中轧辊的磨损盒断辊等机械设备事故。

2.使坯料内外温度均匀，以避免由于温度应力过大造成成品的严重缺陷或废品。

3.改善金属的结晶组织或消除加工时所形成的内应力。

总之，钢的加热对于钢材的质量、产量、能耗以及机械寿命等都有直接关系。

二、钢的加热工艺：

1.钢的加热工艺包括：

1）加热温度

2）加热速度

3）加热时间

4）炉温制度

5）炉内气氛

1.1钢的加热速度：

加热时间内，钢在加热时的温度变化叫钢的加热速度。

（单位：

℃/h或℃/min、mm/min）

1.2钢的加热制度：

钢在加热炉内加热升温的温度变化过程叫钢的加热制度。

1）加热制度考虑的因素：

●钢种

●坯料尺寸

●装炉方式（冷装/热装）

●炉膛结构

●坯料在炉内的布置方式（单、双排，推钢、步进梁式、辊底式等）

2）加热制度从炉型分为：

●一段式

●二段式

●三段式

●多段式

三、钢的加热缺陷

1.钢的加热缺陷包括：

●钢的氧化

●脱碳

●过热、过烧

●加热温度不均匀

2.预防加热缺陷的措施

2.1钢的氧化

1）定义：

钢在加热炉内加热时，钢的表面同炉气中的CO2、H2O、O2、SO2发生反应，生成氧化铁皮的过程叫钢的氧化。

2）

生成的氧化铁皮即所说烧损，通常为0.5~3%。

氧化铁皮结构示意图如下：

3）影响氧化的因素：

加热温度、加热时间、炉气成分、钢的成分等。

●加热温度的影响：

在850~900℃以下时，钢的氧化速度很小；当达1000℃以上时，钢的氧化速度急剧增加。

●加热时间的影响：

在相同条件下，加热时间愈长则钢的氧化层愈厚。

●炉气成分的影响：

火焰中的炉气成分决定与燃料成分、空气消耗系数、完全燃烧成都等。

炉气成分对氧化的影响很大。

按照对钢氧化的效应把炉气分为：

氧化性气氛、中性气氛和还原性气氛。

●钢的成分的影响：

对于碳钢随其含炭量的增加钢的烧损量有所下降。

合金元素如Cr、Si、Mn、Al等本身即已被氧化成相应的氧化物，但由于这些氧化物组织结构十分致密稳定，可进一步阻止钢的氧化。

4）减少氧化的措施：

●快速加热：

减少钢在高温取得停留时间，加热能力与轧钢能力相匹配。

●控制炉内气氛：

保证煤气完全燃烧的前提下，减少过剩空气量。

●保持微正压操作。

●减少燃料中的水分、含S量。

2.2钢的脱碳

1）定义：

钢在加热时除表面被部分氧化烧损外，炉气中的氧化性气体还要和钢中的碳（即Fe3C）发生反应而使钢中的碳含量降低，这种现象称为钢的脱碳。

2）脱碳的危害：

脱碳后钢的机械强度（尤其是硬度）大为降低，严重时其疲劳强度也降低（如弹簧钢）。

3）影响脱碳的因素：

加热温度（1100℃左右是峰值）、加热时间、炉气成分、钢的成分等。

4）预防措施：

●快速加热，减少钢在高温段的停留时间。

●正确选择加热温度，避开易脱碳的峰值范围。

●适当调节和控制炉内气氛。

2.3钢的过热、过烧

1）钢的过热：

当钢的加热温度超过临界点后，钢的晶粒开始长大，温度愈高，加热时间愈长，晶粒长大愈显。

晶粒长大后使其机械性能变坏，这种现象叫钢的过热。

●防止钢过热的措施：

✧掌握好加热温度

✧减少钢在高温段的停留时间

✧适当缩短加热时间

2）钢的过烧：

当钢的加热温度比过热更高，时间更长，不仅钢的晶粒长大，而且晶粒之间的边界开始融化，氧进入晶粒间隙，使金属发生氧化并促使融化，导致晶粒间的结合力被破坏，是钢失去本身的强度和塑性，这种现象叫钢的过烧。

●防止钢过烧的措施：

✧避免加热温度过高

✧减少钢在高温段的停留时间

✧减少过剩空气量

2.4钢的加热温度不均

1）原因：

加热时间不足、均热时间不足、燃料分配不当。

2）内容：

心表温度不均、上下表面温度不均、长度和宽度方向上温度不均。

3）预防措施;

✧钢的加热温度应严格按照钢种的温度制度、供热制度和炉压制度进行操作。

✧适当延长钢的加热时间和均热时间。

✧提高下加热炉堂温度，适当延长钢在均热段的停留时间。

✧适当调整烧嘴的开启度、及时开启的个数，来调整燃料在长度和宽度上的分配。

3.

第二章加热炉工艺描述

一、了解和掌握有关的术语：

●缓冲时间=轧机停止期间，在运行情况下，没有影响铸机。

●在轧机入口两块板坯的间隔时间（间隙时间）=在F1机架上一块板坯轧制终了到下一块板坯轧制开始的时间。

●纯轧时间=在正常的铸坯温度和拉坯轧制速度情况下，无换辊和其它耽搁的运行。

在稳定状态，下面板坯数量在加热炉是允许的：

厚度

52mm

60mm

68mm

板坯数

4.5

4.8

5

●恢复时间=在一次停轧之后，炉子需要一段时间恢复到再次正常轧制情况下的状态，因为炉内空余的区域储存在轧机停轧时由铸机送来的板坯。

这个恢复时间的长短将依据铸造速度、板坯的输入温度、板坯厚度、轧制速度、轧机停机时间的长短来确定。

●加速辊=当被加热到目标温度的板坯尾部到达这组辊道后，板坯将被加速运行。

●板坯的平均温度=关于板坯在炉子输入/输出端的平均温度描述如下：

Ø利用加热炉入口处的理论温度曲线，SMS送来的每块板坯的厚度，模型通过在加热炉热入口处由高温计测得板坯的表面温度，提起一个修正因数，然后预算板坯的平均温度。

Ø通过加热炉数学模型计算的板坯的表面温度被用来核对在出口处用高温计测得的温度。

在这种情况下（相符？

），通过高温计测得的板坯的表面温度被认为是板坯在那个段的平均温度。

二、CSP加热炉概述

1.CSP加热炉布置形式：

CSP加热炉将被设计为双线运行的模

式，炉子的A线与轧制线保持一致。

2.CSP加热炉的形式：

CSP加热炉的形式是蓄热式隧道炉。

3.炉子的主要功能：

Ø均匀加热薄板坯到轧制所需的轧制温度；

Ø将各线铸造的板坯运送到轧机的输入侧。

4.加热炉的燃料：

混合煤气。

5.燃烧控制方式：

自动的控制模式。

手动操作只是在有故障或检

修维护的情况下被选用。

三、加热炉的组成：

1.钢结构

2.耐火隔热层

3.加热系统（助燃气和混合煤气）

4.炉辊（包括.水冷设备）

5.机械设备

6.管路（燃气、水冷、助燃空气、氮气管路等）

7.电气设备（包括.1/2级控制）

8.辅助设备

四、加热炉的有关技术特点：

1.加热炉配备了一可旋转的摆渡段。

摆渡段的作用是将B线的板坯运送到布置在轧机前方的A线。

2.辊底式隧道炉接收来自铸机（速度与拉速一致）的定尺薄板坯。

两座炉子在接收板坯的速度方面将与各线的铸机保持一致，加热过程将依据薄板坯的输入温度来确定，对输入的板坯将进行炉内跟踪并且在炉子的输出端将与轧机的速度保持一致。

3.由于加热、均热保温、缓冲的原因，炉子有一个足够长的总长度。

所以在轧机换辊时不会影响到铸机的正常生产。

4.炉子的最小缓冲时间是10分钟。

5.铸机在正常稳定的生产条件下，炉子能够保证板坯加热的输出温度、板坯在断面上温度的均匀性和一定的缓冲时间。

为满足轧制要求板坯的输出温度是1050℃~1150℃之间（具体数值依据钢种和轧制工艺制度）

6.由加热炉送来进入轧机的铸坯在铸坯长度方向、厚度方向、宽度方向上的温度偏差是±10℃。

板坯温度良好均匀性对确保轧制过程的稳定、热轧产品良好的板型和平直度起到至关重要的作用。

五、加热炉工艺流程描述

从铸机拉出的已经铸好的热坯会由布置于加热炉输入端头的剪子剪切到所需的定尺。

当完成一次剪切后，这块被切下的板坯会加速运行一小段时间在剪切端面处与“母坯”形成1.5~2.0m的间距。

这一操作所需的控制信号由铸机发出。

这些由铸机生产出来的板坯保持与连铸相同的速度进入加热炉，并且会一直保持这个速度直到板坯尾部通过加速辊道为止。

在这个区域板坯会被加热到所需的温度。

然后板坯加速向前朝着轧机的方向运行，在这个过程中板坯将保持一个适宜的速度穿过二加、均热区域。

并且板坯在长度、宽度、厚度方向上温度的均匀性也是在这段运行中完成的。

最后板坯离开均热区保持与F1同步的速度进入轧机。

这一操作所需的控制信号由轧机发出。

板坯是在单独传动水冷的辊子上运行穿过加热炉的。

水冷辊由支撑空心辊、耐火材料和耐热合金辊环组成，辊环支撑板坯。

耐火隔热层的作用是为了减少热损失。

合金辊环和绝热层的设计参考了各种隧道炉的使用情况。

为了保证炉子的操作功能，每个辊子各自有一台齿轮电机与之相连并且由各自的VVVF变频器进行调速。

在缓冲期间辊可以正反转（板坯震荡），在等待轧机要钢或有故障发生时这一功能是必须的（详细介绍请看附件2中的自动动能描述）。

震荡的行程与辊子旋转一周相等（大约1m）震荡速度大约是4.5m/min。

为整座炉子提供了一套闭循环冷却水动力系统。

在正常的运行情况下炉子内的板坯会被掌控在笔直的传送方向上。

并且会始终保持着这种状态穿过炉子下游到达均热段然后离开炉区进入轧机（F1）。

受控于加热炉自动功能下的跟踪系统计算每块板坯的位置、炉中的空位和板坯的运行时间。

六、加热钢种：

Ø碳钢

Ø优质碳素结构钢

Ø高强度低合金钢

Ø汽车刚

Ø管线钢

Ø耐候钢

Ø低碳钢、超低碳钢

六、加热系统简介

1.影响板坯输入温度的因素是：

Ø连铸速度

Ø板坯厚度

Ø质量

2.加热系统将完成由输入温度到输出温度的升温过程，这个过程是由计算机控制的。

为实现这个目的，（这里）布置了8个单独的温度区域。

设计的适合于在烧嘴内使用500℃助燃空气的烧嘴布置在所有的区域内。

烧嘴安装在加热炉两侧的炉墙上位于板坯输送线的上方。

嵌入两侧炉墙内的烧嘴是错列布置的。

在板坯横穿加热炉期间这些烧嘴是连续工作的。

在各条烟道中的废气流向换热器然后由烟囱排出。

废气不会倒流入炉腔内。

换热器安装在与助燃空气流向相反的位置，通过热交换达到储存能量预热助燃空气的目的。

助燃空气将会经过热风管路送入烧嘴。

在炉内生成的氧化铁皮会落到炉子底部并且被定期运走。

炉底下面设计有漏斗形料坑和卸料门（氧化铁皮），通过由压缩空气控制的汽缸机构可以将这个门打开。

炉底下面的氧化铁皮用一台叉车或前斗车清除。

七、修理区及特殊工具

●这里提供了一个C形钩，用来更换那些需要处理或修补的炉辊。

C形钩的使用是通过天车来完成的。

●在炉膛以外的区域有一个修理区域（用来修复炉辊）

八、自动控制系统

用于加热炉控制的自控系统由基础自动化级（1级）和计算机级（2级）组成。

在1级上有两个独立的系统用于过程控制。

一个系统将用来控制所有机械设备的功能（操作系统），第二个系统用于燃烧控制。

在HMI中将会提供这两个系统的操作画面。

为了保证所需的加热温度和沿板坯长度方向上温度的均匀性，同时考虑到了炉内板坯每一时刻速度的变量，基于以上因素加热设备运行在一过程控制机的操控之下。

炉内的热传导是以一个物理数学模型为基础，检测板坯在输入和输出侧的温度，并将测量结果完整地输入加热控制系统以便于进行前馈（预计算）和反馈（校正动作）控制。

这样就可使板坯加热到所需的温度范围。

板坯输送的速度范围设计为2.5m~60.0m/min。

在炉子入料侧用于板坯运输的传动机构的输送速度将与铸机的拉坯速度保持同步，而且在炉子的出料侧这个速度与轧机保持同步。

由铸机和轧机的一级系统向加热炉的物料运输操控系统发的这个速度信号用于改变炉辊转速的控制。

1.操作控制系统

配备在此的可编程逻辑控制器（PLC）将控制（本区域）所有的机械设备的功能。

可编程逻辑控制器（PLC）安装在电气室中。

PLC利用DP总线上的信息通过变压变频器（VVVF）控制炉辊的转速。

这个变频器将会安装在电器室中或炉子附近，（安装位置）取决于变频器到单传电机的最小距离。

通过直接的数据传输炉子系统将得到有关铸速和剪切的信息。

通过安装在炉子入料侧的第一个光电管进行板坯输入的确认和识别。

已经输入炉中的板坯会在拉坯的速度下运行，直到板坯尾部通过加速点。

然后，板坯以一个合理的速度加速运行直到到达炉子的末端。

板坯一离开炉子的均热段就将进行下面的轧制工序。

板坯的出炉速度等于第一架轧机的转速。

炉区的PLC将通过硬线I/O接口接收由轧机PLC来的这个（要钢的）信息。

然后在出炉开始的时候，炉区的PLC会将板坯的有关信息发给轧机的PLC。

炉区的PLC跟踪板坯横穿加热炉的全过程。

输入到板坯跟踪系统里的数据包括：

辊子的转动速度值、由光电管来的信号和计算的板坯下面的辊子的数量。

只要板坯的运送被终止，辊道正反转的震荡功能会被自动触发，板坯将在一定的区域内保持摆动的状态。

炉子的旋转摆渡段由PLC进行控制（一台PLC控制炉子的A线和A线上的摆渡段，另一台PLC控制炉子的B线和B线上的摆渡段），摆渡段的动作将由板坯的交付需求和缓冲时间来确定。

摆渡段的旋转定位通过绝对值编码器和接近开关进行控制；通过对AC电机进行闭环矢量控制实现摆渡段的旋转动作。

并列布置的这两个旋转段通过局域网进行数据交换（例如：

DP总线），这些数据用于实现两座炉子的控制。

（两个炉子的控制参数究竟采用哪一个）可以二选一（详细说明在初步设计是给出）操作系统PLC中两个通过MPI连接起来的CPU之间可进行数据交换。

安装在炉子的输入端和输出端的工业电器监督入料和出料的过程。

在旋转区域还添加了一台监视器用于旋转动作的控制。

PLC控制这个区域所有的门。

●炉况和板坯跟踪的重要显示画面

Ø板坯跟踪

Ø辊子的状况（速度和冷却水温）

Ø炉门管理（开/关）

Ø板坯温度管理（2级）

Ø报警显示

●报告的内容：

Ø入炉板坯的数据（板坯身份、钢种、宽度、长度、铸速）

Ø出炉板坯的数据（板坯身份、炉内停留时间、温度）

Ø报警报告

Ø故障报告

Ø报告（班报、日报、月报）

Ø趋势简图

2.燃烧控制系统

安装在电气室中的第二个PLC用于燃烧控制。

炉子的加热系统将会被分配到各个单独的温度控制区域。

在每个控制区内安装有三个热电偶。

每个区域经热电偶测得的数据输入到用于燃烧控制的PLC中，PID（proportionintegraldifferential比例积分微分调节规律）闭环控制和双交叉限幅控制根据这个温度值进行燃烧控制（流量和热值）。

空燃比是自动控制的。

对于每个区域，PLC通过计算燃气的输出量完成设定点的温度控制。

依据这个计算值，PLC系统会控制安装在每个区域燃气和助燃气供应线上的控制阀的打开和闭合。

以此来控制输送到各个区域的气量。

这里安装有一个Wobbe仪，其作用是监控混合煤气的热值；PLC根据由Wobbe仪传来信号调整输出值到一个合理的数值。

●这台用于温度控制的PLC具备下列功能：

Ø输入数据的处理

Ø温度监控

Ø控制模型运算

Ø与操作PLC的连接接口

●显示的内容：

Ø炉子概况

Ø温度的设定点和当前值

Ø报警状况

Ø历史趋势显示画面

Ø流量

Ø风机状况

通过控制安装在烟道系统中的废气流量闸板阀进行炉压控制。

●下列是附加的控制回路：

Ø炉压

Ø将冷风（稀释风）吹入到烟道中（只是在烟气温度过高的情况下使用）

Ø出于对换热器安全保护的原因对已预热的助燃气进行放散（高温助燃气）

Ø助燃空气的压力控制回路

第三章、加热炉设备结构和技术说明

一、车间概述

车间布局：

●一流连接连续铸机lineA和轧线

●一流连接连续铸机lineB

两流炉子流间距26米（中心线之间的距离）。

厂房跨度39米。

炉子上方有两台天车用于检修维护。

二、加热炉概述

加热炉是辊底式遂道炉。

烧嘴布置在加热和均热区域的侧墙上，位于板坯的上方。

A线被分成3个区域：

●I区：

是加热炉的固定部分，用于板坯的再加热，在轧机停止期间用于均衡和储存板坯。

在正常生产情况下，板坯以铸机速度运行，直到其尾部到达加速辊位置，加速辊位置时板坯加热完成的位置。

加速辊位置由2级决定，或由操作者根据说明书进行输入。

然后加速辊以最大速度运载板坯向轧机方向运动。

●II区（旋转区域）：

这个部分用来运送板坯从lineB到lineA，然后运到轧机，或者把板坯输送到两座炉子之间的剔废滚道。

●III区（公共区域）：

这个区域实际上属于lineA，它接收来自lineA和lineB的板坯。

在向轧机输出坯子的期间用来维持板坯温度。

B线被分成2个区域：

●I区：

是加热炉的固定部分，功能同A线I区。

●II区（旋转区域）：

这个部分用来运送板坯到lineA，然后运到轧机。

在特殊情况下，板坯可以在手动模式下从lineA到lineB。

在炉子入口最初的2-2.5m处没有烧嘴，避免火焰窜出损坏摆剪。

加热炉的耐火层组成：

炉底和轧制线以下的炉墙是高温浇注料，轧制线以上的炉墙和炉顶是陶瓷纤维块。

在加热炉的底部是设计成一体化的纵深漏斗，用来堆积氧化铁皮。

纵深漏斗拥有一个大的开口，用气动操纵的耐火衬闸门封闭，方便氧化铁皮的处理。

炉顶制成可移动（通过天车）的板块，这样，在检修是可以进热加热炉内部。

1、运行参数

1.1板坯外形尺寸和重量：

▪宽度（850）950-1680mm

▪厚度52,60,68（50,70）mm

▪最大长度47.4

47.4m（52mm厚）

41.1m（60mm厚）

36.3m（68mm厚）

（47.4m50mm厚）

（35.2m70mm厚

▪单位质量重量7500kg/m3

1.2来自铸机的板坯速度:

▪最小铸机速度（稳定状态）2.5m/min

▪最大铸机速度（稳定状态）6m/min.

▪最大铸机速度（将来趋势）7m/min

▪最大速度变化1m/min2

1.3板坯在加热炉内的速度

▪速度范围（稳定状态）2.5-60m/min.

1.4轧制条件

▪板坯进入轧机（F1）的最小速度

52mm11.4m/min.

60mm10.8m/min.

68mm10.2m/min.

（50mm17.4m/min）

（70mm12.0m/min）

▪最大速度17.4m/min.

▪在F1两块板坯之间的间隙（用2台卷取机）15s

1.5装料温度

加热炉的工作条件在下表中给定：

先决温度条件

固态温度

1430-1510°C

铸机拉速

（m/min）

在CSP加热炉入口处薄板坯的温度

（°C）

（50）mm

52mm

60mm

68mm

（70）mm

2.5

865

880

事故状态下的速度

2.8

840

890

905

3.0

860

910

930

3.25

885

935

955

3.5

855

905

960

980

3.75

860

875

925

980

1005

4.0

875

890

945

1005

1025

4.25

890

905

960

1025

1045

4.5

905

920

980

1045

1065

正常铸机拉速　

4.75

920

935

995

速度范围

5.0

935

950

1010

5.25

945

960

1025

5.5

955

970

1040

5.75

970

985

1050

6.0

980

995

1070

将来可能达到的速度

6.25

990

1005

1080

理论速度

6.5

1000

1015

6.75

1005

1025

7.0

1010

1030

2、

加热炉的特性

2.1加热炉的外形尺寸

▪LineA从第一个到最后一个外部辊之间的长度237.5m

▪LineA钢结构长度236.25m

▪LineB从第一个外部辊到加热炉尾部的长度233.12m

▪LineB钢结构长度232.5m

∙内部耐火材料之间的宽度2200mm

∙外部宽度（包括齿轮马达）4700mmapprox.

∙炉辊轴线到耐火炉顶930mmapprox.

∙炉辊间距1250mm

∙轧制线水平面+915mm

∙轧制线到外部上燃烧管道2500mmapprox.

∙轧制线到耐火炉底1500mmapprox.

∙轧制线到炉子基础面450mmapprox.

2.2加热炉细分

加热炉A线分成3个区域，第一个区域如下：

▪第一个区域用来加热和均热。

它以铸机速度接受坯子，并在坯子之间产生一个间隙。

-区域长度131.25m.

-炉辊数量105水冷

1外部自由辊

-加热段烧嘴数量33

-保温段烧嘴数量30

-I区烧嘴总数63

▪第二个区域是用作热坯的传动系统。

这个区域被作为均热段，但他的真正作用是运送来自B线的板坯。

基于这个原因，这个区域有一个旋转车架。

-区域长度52.5m

-炉辊数量42水冷

-烧嘴数量22

▪第三区域（和B线共有）被当作“均热炉”，当以轧机速度出料时，“均热炉”保持板坯的温度。

-区域长度52.5m

-炉辊数量42水冷1外部自由辊

-烧嘴数量22

加热炉B线分成2个区：

▪第一个区域用来加热和均热。

它以铸机速度接受坯子，并在坯子之间产生一个间隙。

-区域长度180.0m.

-炉辊数量144水冷

1外部自由辊

-加热段烧嘴数量33

-保温段烧嘴数量49

-I区烧嘴总数82

▪第二个区域是用作热坯的传动系统。

这个区域被作为均热段，但他的真正作用是运送板坯从B线到A线。

基于这个原因，这个区域有一个旋转车架。

-区域长度52.5m

-炉辊数量42水冷

-烧嘴总数22

炉子主要设备总情况：

⏹辊子数量（包括3个外部自由辊）378水冷

∙LineA（包括2个外部自由辊）191

∙LineB（包括1个外部自由辊）187

⏹烧嘴数量211

∙LineA加热区33

∙LineA保温去74

∙LineA总烧嘴数107

∙LineB加热区33

∙LineB保温去71

∙LineB总烧嘴数104

2.3加热炉加热能力

每个加热炉分成几个主要区域，每个区域又被分成几个温度控制区段：

⏹LINEA

加热炉I区

∙加热I区:

11个烧嘴790kW（680000kcal/h）每个

∙加热II区:

11个烧嘴790kW（680000kcal/h）每个

∙加热III区:

11个烧嘴790kW（680000