高炉煤气双蓄热步进梁式加热炉的设计
陈灿林
（上海嘉德环境能源科技有限公司，上海）
摘要：介绍了一台高线加热炉的设计，该加热炉产量为t/h，采用高炉煤气/空气双蓄热的燃烧方式和步进梁式的炉型结构。主要介绍了炉型结构、高炉煤气/空气双蓄热燃烧系统的相关配置。
关键词：步进梁式加热炉；高炉煤气；双蓄热燃烧技术
广西某厂拟新建一条双高线加热炉项目，拟采用步进梁式、空煤气双蓄热式连续加热炉，燃料为高炉煤气（热值为～kJ/m3）。需加热的坯料为普碳钢，mm×mm×mm，产量为t/h（冷坯、标准坯料）。炉内支撑梁、立柱及其它设备、重要水冷构件采用净环水冷却。
根据以上条件，确定采用悬臂辊道侧进侧出的装出料方式，燃控系统采用改进型双交叉限幅燃烧，炉温、炉压自动控制计算机系统。
1加热炉设备及设施
1.1炉型结构综述
因为加热炉所涉及的钢种比较单一，可以采用分段分侧燃烧控制方式。将加热炉沿炉长方向分为一加热段、二加热段和均热段。炉顶采用无下压的平直顶结构，炉内不设隔墙。高炉煤气和助燃空气采用双蓄热方式，可预热到～℃。
1.2加热炉主要尺寸
根据有关规范，加热炉炉底强度不大于kg/（t·m2）[1]，可以得出加热炉的基本参数如下。装出料辊道中心线间距（加热炉有效长度）：mm
加热炉内宽：mm
加热炉上部炉膛高度：mm
加热炉下部炉膛高度:mm
1.3加热炉砌体结构
加热炉不同部位耐火材料选用结构见表1。
1.4加热炉燃烧系统
加热炉设3个供热段，炉温自动控制，通过设定各部分加热的温度值，控制各段燃料量的输入，保证出钢温度及温度的均匀性。
（1）加热炉烧嘴型式及能力配置，见表2。
（2）蓄热式烧嘴结构由于高炉煤气对应的蓄热烧嘴箱比较大,故采用左右组合交叉式烧嘴，如图1所示。
（3）蓄热体蓄热体采用陶瓷蜂窝体，从高温到低温分别配置电熔刚玉挡砖、刚玉质陶瓷蜂窝体。
（4）换向系统
全炉共6台煤气大型双执行器三通换向阀和6台空气大型双执行器三通换向阀。采用分段分侧控制。换向阀门全部为气动，以洁净的压缩空气作为动力源。
正常工作时换向周期40～60s左右，换向周期可调，以时间和排烟温度为控制参数。
2加热炉区机械设备
2.1装/出料悬臂辊道
炉内装/出料辊道由一组（9台）交流变频调速电机单独驱动的悬臂辊组成。辊子为弧型自定位辊面，可使装/出料的中心线与辊道中心线尽量重合，以利于钢坯上/下步进梁，辊轴为空心水冷式，采用净环水冷却，因为装、出料温度的不同，采用不同的材质。在辊轴上安装耐热钢辊套，并用螺母固定。辊轴通过键带动轴套传动钢坯到达指定位置。在辊轴与炉壳之间设有隔热挡板以减少热损失，防止轴承过热。
2.2缓冲挡板
在炉内装出料辊道中心线、进出料炉门对侧各设有终端水冷挡板一个。挡板由支座、水冷轴和缓冲器等部件组成，单独固定在炉外混凝土基础上。挡板在上料系统出现故障时保护炉墙，以维持正常生产。挡板为净环水冷却。
2.3装料推钢机
推钢机位于加热炉装炉端正前方，用于将装炉辊道上已定位好的钢坯推正，使其与炉子中心线垂直，并调整钢坯的初始位置。
该推钢机为地上布置式，一个液压缸带动4个推杆。推钢机的液压缸与加热炉的步进机械用一个液压系统驱动，推钢机与炉内装料悬臂辊道和步进机械的运动连锁。
2.4炉底步进机械
炉底机械用来支撑加热炉平移框架和框架上的水梁立柱及炉内的坯料等，并使钢坯在炉内沿炉长方向作步进移动，有正循环、逆循环、踏步、中间保持、步进等待等功能，所有功能均由电磁比例阀控制实现液压缸动作。安装在液压缸（升降缸和平移缸）上的线性位移传感器监测每一个移动的到位率（设定的移动距离），并在下一个相同的移动中进行修正或补偿，要求自动控制和手动操作。
主要技术性能如下。
型式：全液压传动滚轮斜台面式
平移行程：～mm（可调）
升降高度：mm（设有中间减速）
步进周期：38s
提升液压缸：Φmm/mm×mm，共两套
平移液压缸：Φmm/mm×mm，共一套
炉底机械为液压缸驱动、双滚轮、双层框架、斜轨式结构，由平移框架、提升框架、平移导向装置、提升导向装置、平移液压缸、提升液压缸、平移滚轮、提升滚轮以及提升斜轨座等设备组成。
2.5液压系统
该系统由动力源（包括电动机，恒压变量柱塞油泵），调速控制回路（采用等通径变量比例调速阀和比例电液换向阀），方向控制回路（采用等通径变量比例调速阀和比例电液阀组），缓冲平衡控制回路（由平衡阀、溢流阀、单向阀等组成），安全溢流和压力控制回路（由电磁溢流阀和压力控制开关等组成），以及辅助系统控制等组成。各回路具有独立的控制功能，并能联合作用使整个液压系统达到最佳控制状态。
3加热炉一级自动化系统
3.1自动化控制系统的结构设计
加热炉自动控制系统是由PLC系统以及HMI组成，见图2。
每座加热炉设置两套PLC系统，一套用于电气，一套用于仪表。
3.2加热炉仪表控制系统
根据工艺的要求，加热由3个供热段组成，即均热段、二加热段和一加热段。
3.2.1炉温控制
对于每段的炉温控制回路，每段炉顶的两只热电偶测得温度值参与炉温调节，操作员可以在HMI上任意选择，采用改进型双交叉限幅控制方法。控制原理方框图如图3所示。为进一步提高响应速度，改进型双交叉方法还将限幅系数设为可以根据温度偏差自动修正，以便在温度偏差较大时减弱或取消限幅功能，即限幅系数是动态的。这样将大大提高控制系统的响应速度。
3.2.2蓄热换向控制
正常工作时换向周期40～60s左右，采用双重信号控制，一是以时间为控制参数，二是以烟气温度为控制参数。
要控制内容有：1）所有换向阀的动作命令信号；2）所有换向阀到位检测信号；3）所有排烟温度检测信号。
控制方式可分为手动控制、自动控制和现场手动控制方式三种。三种控制方式的组合可以令操作人员很容易的判断换向阀故障原因———控制系统问题、接线问题、电磁阀问题、执行器问题或阀体自身问题。
4使用效果
加热炉投产后，生产情况的调查结果如下：
（1）在热坯为50%的情况下，加热炉产量可以达到t/h以上，完全可以满足轧线的要求；
（2）加热炉单耗为m3/t钢，合计为0.8GJ/t钢，在国内处于先进水平；
（3）氧化烧损小于0.6%；
（4）加热炉操作简单，维护方便，能够满足生产要求。
5结论
（1）对于棒线材等加热炉，对温度控制要求不高，且可以适应快速加热的钢种，可以采用高炉煤气/空气双蓄热的燃烧方式；
（2）在换向控制上没有必要采用全分散控制方式，而采用分段分侧的控制方式，不仅可以满足温度控制的要求，而且可以降低成本，并减少操作维护点。
参考文献：
[1]王秉铨.工业炉设计手册[M].2版.北京:机械工业出版社，.
[2]钢铁厂工业炉设计参考资料编写组.钢铁厂工业炉设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社，.
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