首钢京唐2250热轧工程特大型步进梁式加热炉技术研究

燕山尊者

北京首钢国际工程技术有限公司（以下简称首钢国际工程公司）具有轧钢加热炉设计的丰富经验，不断跟踪国内外加热炉新技术、新设备的发展方向，并进行消化、吸收再创新，完成了首钢京唐2250热轧工程加热炉的设计，并成功应用于生产。投产以来，加热炉步进机械、装钢机、出钢机、汽化冷却系统、空气换热器、煤气换热器、烧嘴及燃烧系统、炉体、水冷系统、液压系统、供风系统、自动化控制及检测系统等运行良好，新技术综合运用成功，受到了用户的好评。

1 特大型步进梁式加热炉技术的研究背景

从武钢1700热轧到宝钢2050热轧加热炉的建成，标志着我国热轧加热炉进入到了大型或特大型的时代，这个时期的大型加热炉都是由国外引进，加热炉结构型式较传统。由于燃烧关键设备烧嘴特性，还采用的是端部加热，炉型复杂，操作环境恶劣。随着烧嘴技术的研发，火焰的长度逐渐加大，炉型曲线也向简单实用方向发展；采用水冷却，钢坯的“黑印”较大；耐热滑轨的材质、布置还都有局限性，钢坯的加热质量存在不足。钢坯热送热装技术越来越得到重视，长行程装钢机应运而生；步进机构轮距也逐渐加大；步进梁的布置和间距越来越向节能方向发展；随着耐火材料行业的发展，加热炉的砌筑向着复合结构方向发展，逐步减小厚度并节能；加热炉的控制自动化水平也越来越高。

2 2250工程加热炉的技术特点

2.1加热炉主要技术参数

首钢京唐公司2250工程加热炉设计要求为冷装350t/h，燃料为混合煤气，低发热值为8380KJ/m3；板坯规格：230×850-2150×9000-11000；230×850-2150×4500-5300；最大重量为40t，热装率60%。

2.2加热炉的布置及结构设计

首钢京唐公司2250mm热带轧机工程的车间布置，采用了代表现代钢铁生产工艺流程的、炼钢—连铸—热轧工序三位一体的紧凑式布置。2台连铸机板坯输出辊道和热轧轧制线及加热炉装炉辊道直接相连接，为实现高水平的热装生产创造了前提条件。

加热炉采用下排烟，即炉内燃烧生成物自炉尾侧下部的分烟道进入空气预热器和煤气预热器，汇总后经过烟道引至车间外烟囱排出。2座加热炉共用1座烟囱，烟囱出口直径为5.8m，高度为100m。

炉内钢坯支撑梁采用汽化冷却，每座加热炉的汽包设置在两座加热炉之间的平台上。

加热炉助燃风机，布置在加热炉装料跨的地下空间。

为了保证炉宽方向上温度分布的均匀性以及提高炉气对炉内板坯的传热效率，对炉型和烧嘴选择进行了合理配置。

加热炉采用全平顶结构，各段之间设置隔墙。由于加热炉较长，加热炉自出料端至装料端沿炉长方向上共分为均热段、第二加热段、第一加热段、预热段、热回收段；除热回收段不设置烧嘴外，其余各段均设置烧嘴。共8个燃烧控制段。均热段上部供热全部采用平焰烧嘴；其余各段均采用侧部调焰烧嘴。加热炉设置5根固定梁和4根活动梁，为了消除水管黑印和适应双排装料，在均热段增加1根固定梁。



首钢京唐钢铁厂2250热轧工程加热炉三维设计图



首钢京唐钢铁厂2250mm热轧加热炉热试一次成功

2.3加热炉的新技术应用

1）低NOX烧嘴：采用日本新型烧嘴，火焰长，炉内混合，NOX低。

2）空煤气双预热技术：空气预热到450℃，煤气预热到250℃，节能20%。

3）炉体复合保温结构：炉顶采用可塑料和两层隔热材料复合，高温段内粘贴多晶莫来石纤维块，再刷高温节能涂料；炉墙采用浇注料和两层隔热材料复合；炉底采用砌砖和隔热材料复合；水梁包扎采用耐火纤维和浇注料复合结构。

4）水梁交错布置并分段：在高温段和低温段水梁根数不同；在炉长方向水梁分成四段。

5）炉底梁采用汽化冷却技术：该技术的采用使得钢坯加热质量好，节能效果明显，还可以产蒸汽6－20t/h。

6）水梁高合金的耐热垫块：垫块采用高合金的耐热垫块，双块“千鸟足”布置方式，减少水梁与板坯接触处温差，提高板坯加热质量。

7）热装热送：装炉温度600℃，并采用长行程装钢机，缩短加热时间，提高加热炉产量，节能效果好。

8）烧嘴间拔控制：除均热段外，每个烧嘴均可实现间拔控制，控制灵活，操作方便。

9）自动化程度高：采用全自动化控制，炉膛温度控制采用具有“动态限幅带”的双交叉限幅控制，实现一、二级自动控制。

2.4加热炉的节能措施

1）按节能炉型加热炉配置不供热的热回收段，以充分利用高温段烟气预热入炉的冷料，降低排烟温度。

2）在加热炉烟道上设置空气预热器、煤气换热器，回收出炉烟气带走的热量，节约燃料，降低板坯的单位热耗。空气预热器是带插入件的金属管状预热器，预热温度450－500℃、煤气换热器是高效对流管状换热器，预热温度300℃。

3）炉底水梁和立柱采用优化设计，设计大跨度的炉底梁立柱结构，采取合理的支承梁及其立柱的配置，力求减少管底比，并采用双重绝热包扎，以减少冷却管的吸热损失和冷却水的用量。

4）采用高合金的耐热垫块，双块“千鸟足”布置方式，以减少水管黑印，同时也达到了不因减小板坯断面温差而延长均热时间，从而减少了燃料消耗。

5）炉内支承梁及其立柱采用汽化冷却，利用汽化产生的高压蒸汽并网使用，以充分利用废热，降低生产成本。

6）采取高温耐火可塑料整体捣制的炉顶和复合层炉墙结构，保证加热炉有较长的使用寿命，同时加强加热炉砌体的绝热，减少散热损失。

7）合理配置加热炉两侧窥视孔、操作炉门及检修炉门，结构设计做到开启灵活，关闭严密，减少炉气外溢和冷风吸入的热损失。

8）配备完善的热工自动化控制系统，确保严格的空燃比和合理的炉压等控制，使热损失及燃耗降低到最小。

9）加热炉采用了低NOx烧嘴，NOx的排放量符合国家规定的排放标准。

10）加热炉采用100m高烟囱，粉尘和SO2排放浓度均符合《工业炉窑大气污染物排放标准》的规定。

11）加热炉的助燃风机置于地坑内，采取有效的减震措施，并在风机的入口安装消音器，可使车间内的噪音值不大于85分贝。

3 加热炉的推广及应用价值

首钢京唐公司2250工程加热炉设计采用了世界上加热炉先进的技术和节能措施，代表了大型板坯加热炉的发展方向，布局紧凑、合理，维修、操作方便；炉型结构节能、经济、寿命长；设备、材料选型先进、经济、合理、适用，具有广泛推广和应用价值。

加热炉设计团队

首钢国际工程公司是一个非常重视团结的公司，2250工程在公司领导李春生的直接领导下，成立了由梁洁玲为总师、工业炉室主任苗为人总负责、主管设计师刘学民为专业负责人的设计团队。设计团队广泛搜集国内外热轧步进加热炉各种燃料和坯料的资料，充分分析、研究国内大型热轧加热炉的技术现状和优缺点，特别是在使用过程中出现的问题和需要改进的地方。将首钢京唐公司的设计方案与类似的加热炉进行全方位、多角度对比，不断完善我们的设计方案，使我们的方案日臻完美。现在3座加热炉已全部投产，一次试车成功，用户非常满意。2250加热炉的建成投产，标志着首钢国际工程公司在特大型加热炉的设计、技术开发和应用方面迈向了国际先进水平的行列。有了这样的团队，有了这样的精神，我们的前景也必将更加辉煌。




首钢京唐钢铁厂2250mm热轧加热炉实景图