蓄热式燃烧技术在合金钢加热炉的应.doc

节能降耗技术在蓄热式加热炉中的应用与研究 1、前言莱钢特殊钢小型成材车间原加热炉是推钢两段式无水冷滑轨燃煤气加热炉，以焦炉煤气作为燃料，采用平焰式炉顶烧嘴，炉底面积18.32.4=44m2。设计最高产量15t/h,加热原料主要是：6027522000mm方坯。加热钢种有碳素结构钢、合金结构钢、轴承钢、合金工具钢等。随着车间的半连轧改造，产能不断增加，现加热能力已严重不足，直接制约了生产。加热质量也需进一步提高。为此，2001年 月，加热炉易地改造为单蓄热式加热炉，采用高温空气燃烧技术对加热炉进行了节能技术改造，可直接加热150180mm连铸坯，由二火成材变为一火成材。 1 确定蓄热方式对于采用单蓄热方式还是双蓄热方式，主要从合金钢加热工艺的特殊性和从生产运行的特性来考虑。 从合金钢加热工艺的特殊性分析，合金钢要求低温慢速加热和高温快速加热相结合，这样就要求有充足的低温段（小于700），采用单蓄热方式，留设一部分预热段，可利用1/3的排放烟气进行钢坯的预热，形成一部分温度梯度，若采用双蓄热加热方式，加热炉各段都要布置烧嘴，低温段的蓄热式烧嘴易造成在不稳定燃烧区工作。从生产运行的特性来看是满负荷运行率较低（60%左右），规格品种多、批量小；轴承钢连铸坯要求高温加热扩散等工艺。大多数工况都是在中低负荷运行。双蓄热加热炉，在混合煤气蓄热运行中，每换向一次（烧嘴式蓄热换向为每12分钟一次）就有46 m3的煤气损失，在此情况下，双蓄热加热炉低负荷运行和蓄热高热值煤气的节能效果就会降低。针对我厂生产和使用混合煤气的实际情况，决定采用烧嘴式单蓄热加热炉。3 技术方案加热炉异地改造后为侧出料推钢单蓄热式三段连续加热炉。主要数据如下：加热能力：最大45t/h。有效炉底强度：600Kg/m2h。有效炉底尺寸：3.24825.21882m2。预热空气温度：900-1050。排烟温度：引风机排烟150，烟囱排烟900。加热钢种：碳结钢;合金钢;轴承钢;弹簧钢;碳工钢;合工钢。加热温度：10501200 。滑轨采用汽化冷却方式，两根12120mm纵水管及带有T型水管支撑的8根13320mm单横水管，为了消除金属滑轨黑印的影响，除采用高70mm的耐热滑块（Cr25Ni20）外，还设有2.5m多长的实炉底均热段。燃烧产生的烟气一部分由炉尾排出进入地下烟道,最后由烟囱排放；另一部分经蓄热体被抽引到金属烟筒排放,加热炉结构如图一 所示。图一 小型单蓄热式加热炉结构简图3.1 耐火材料设计、施工与烘炉 炉体炉墙结构为：308mm高铝质低水泥浇注料+232mm轻质保温砖+80硬硅酸钙绝热板+6mm钢板；吊挂顶炉顶结构为：230mm高铝质低水泥浇注料+120mm轻质浇注料；炉底为：100mm镁砂+272mm一级粘土耐火砖+272mm轻质粘土砖。为了保证烘炉的质量，首先制定了12天的烘炉曲线，为保证低温（400）烘烤均匀的效果，制作了临时的烘炉煤气管道和炉底烘烤管，400以上时，投入点火烧嘴进行烘炉。3.2 供热布置与蓄热烧嘴炉子共设26 个蓄热空气式烧嘴，烧嘴的供热布置：均热段2个左右各一；前加热段12个上下左右对称布置每侧6个；后加热段12个上下左右对称布置每侧6个，每个蓄热烧嘴额定单蓄热空气能力为1000m3/h，冷风通过蓄热式烧嘴中的蓄热体加热后供入炉内,煤气从旁边的金属通道中供给，煤气和风分别喷出在炉内混合燃烧，这样分布使被加热金属的表面易形成可燃物浓度高，残氧浓度低的气氛，从而减少了氧化烧损。 烧嘴蓄热室内充填陶瓷质球状蓄热体(181mm)。由于蓄热体具有很大的比表面积(175m2/m3)，故传热速度快，蓄热、放热效率高。每个蓄热烧嘴设有检修孔，可以对小球进行检查和更换。更换后的小球可以通过筛选去除氧化铁皮及灰尘，重新使用。3.3 换向系统采用蓄热式燃烧必须有一套可靠的换向系统，小型车间加热炉采用2套HRC-V-500换向阀，分别用于均热段、加热段的空气和烟气的集中换向，该系统以压缩氮气为动力，工作可靠，寿命长，系统带有完善的PLC程序控制功能，具有定时换向、超温强迫换向功能；具有煤气换向延时与风同步和煤气双向同喷功能；还具有烟气温度高、设备故障指示及自保护等功能以及煤气安全连锁功能，保证了炉子可靠、安全地运行。4 应用效果4.1热利用率高，节能效果显著,吨钢煤气消耗下降10%15%。4.2燃烧方式改变，燃烧稳定且温度均匀。由于空气预热温度很高，燃气的氧化放热反应变得易于进行（燃烧速度加快），高预热温度保证了燃气在进入炉膛内就稳定燃烧。整个炉膛内温度更加均匀。4.3降低污染排放。该技术采用空气和燃气通过各自的喷口喷入炉膛，燃烧在贫氧状态下分散燃烧，可以降低NOx物的生成，减少NOx物排放；同时温室气体CO2的排放也减少20%以上。5 结论小型加热炉通过蓄热式技术改造后，系统运行稳定可靠，使用操作简单，减轻了工人的劳动强度，实现了加热炉合理燃烧，提高了生产效率，加热质量明显改善，减轻了环境污染，满足了生产控制要求，具有良好的经济效益和社会效益。 莱钢小型合金钢棒材生产工艺研究与实施工作报告1、 前言莱钢特殊钢厂小型车间在2002年合金钢棒材半连轧改造后，年设计能力为15万吨；2003年在后步工序改造以后，生产顺行、质量稳定、产量提高，年产能力为20万吨；其主要的轧钢设备有5201三辊初轧机一列，4506平立交替中轧机组，3506平立交替精轧机组，其主要的辅助设备有三段蓄热式加热炉一座，一座6610m的步进式冷床，一台400吨冷剪，一台160吨热剪和一组打捆收集装置；车间厂房成“”形布置；主要生产规格1265mm规格的圆钢，主要品种有碳结、合结、齿轮、轴承、锚链等。2、改造过程 为提高小型合金钢棒材的产量和产品质量，在莱钢特殊钢厂“核竞工程”实施的同时，小型车间进行了生产工艺的柔性化改造。改造充分利用原有设备，以原工艺的孔型系统为基础，利用系统思考的原则，对小型车间的520粗轧、450中轧、350精轧的孔型系统进行了整体优化改进，设计出一套切实可行的孔型系统。小型车间生产工艺优化配置改进以后，钢材的产量和质量有了大幅度提高；年产量提高到了40万吨。具体改造内容为：1） 520粗轧机孔型系统的改造小型车间原520粗轧生产工艺为三套孔型系统：第一套是以1501803000mm矩形坯为原料，520轧机布七道孔型，粗轧半成品为702坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产1216mm规格钢材而设置；第二套是以1501803000mm矩形坯为原料，520轧机布五道孔型，粗轧半成品为近似1002坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产18mm及以上规格钢材而设置；第三套是以1802202500mm矩形坯为原料，520轧机布九道孔型，粗轧半成品为近似962坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产28mm及以上规格钢材而设置，由于三套轧辊不能通用，致使车间的备用轧辊数量巨大，车间成本一直居高不下，且由于更换规格时频繁更换轧辊，致使生产效率低下，严重影响产量和质量的提高。针对这种情况，我们考虑到，如果将三套孔型系统合并成一套，以上种种影响生产的不利因素将迎刃而解。依据这种思路，我们对三种工艺参数进行了认真的分析，同时翻阅了大量资料，最后决定优化第七道孔型，大胆尝试使用极其少见的双侧壁斜度孔型，经过多次仔细演算，很好地解决了既能从第七道出近似1002坯，又能与第八道六角孔形成共轭、从第九道出702坯的要求。使520粗轧的三套孔型很好的合并成一套，实现了孔型的共用。2）中、精轧孔型系统的优化改进小型车间原中、精轧孔型系统共两套：一套为520轧机出702坯，经过中轧1#、2#轧机的六角方孔型轧制，中轧3#6#及精轧六架轧机的椭圆圆孔型系统的轧制，生产规格为1232圆钢。第二套为中、精轧全部为椭圆圆孔型系统，生产规格为2865圆钢。此套孔型系统所吃半成品坯料为520轧机轧出的近似1002坯，在实际生产中，两套孔型系统虽然各成体系，有些相近规格的孔型也能够共用，但是，在最初的孔型设计中，每种规格都几乎有一套独立的孔型系统，规格与规格之间的孔型的共用性极差，致使在实际生产中，每更换一种规格，所有轧机都要拆装一次，严重影响了作业时间，降低了生产效率，致使小型车间的产量一直在低谷徘徊，没有大的突破。鉴于这种情况，对小型车间两套孔型系统我们进行了仔细的分析研究。查阅了大量的资料，进行了复杂的演算，并且根据小型车间规格多、批量小的生产特点，最后把小型车间的孔型系统改造优化为成前成品成前成品这种连续的孔型系统。具体的改造内容为：每逢双号机架均可以出成品，这样，只要生产组织合理，更换规格时，只需拆两架轧机或装两架轧机即可，大大节约了换辊时间，很好地提高了生产效率，产量的提高有了历史性的突破。3） 中、精轧孔型系统的优化配置中、精轧孔型优化改进以后，虽然在很大程度上增加了生产工艺的柔性化，但是，由于小型车间的轧制规格比较繁杂，规格跨度较大（从12到65圆钢），涉及的规格有20多个，而每种规格的批量又不是很大，所以，频繁换辊仍然是制约生产效率的不利因素，对此，我们又对每套孔型在轧辊上的配置进行了有效的优化。根据小型车间所生产规格的批量大小以及每套孔型的连续性工艺特点，同时考虑到中轧孔型磨损慢、精轧孔型磨损快的工艺特性，经过仔细研究，我们对孔型系统进行了如下配置：中精轧全部为椭圆圆孔型系统的配置在一套轧辊上（我们称之为大规格配辊图）；中精轧为六角方和椭圆圆两种孔型系统混合使用的配置在一套轧辊上（我们称之为小规格配辊图）。而小规格配辊图又采用了一套轧辊配置三种孔型的模式，即中轧吃702的12规格一套孔型、14、16规格一套孔型和中轧吃1002的18及以上规格一套孔型同时配置在一套轧辊上，这样，当更换规格时，只更换轧槽，不用更换轧辊，即节约了换辊时间，又降低了职工的劳动强度，很好的解决了由于频繁换辊对生产效率的不利影响。3、主要研究内容1）在改造过程中，我们主要对粗轧机的第八道双侧壁孔型进行了反复研究和演算，实测了许多组料形尺寸，同时，根据钢种的不同，温度不同、外界条件不同，把每一组料型的延伸与宽展仔细演算，并与理论知识相结合，最后找出规律性的东西来指导我们的设计。 2）在中精轧的孔型设计中，由于成品孔的开口度比较小，既要满足成品要求，又要满足过渡孔型的要求，很难做到。于是，我们对各道孔型的延伸与宽展的取值进行了反复演算，最后终于达到了满意的效果。4、结束语通过此次对小型车间生产工艺的系统的优化改进，山东省第一条“小型合金钢棒材的柔性化轧制”得以彻底改观，并且优化改进一次成功。经过几个月的生产，工艺过程稳定，成品尺寸良好，综合成材率达到了96.5%，比改进优化前提高了2%，年产可达40万吨，年经济效益达1400万元以上，改造达到了预期的效果。 莱芜钢铁集团有限公司 2004年12月 鉴定材料之三莱钢小型合金钢棒材生产工艺研究与实施技术报告莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂二零零四年十二月莱钢小型合金钢棒材生产工艺研究与实施技术报告1、 改造前的现状莱钢特殊钢厂小型车间在2002年合金钢棒材半连轧改造后，年设计能力为15万吨；2003年在后步工序改造以后，生产顺行、质量稳定、产量提高，年产能力为20万吨；其主要的轧钢设备有5201三辊初轧机一列，4506平立交替中轧机组，3506平立交替精轧机组，其主要的辅助设备有三段蓄热式加热炉一座，一座6610m的步进式冷床，一台400吨冷剪，一台160吨热剪和一组打捆收集装置；车间厂房成“”形布置；主要生产规格1265mm规格的圆钢，主要品种有碳结、合结、齿轮、轴承、锚链等。2、 改造的必要性随着莱钢核竞工程的实施和规模的扩大，今年莱钢的合金钢产量将达到100万吨的水平；小型合金钢棒材生产年产20万吨已远远不能适应莱钢的发展和市场需求。只有增加产能，才能适应莱钢的发展和市场需求。而在现有的设备基础上增加产能，只能通过优化生产工艺来实现。小型车间现在生产规格为1265mm圆钢，规格众多、品种齐全。但现在最大的不利是每种规格的批量很少，加之市场变化较大，很多规格需要根据市场的需求及时作以调整，因而常常出现换辊频繁、影响生产效率的不良现象；这样，不但加大了生产准备的工作量，使其疲于拆装轧机而无法对轧机进行正常维护和维修，轧机准备不充分，影响生产，而且严重影响了车间生产效率的进一步提高，使车间的生产能力和产品质量受到了很大影响；同时，由于频繁换辊，职工的劳动强度增大，严重挫伤了职工的工作热情和劳动积极性。针对这种现象，我们利用系统思考的观点，对小型车间的孔型系统进行了大换血，重新演算，优化出一套切实可行的孔型系统。3、改造方案及具体实施内容1） 520粗轧工艺的优化配置小型车间原520粗轧生产工艺为三套孔型系统：第一套是以1501803000mm矩形坯为原料，520轧机布七道孔型，粗轧半成品为702坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产1216mm规格钢材而设置，其料型具体尺寸如下表：道次料型宽料型高压下量延伸系数（）宽展系数（b）1156145351.1890.1712163115301.1870.2333123128351.1910.2286413198301.2490.267511794371.2170.514613264301.2420.5788.588.543.51.2620.563此孔型系统前五道采用箱方共轭孔型系统，第五道中辊为变形近似箱，第六道上辊为六角孔，第七道为菱方孔，此种孔型特点是第六道采用大压下量，减少轧制道次，提高轧机作业率。第二套是以1501803000mm矩形坯为原料，520轧机布五道孔型，粗轧半成品为近似1002坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产1832mm规格钢材而设置，其料型具体尺寸如下表：道次料型宽料型高压下量延伸系数（）宽展系数（b）1157114361.1940.19442164112321.2310.2193120126381.2150.2105412792281.2490.25594100331.2430.242此种孔型完全采用箱方共轭孔型系统，520轧机减少了两道次，大大提高了粗轧机的生产效率，解决了制约生产能力提高的瓶茎，为产量的进一步攀升打下了坚实的基础。第三套是以1802202500mm矩形坯为原料，520轧机布九道孔型，粗轧半成品为近似962坯，然后进中、精轧，此种半成品坯型主要是为生产28mm及以上规格钢材而设置，其料型具体尺寸如下表：道次料型宽料型高压下量延伸系数（）宽展系数（b）1186188321.1320.1882192158301.1530.23165160321.1490.2194171130301.1880.25137138331.1760.2126144108301.2160.2337114116281.1760.214812690261.2240.23199696241.1720.25此种孔型完全采用箱方共轭孔型系统，是为适应生产第二连铸车间生产的齿轮钢和轴承钢等高附加值产品而设置。由以上孔型配置可以看出，520轧机的三套孔型缺一不可；而在实际生产中，由于小型车间生产规格繁多，每钟规格批量较少，当更换规格时就出现了520轧机的一套轧辊上线还未达到工艺要求的轧制量，就要因规格不同而频繁换辊；这样，不但使轧辊的使用造成极大的浪费，而且由于拆装一次520轧机需4个小时左右，这对生产效率的提高产生极大的冲击，产量无法有很大的突破；同时，由于三套轧辊不能通用，致使车间的备用轧辊数量巨大，车间成本一直居高不下，这于“核竞工程”要求的节能降耗的愿景相悖甚大。针对这种情况，我们考虑到，如果将三套孔型系统合并成一套，以上种种影响生产的不利因素将迎刃而解。依据这种思路，我们对三种孔型的工艺参数进行了认真的分析，发现可行性很大。具体方案为：520轧机布九道孔型，1801503000矩形坯从第三道进入，从第七道出近似1002坯，第八道仍用六角孔，从第九道从702坯；1802202500矩形坯从第一道进行轧制，也从第七道出近似1002坯，按照这种思路，我们先对出近似1002坯的半成品的两种坯形的各道次的所有参数进行了大量仔细的演算，最后发现，孔型系统的兼容性很好，一举获得成功；而在演算第九道出702坯半成品时，却遇到了非常棘手的问题。因为原520轧机第一套孔型系统的第五道中辊为变形箱近似六角，目的是与第六道上辊六角孔形成共轭；而孔型优化以后，新配置的第七道孔型为正规箱形孔，与第八道上辊的六角孔开口相差很大极不相配，若利用此孔型系统轧制钢材，必定会出现“帽形”料型，那么，在第九道的轧制中，很容易造成半成品的折叠现象，且轧件的稳定性极差，易造成半成品的拉丝、料扭等缺陷，影响中、精轧的料形尺寸，影响产品质量。在这种情况下，我们翻阅了大量资料，最后决定优化第七道孔型，大胆尝试使用极其少见的双侧壁斜度孔型，经过多次仔细演算，很好地解决了既能从第七道出近似1002坯，又能与第八道六角孔形成共轭、从第九道出702坯的要求。下面是优化后的料型尺寸表：道次料型宽料型高压下量延伸系数（）宽展系数（b）1184183371.1760.1082189150331.1830.15153157151381.180.1914164113381.2740.1845123126381.2190.2105613393331.2530.303710599341.190.35812563361.320.55988.588.536.51.610.69从以上表格可以看出，1801503000mm连铸坯从第三道进，轧制5道从第七道出近似1002坯，轧制7道从第九道出702坯；1802202500连铸坯从第一道进轧制7道出近似1002坯。很好地实现了孔型的共用。经过实际生产，达到满意的效果。双侧壁斜度孔型的使用成功，为我们以后的孔型设计工作开辟了一条崭新的思路，同时也为我们的工艺技术管理工作的推陈出新打下了坚实的基础。通过优化我们可以看出，轧制任何一种坯型，出任何一种半成品方，都不用更换轧辊，只是从不同道次出、入的问题；同时车间的备用轧辊的数量也大大减少，很好地降低了成本。2） 中、精轧孔型系统的优化改造小型车间原中、精轧孔型系统共两套：一套为520轧机出702坯，经过中轧1#、2#轧机的六角方孔型轧制，中轧3#6#及精轧六架轧机的椭圆圆孔型系统的轧制，生产规格为1232圆钢。此套孔型系统的缺点是：由于520轧机的线速度仅为2.5m/s，经过七道轧制进中精轧，效率很低，产量很难有很大的突破。第二套为中、精轧全部为椭圆圆孔型系统，生产规格为2865圆钢。此套孔型系统所吃半成品坯料为520轧机轧出的近似1002坯；由于此孔型系统所生产的规格大，并且省去了六角方孔型的扭转轧制，工艺事故大大减少，使生产顺行、效率提高、产量增加，且很容易组织生产。在实际生产中，两套孔型系统虽然各成体系，有些相近规格的孔型也能够共用，但是，在最初的孔型设计中，每种规格几乎各有一套独立的孔型系统，规格与规格之间的孔型的共用性极差，致使在实际生产中，每更换一种规格，所有轧机都要拆装一次，大大减少了作业时间，降低了生产效率，致使小型车间的产量一直在低谷徘徊，没有大的突破。鉴于这种情况，对小型车间两套孔型系统我们进行了仔细的分析研究。查阅了大量的资料，进行了复杂的演算，并且根据小型车间规格多、批量小的生产特点，最后把小型车间的孔型系统改造优化为成前成品成前成品这种连续的孔型系统。具体的改造内容为：针对第二套孔型系统，我们根据椭圆圆孔型系统的变形比较均匀、轧制前后轧件的断面形状能平滑地过渡、可由延伸孔型直接轧出成品圆钢的特点，同时，结合成品孔型与中间过渡孔型双方面的特点，通过对实际料形尺寸的实地测量，对成品孔型的开口尺寸进行了精确的演算，使其能够很好的充当下一成品孔型的过渡孔型，设计出了一套切实可行的孔型系统。下面是此套孔型系统设计优化后的工艺流程表：中、精轧机架来 料备 注10021#84K22#84K13#65K24#65K15#50（48、52）K255K248、50、52共用K26#50（48、52）K155K17#40（38、42）K245K238、40、42共用K28#40（38、42）K145K19#32K235（36）K235、36共用K210#32K135（36）K111#25K230（28）K228、30共用K212#25K130（28）K1由上表可以看出，每逢双号机架均可以出成品，这样，只要生产组织合理，更换规格时，只需拆两架轧机或装两架轧机即可，大大节约了换辊时间，很好地提高了生产效率，产量的提高有了历史性的突破。对于第一套孔型系统，我们同样采用这种孔型配置方式进行了改进优化。同时，为了解放520粗轧机的能力，消除由于520轧机线速度低而对产量的瓶茎限制，我们经过认真地演算和对料型的实测，大胆地把520轧机的第8、9道六角方孔型移置到中轧1#、2#轧机上，并且进行了有效的改动，使其变为正规的六角方孔型，由此，中轧前四架为六角方孔型系统，后两架及精轧仍为椭圆圆孔型系统。经过反复演算，精轧12#机能轧出的最小规格圆钢为18mm 。这样，由于中、精轧机组可提速轧制，大大提高了生产效率和机时产量。由此，除12、14、16三种规格必须用702半成品轧制以外，其余规格均可利用520轧机下料1002半成品坯料轧制，这样，不但解放520粗轧机的能力，消除由于520轧机线速度低而对产量的瓶茎限制，而且，职工的劳动强度大大降低，产量也有了突飞猛进的攀升。下面是此套孔型设计优化后的工艺流程表：机架来 料来 料来 料70210027021#六角六角六角2#4827024823#36K2六角椭圆4#36K14823325#28（30）K236K2椭圆6#28K130K136K123.527#22（25）K228（30）K220K28#22K125K128K130K120K19#18K220K222（25）K216K210#18K120K122K125K