酒钢CSP加热炉工厂描述

1 酒钢 CSP 加热炉工艺简介 酒钢 CSP 加热炉由意大利德兴总体设计 为蓄热式隧道炉 双流运行的模式 一流连接连续铸机 A 线和轧线 一流连接连 续铸机 B 线 两流炉子流间距为 26 米 厂方跨度 39 米 加热 炉的燃料为混合煤气或纯转炉煤气 从连铸机出来的高温铸坯进入加热炉 在炉内完成铸坯加 热和均热过程 铸好的热坯会由布置于加热炉输入端头的摆剪切 成所需的定尺长度 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 使前后两块铸坯形成 1 5 2 0m 的间距 这一操作 所需的控制信号由铸机发出 定尺长度的连铸坯以铸速连续进入加热炉 在炉内完成加 热和均热 这一过程由计算机控制的 为实现这个目的 炉区 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 当连铸坯的温度和温差达到了轧机的要求 铸坯立刻以高 速向出料端传输 当轧机要求轧制铸坯时 铸坯离开均热区并保 持与第一架轧机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 两线连铸机的铸坯进入相应的加热炉 A 线加热炉的铸坯 2 直接进入轧机轧制 B 线加热炉的铸坯由摆渡车首先送入 A 线 加热炉 然后进入轧机轧制 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 当炉子不接纳铸坯时 连铸坯由摆剪在炉外碎断并移走 当轧机停轧时 后续铸坯连续进入炉子 并在定位处以低速摆 动 直至炉子被铸坯完全充满 炉子设计具有一定的缓冲能力 当炉内板坯缓冲时 炉辊不能停止 维持正反转 炉辊摆动的 速度为 4 6m min 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 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 板坯在炉内传输过程中 由于需要精确计算炉内 的缓冲时间 因此就必须对炉内的板坯实行跟踪 沿炉长度方 向布置若干对光电管 炉子机械设备传动控制系统的 PLC 通过 光电管检测信号 来实现炉内板坯的跟踪 为防止板坯跑偏撞坏炉墙 沿炉长方向安在炉墙安装光电 管 对板坯跑偏进行监视报警 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 3 在每个温度控制区内安装有三个热电偶 测得的数据输入到用 于燃烧控制的 PLC 中 PID 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 依据计算值 PLC 系统会控制安装在每个区域 燃气和助燃气供应线上控制阀的打开和闭合 以此来控制输送到各 个区域的气量 实现加热炉最佳化控制 空燃比是自动控制的 1 加热炉的有关技术特点 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 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 4 2 加热钢种 加热钢种 碳钢 优质碳素结构钢 高强度低合金钢 汽车钢 管线钢 耐候钢 低碳钢 超低碳钢 3 运行参数运行参数 3 1 板坯外形尺寸和重量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 52 mm 厚 41 1m 60 mm 厚 36 3m 68 mm 厚 47 4m 50 mm 厚 35 2m 70 mm 厚 单位质量重量7500kg m3 3 2 来自铸机的板坯速度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 6 m min 最大铸机速度 将来趋势 7m min 最大速度变化 1m min2 5 3 3 板坯在加热炉内的速度板坯在加热炉内的速度 速度范围 稳定状态 2 5 60m min 3 4 轧制条件轧制条件 板坯进入轧机 F1 的最小速度 52 mm 11 4m min 60 mm 10 8m min 68 mm 10 2m min 50 mm 17 4 m min 70 mm 12 0 m min 最大速度 17 4 m min 在 F1 两块板坯之间的间隙 用 2 台卷取机 15 s 3 5 装料温度装料温度 加热炉的工作条件在下表中给定 先决温度条件 固态温度 1 430 1 510 C 铸机拉速 m min 在 CSP 加热炉入口处薄板坯的温度 C 50 mm 52 mm 60 mm 68 mm 70 mm 2 5865880 事故状态下的速度2 8840890905 3 0860910930 3 25885935955 3 5855905960980 3 758608759259801005 4 087589094510051025 4 2589090596010251045 4 590592098010451065 正常铸机拉速 4 75920935995 速度范围5 09359501010 5 259459601025 5 59559701040 6 3 6 加热炉的外形尺寸加热炉的外形尺寸 Line A 从第一个到最后一个外部辊之间的长度237 5m Line A 钢结构长度236 25 m Line B 从第一个外部辊到加热炉尾部的长度 233 12 m Line B 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 4700mm approx 炉辊轴线到耐火炉顶 930mm approx 炉辊间距 1250mm 轧制线水平面 915mm 轧制线到外部上燃烧管道2500mm approx 轧制线到耐火炉底1500mm approx 轧制线到炉子基础面450mm approx 3 7 加热炉加热能力加热炉加热能力 每座最大加热能力为 272t h 两座最大加热能力为 544t h 3 8 消耗量消耗量 在无负荷情况下燃料的消耗量预计 炉温900 C1100 C1150 C1200 C Line A 消耗量Nm3 h 6 850 8 940 9 500 10 000 Line B 消耗量Nm3 h 6 630 8 6509 1909 680 3 9 加热炉出口温度加热炉出口温度 5 759709851050 6 09809951070 将来可能达到的速度6 2599010051080 理论速度6 510001015 6 7510051025 7 010101030 7 目标出口温度为 1050 到 1150 C 10 C 4 0 温度均匀性温度均匀性 在正常条件下 加热炉控制系统保证板坯在纵向和横向的加热 温度的均匀性为目标出口温度为 10 C 除了边部的 40 mm 这 里的温度稍高于额定温度 4 1 缓冲时间缓冲时间 在最坏的工作条件下模拟加热炉的缓冲时间 模拟的基础条件 如下 加热炉长度 238 0 m 两块板坯在轧机入口处的时间间隔 15 s 两个卷 取机工作 模拟时间2 hours 在各种的情况下 缓冲时间超过 10 min 在不同情况下的缓 冲时间如下 板坯厚度板坯长度VccVmill板坯温度加热时间缓冲时间 mmmm minm min Cminutesminutes 15247 4411 489012 422 2512 595010 614 3614 59959 311 4717 410307 910 56041 1410 894512 622 6512 5101010 115 7614 510707 112 86836 33 510 29601427 9410 510051222 104 511 510459 718 8 4 耐火和绝热材料耐火和绝热材料 不同的耐火材料被用到加热炉的建筑结构上 目的是减少热量 损失 为加热炉提供完整的壳体 同时保证人身安全 4 1 加热炉侧墙和炉床 炉底加热炉侧墙和炉床 炉底 150mm 以上 以上 加热炉炉衬层 155 mm 耐火绝热浇铸料 100 mm 绝热浇铸料 或绝热砖 基本设计时决定 75 mm 绝热板 这些材料通过金属锚钉固定在加热炉框上 这些材料技术特性如下 40 42 氧化铝浇注料 AL2O340 min SiO2 42 Fe2O3 6 CaO 8 烘烤后比重1350kg m3 服役温度 1350 C 热传导性 0 59W m K at 1000 C average 绝热浇注料 AL2O333 min Fe2O3 6 9 CaO 12 烘烤后比重900kg m3 服役温度 1200 C 热传导性 0 24W m K at 800 C average 绝热板 钙硅酸盐块 服役温度 1100 C 密度 240 kg m3 AL2O3 20 min SiO2 40 热传导性 0 08 W m K at 400 C average 4 2 氧化铁皮泄料口氧化铁皮泄料口 85 mm耐火绝热浇注料 25 mm绝热板 4 3 轧制线以上的炉墙轧制线以上的炉墙 炉辊中心线以上 150 mm 到炉顶 加热炉炉墙衬层是后面覆盖 一层薄铝板外壳的陶瓷纤维块 铝 外壳可防止加热炉外壳氧化 270mm 厚的陶瓷纤维块 20 mm 厚的 铝覆盖层 共 290 mm 厚 这些模块通过特殊的不锈钢锚钉固定在 加热炉炉墙上 外壳和模块所用的陶瓷纤维具有下列典型特性 服役温度 1350 C AL2O3 45 min SiO2 55 10 密度 180kg m3 热量损失 500 W m2 在 1150 C 加热面 5 加热系统 加热系统 5 1 助燃空气风机助燃空气风机 离心式风机直接连接到电机上 一个整体支撑框架支撑着助燃 风机 所有风机的助燃空气流量由一个 VVVF 变频器进行控制 轴承用甘油润滑 风机配备有消音器以减少噪音的产生 风机的主要特征如下 表 8 Line AFan 1Fan 2Fan 3 助燃空气设 备流量比 Nm h 19 80013 7005 900 压力Pa125001250012500 名义转速 r p m 150015003000 设备功率KW1329037 Line B 助燃空气设 备流量比 Nm h 19 80014 0005 900 压力Pa125001250012500 名义转速 r p m 150015003000 设备功率KW1329037 1 m 处的噪 85 dBa as per ISO 80 标准 11 音 以上所有的风机不仅提供助燃空气 同时提供冷空气 冷却加 热炉压力控制阀的轴心 5 2 稀释空气风机稀释空气风机 为保护换热器 所有的区域配有单独的稀释风机 风机上配有消 音器以减少噪音 风机的主要特征如下 标 9 Line AFan 1Fan 2Fan 3 助燃空气设 备流量比 Nm h 16 00010 0005 400 压力Pa3 0003 0003 000 名义转速 r p m 3 0003 0003 000 设备功率KW22157 5 Line BFan 1Fan 2Fan 3 助燃空气设 备流量比 Nm h 16 00010 0004 500 压力Pa3 0003 0003 000 名义转速 r p m 3 0003 0003 000 设备功率KW22157 5 1 m 处的噪 85 dBa as per ISO 80 Standards 12 音 5 3 助燃空气换热器助燃空气换热器 每线加热炉的废气管道内安装三个对流形换热器 用来预热助燃 空气 另一方面废气流出 所有换热器是逆流式 换热器元件管道束 被钢结构架支撑 箱体内部有衬 并且有人孔可以进行检查 避免温度过高产成危险 换热器的保护措施如下 避免高温废气产生危险的保护措施 通过注入稀释空气 限 制管道废气的温度 避免高温助燃空气产生危险的保护措施 通过安装在空 气 集管上的一个放散阀限制流出空气的温度 如果废弃温度过高 自动减少区域温度 换热器的主要设计特性如下 初步数据 Line ARecu 1Recu 2Recu 3 进入换热器的废气和稀释空气的 流量 Nm h 38 90024 20015 900 废气进入的最大温度 C 850850850 助燃空气量 Nm h 17 20011 4005 100 助燃空气进口温度 C 252525 助燃空气出口温度 C 540540540 助燃压力 dropPa350035003500 13 废气压力 dropPa120120120 Line B 进入换热器的废气和稀释空气的 流量 Nm h 38 90022 90010 900 废气进入的最大温度 C 850850850 助燃空气量 Nm h 17 20010 8005 100 助燃空气进口温度 C 252525 助燃空气出口温度 C 540540540 助燃压力 dropPa350035003500 废气压力 dropPa120120120 换热器管子材质不锈钢 碳钢 5 4 烧嘴烧嘴 侧面的无焰 NOx 烧嘴有德兴设计并提供 这些烧嘴使用预热 的助燃空气 在烧嘴处 500 C 和混合煤气进行燃烧 烧嘴在 10 到 100 的范围内可调 燃烧系统设计的相应的工作形式 是 可以减少污染的 短时间的放散也是允许的 助燃空气通过安装在耐火挡板里的单独喷射枪 通常 4 到 8 个 孔 以高速注入 在这些挡板的出口处 空气和从中心注入的燃 料在建筑在炉墙厚度内的一个圆柱形枪眼处 混合 由于在炉长方向烧嘴间距较大 为了得到均匀的炉温并使板坯 得到快速而均匀的加热 所有的烧嘴全部使用低 Nox 煤气高速烧嘴 空煤气在烧嘴内混合燃烧后 从烧嘴喷口喷出的高温燃烧产物使炉 膛产生强烈炉气搅动 不但均匀了炉温 也加强了高温气流对板 坯的传热速度 每个烧嘴的组成如下 14 烧嘴主体 陶瓷板 煤气喷枪 每个烧嘴配备有 一个助燃空气手动蝶形阀 一个煤气手动切断阀 助燃空气在烧嘴进口处的压力 4 kPa 煤气在烧嘴进口处的压力 3 kPa 5 5 烟气调节板烟气调节板 每个加热炉区域的压力可以通过一个由汽缸操作的抗热蝶形阀 来进行自动控制 蝶形阀装配在一个空心轴管内 它由抗热钢制 成 外部支撑在圆球形的轴承上 空心轴管由相应的助燃空气风机 提供一些冷空气进行冷却 阀用和烟道下游换热器用相同的耐火衬来进行抗热保护 调节板材质 带轴的调节板 不锈钢 阀的外套 碳钢 6 炉辊 炉辊 板坯在加热炉内通过辊子进行支撑和运动 辊子直径 约 340 mm 辊子距离 1250 mm 每个辊子由安装在标准枕垫块上的圆球形轴承支撑 辊子轴承 15 单独支撑在加热炉的框架上 每个辊子有一个可逆式的齿轮马 达单独驱动 每个辊子安装了一个频率变频器 允许速度可变 滚轴和齿轮马达之间是柔性连接 一个特殊的轮箍接触到板坯的表面 轮箍安装在相应的位置 交错 目的是限制板坯底面的低温线 此外 设计的轮箍 宽度将会防止板坯底面产生黑印 换辊前允许的磨损量大约为 直径方向 15mm 在两个轮箍之间的耐火绝热保护料 总厚 60mm 上面的绝热 保护料是一层含 55 60 Al2O 的陶瓷耐火浇注料 下面是一层 陶瓷纸绝热层 他们通过 Y 形不锈钢铆钉固定在辊子轴筒上 7 自动控制系统 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 16 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 7 1 操作控制系统操作控制系统 配备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 17 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