莱钢特殊钢厂小型车间有一座推钢式单蓄热加热炉,燃料为由焦炉煤气和高炉煤气组成的混合煤气,煤气发热值7 680kJ/m3 ,连铸坯规格为165mm×200mm×3000mm , 加热钢种主要有45 号、40Cr 、20CrMn Ti H 等合金钢, 主要生产<12～60mm 圆钢,该加热炉于2002年7月建成并投入运行,建成初期基本满足了生产需要,但随着后部工序的改造,加热能力已成为制约产能提升的瓶颈,对加热炉进行改造已势在必行。

1 　存在的问题经过分析,加热炉主要存在以下问题。(1) 加热炉原设计能力40t/h ,基本满足当时的生产需要,但随着后部工序改造完成后产能的提升,加热炉的加热能力已跟不上生产的需要,成为制约产量提升的瓶颈。(2) 烧嘴本体与炉墙结合处设计不合理,导致火焰通过结合面外溢,从而出现炉墙冒火的现象。冒火又导致炉墙外层的保温材料烧损严重,使得炉墙保温效果差,炉墙外表面温度可达到200℃以上。(3) 使用陶瓷小球作为蓄热体,小球经过一段时间使用后,会出现下陷的情况,这样蓄热腔上部出现一部分没有蓄热体的空间,经过这一部分空间的烟气就不能放热,同样经过这一部分空间的空气不能吸收热量,导致排烟温度高,助燃空气温度低。(4) 加热炉原设计是加热217m长的连铸坯,因此炉膛内宽是31248m ,而随着生产的需要,连铸坯已改成310m长,因此划墙严重。(5) 自动控制水平落后,软硬件基本已被淘汰,出现故障不易修复。

2 　改造实施方案针对以上问题,并结合生产需要制定如下改造方案并实施,由于主要生产合金钢,且随着产品的不断升级,合金钢的级别会越来越高,而合金钢在加热时要求低温缓慢加热,因此仍然采用单蓄热式,保留一部分预热段。炉体总图如图1 所示。2. 1 　炉体改造加热炉炉体拆除重新砌筑,炉顶吊挂,炉墙整体浇注,炉体加长5800 mm,由原来的26080mm加长至31880mm,炉膛内宽由3248mm加宽至3480mm,炉体外宽不变。均热段长度3418mm,加热段长度增加5800mm至20838mm,预热段长度6762mm。炉顶采用230mm 厚的防爆快干低水泥浇注料+50mm厚的硅酸铝耐火纤维+80mm厚的轻质浇注料。炉墙采用306mm 厚的防爆快干低水泥浇注料+116mm 厚的高铝轻质保温砖+80mm厚的硅钙板+6mm厚的钢板。2. 2 　燃烧系统改造更换所有单蓄热烧嘴,选用大容量蜂窝体单蓄热空气偏心烧嘴,空煤气分别单独供入,两个空气偏心烧嘴夹一个煤气喷口,空煤气有混合角,共布置64个空气蓄热烧嘴和34个煤气喷口,以及4个点火烧嘴。第一加热段:布置24个空气蓄热烧嘴和14个煤气喷口。第二加热段:布置20个空气蓄热烧嘴和14个煤气喷口。第三加热段:布置20个空气蓄热烧嘴和10个煤气喷口。蓄热体选用100mm×100mm×100mm和150mm×100mm×100mm两种规格的刚玉质蜂窝体。2. 3 　换向系统新建加热炉燃烧分三段控制,加热一、二段长度不变,仍采用集中换向方式,空气换向阀和煤气切断阀利旧。新加长的5800mm 作为第三加热段,采用分侧换向方式,增加2个两位三通双作用换向阀和2个煤气切断阀,布置安装在加热三段炉顶。2. 4 　汽化冷却系统纵水管用2根Φ133mm ×20mm无缝钢管,间距1600mm。横水管选择“T”形支撑结构,横水管用Φ146mm ×24mm无缝钢管,间距2320mm,立管用Φ146mm ×20mm无缝钢管。为了减轻水管黑印,在纵水管上焊接70mm 高的ZG4Cr25Ni20耐热钢滑块作为滑道。2. 5 　自动控制系统采用西门子S72300PLC 对控制系统进行改造。开发软件为西门子S75.3, 监控软件为WINCC610,硬件采用S72300PLC加远程站,实现以下控制功能。2. 5. 1 　自动定时换向控制当PLC 控制系统工作在自动状态下时,通过操作人员在画面上输入的时间间隔,换向系统自动完成循环换向动作,包括空气换向阀的换向和煤气快切阀的切换。2. 5. 2 　自动定温换向控制PLC 控制系统工作在自动状态下时,当排烟温度过高时,控制系统将强制换向阀换向,直到排烟温度下降到允许的范围内。2. 5. 3 　手动换向控制外部手动控制。当PLC控制系统工作在手动状态下时,操作人员通过操作主令元件来分别完成换向阀的换向动作,此时,换向阀控制系统工作在无任何连锁的工作状态,此功能仅在设备调试阶段和检修时使用。换向阀画面手动控制。当PLC控制系统工作在自动状态下时,操作人员可以根据加热炉状态的需要来选择画面手动操作,此时换向阀根据操作人员的画面指令来完成换向动作,并且具有错误指令保护功能,即操作人员发出错误指令时,换向阀不动作,PLC 系统发出错误提示。2. 5. 4 　异常状态保护当换向阀和快切阀的阀位异常,或长时间动作不到位时,系统发出声光报警,同时指示故障点所在,并做出保护反映动作。2. 5. 5 　自动温度控制采用DDC+SCC(计算机监督控制) ,通过分别调节加热炉各段煤气调节阀的开度来调节加热炉各段炉膛的温度,实现加热炉不同生产工艺条件下的温度控制。2. 5. 6 　历史和实时趋势功能通过WINCC 实现加热炉各个温度、压力和流量的历史数据记录和实时数据显示,为生产提供详细参数和完备的数据记录和查询功能。2. 5. 7 　报警及保护功能在加热炉生产过程中实现煤气低压报警、空气低压报警、氮气低压报警、液位低报警,煤气超低压切断、空气超低压切断、氮气超低压切断等报警保护功能。

3 　改造效果(1) 单蓄热烧嘴安装时,在烧嘴四周钢板上焊上铆固钉,然后灌上浇注料,使得烧嘴与炉墙成为一个整体,从而杜绝了烧嘴通过炉墙冒火的现象。(2) 通过增加炉体内宽,避免了钢坯划墙的发生,虽然减少了保温层的厚度,但由于消除了烧嘴冒火的现象,经实测,炉墙外表面温度只有85℃左右,远低于改造前的炉墙外表面温度。(3) 加热能力由40t/h 提高到55t/h ,停车加温时间大大减少,满足了生产需要。(4) 升级了自动控制系统,故障率大幅降低。

4 　结论加热炉经过改造后,消除了炉墙冒火和钢坯划墙的现象,减轻了氧化烧损和钢坯滑轨黑印,提高了自动控制水平,加热能力提高20% ,煤气消耗降低0.12GJ/t ,取得了预期的效果。

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