步進(jìn)底式加熱爐在小型無(wú)縫鋼管廠的應(yīng)用與改進(jìn)

（泰州雙羊精密無(wú)縫鋼管有限公司 江蘇泰州 225312）

摘要：步進(jìn)式加熱爐是能夠?qū)崿F(xiàn)鋼坯及管坯優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加熱的要求，以充分滿(mǎn)足現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。特別是步進(jìn)底式加熱爐對(duì)小型無(wú)縫鋼管廠穿孔生產(chǎn)有著全新的實(shí)際意義。本文筆者簡(jiǎn)單介紹了步進(jìn)底式加熱爐的工作原理、爐體型式，通過(guò)本廠的二座步進(jìn)底式加熱爐的使用狀況，提出了步進(jìn)底式加熱爐的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)底式加熱爐；工作原理；應(yīng)用與改進(jìn)

一、 前言

在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，加熱是穿孔（熱軋）的一個(gè)關(guān)鍵工序。一般中小規(guī)模的廠家采用的是斜底式人工撥鋼的加熱爐。在20世紀(jì)60年代以后提出了步進(jìn)式加熱爐，該爐型采用了步進(jìn)床耐火材料爐底或水冷步進(jìn)梁的措施，因其具有加熱質(zhì)量好、熱工控制與操作靈活、勞動(dòng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，更適應(yīng)當(dāng)代生產(chǎn)向大型化、高速化與現(xiàn)代化發(fā)展的需要。步進(jìn)式加熱爐最先應(yīng)用在低溫場(chǎng)合的合金鋼的板坯、方坯、管坯的加熱。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在高溫加熱環(huán)境甚至對(duì)鋼錠等軋制前的加熱已有不少采用步進(jìn)爐加熱，使用效果較好。近年來(lái)，小型無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線也在逐步進(jìn)行研究與應(yīng)用經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的步進(jìn)爐。

二、步進(jìn)式加熱爐的工作原理及燃燒技術(shù)

步進(jìn)式加熱爐是靠爐底或步進(jìn)梁的升降進(jìn)退來(lái)帶動(dòng)料坯前進(jìn)的，其工作原理如下：起始位置，活動(dòng)爐底在坯料下面最低位置，坯料兩端架在爐內(nèi)的固定爐底上，以后在活動(dòng)爐底升起將坯料托起，接著活動(dòng)爐底下降將坯料放在固定爐底上，最后活動(dòng)爐底又回復(fù)到原來(lái)位置，由此可知，活動(dòng)爐底運(yùn)動(dòng)的軌跡為一個(gè)矩形，它運(yùn)動(dòng)一個(gè)循環(huán)的時(shí)間叫“周期”，它運(yùn)動(dòng)一次使坯料前行的距離叫“行程”。

步進(jìn)爐加熱的特點(diǎn)是：坯料之間分開(kāi)，有利于加熱傳導(dǎo)，這樣加熱速度快而且內(nèi)外溫度均勻。但在步進(jìn)底式爐中，對(duì)于較大的坯料（如直徑大于90mm），接觸爐底的一面會(huì)存在一定的周向溫差，影響了坯料的加熱質(zhì)量。由于步進(jìn)梁式爐在設(shè)備建造成本上遠(yuǎn)大于步進(jìn)底式爐，因此，步進(jìn)底式爐更適合應(yīng)用在小型無(wú)縫鋼管廠的小直徑管坯的加熱。

三、步進(jìn)式底加熱爐的應(yīng)用與改進(jìn)？

鑒于步進(jìn)式加熱爐在機(jī)械化、自動(dòng)化方面的優(yōu)越性，泰州雙羊精密無(wú)縫鋼管有限公司2016年探索性建設(shè)二座蓄熱式步進(jìn)平底管坯加熱爐（圖1a）型式，由山東聊城某廠家設(shè)計(jì)建造，替代原有的斜底式人工撥鋼加熱爐。設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

投產(chǎn)以來(lái)，在實(shí)際使用中總結(jié)出以下幾方面：

1. 該爐型能夠?qū)崿F(xiàn)管坯的爐內(nèi)加熱、輸送，可以達(dá)到所需的加熱溫度，大大地減輕的崗位勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化；

2. 由于采用較厚的墻體，保溫性能良好，爐體外側(cè)的溫度不超過(guò)65°C，爐體散熱少；

3. 燃燒換向時(shí)間在90-120S之間，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)將蓄熱室下部的格柵燒壞；

4. 由于爐底采用的是平底結(jié)構(gòu)，平鋪的管坯在步進(jìn)的過(guò)程中，存在滾動(dòng)現(xiàn)象，坯料間隙不均，造成了一次出鋼動(dòng)作不能做到單支出鋼，影響正常生產(chǎn)節(jié)奏；

5. 蓄熱式燃燒技術(shù)，需要較為全面的系統(tǒng)檢測(cè)與控制以及燃燒技術(shù)理論知識(shí)的支持，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。由于各方面的原因，我廠二臺(tái)加熱爐在實(shí)際使用均存在系統(tǒng)控制依據(jù)不足，技術(shù)粗糙，管坯加熱氧化嚴(yán)重，燃?xì)庀倪_(dá)不到設(shè)計(jì)的小于40 m2/t的指標(biāo)。動(dòng)梁高溫段耐材結(jié)構(gòu)不合理，已出現(xiàn)多次停爐更換維修的問(wèn)題。

針對(duì)該爐型存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)建造一臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1 b）所示的步進(jìn)底式加熱爐于2016年7月在常州武進(jìn)某廠投產(chǎn)。做了如下改進(jìn)：

1. 采用常規(guī)燒嘴和成熟、穩(wěn)定的燃燒控制系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、精確、有效地控制空燃比、加熱溫度、爐壓等，管坯氧化程度大大減輕；

2. 采用了爐內(nèi)帶圓鋼定位的爐底磚結(jié)構(gòu)專(zhuān)利技術(shù)保證了步進(jìn)與出鋼動(dòng)作準(zhǔn)確、一致，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)爐內(nèi)管坯的定位和跟蹤。同時(shí)，高溫段耐材采用專(zhuān)有配方，提高了耐材的使用壽命，投產(chǎn)至今未作一次停爐維修。

3. 改進(jìn)了爐底雙層步進(jìn)鋼梁的結(jié)構(gòu)與部件，提高了強(qiáng)度與使用壽命，并更加方便維護(hù)。

四、結(jié)語(yǔ)

1. 步進(jìn)式加熱爐作為無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中最關(guān)鍵的設(shè)備。其加熱質(zhì)量對(duì)鋼材組織、產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，其步進(jìn)底式爐爐底耐材結(jié)構(gòu)與質(zhì)量，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

2. 采用圓鋼定位結(jié)構(gòu)爐底磚專(zhuān)利技術(shù)的步進(jìn)底式加熱爐有著優(yōu)越的自動(dòng)化控制功能和良好的加熱質(zhì)量，以及較低的投資成本，更適合使用管坯直徑小于90mm的小型無(wú)縫鋼管廠替代斜底式加熱爐。

3. 蓄熱式燃燒技術(shù)有著更好的節(jié)能效果，但需要非常完善的過(guò)程控制。相對(duì)來(lái)說(shuō)，常規(guī)燃燒技術(shù)更加穩(wěn)定、成熟。

參考資料：

[1] 劉啟香 步進(jìn)式加熱爐設(shè)計(jì)與操作的改進(jìn) 《鋼鐵》 第26卷 第9期 1991年9月

[2] 李檸、王錫淮、李少遠(yuǎn)等 步進(jìn)式加熱爐爐溫建模與優(yōu)化仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》第13卷 第3期 2001年5月

[3] 何永生 蓄熱式加熱爐熱平衡計(jì)算及效率影響因素分析 《冶金設(shè)備》 總第220期 2015年特刊4

[4] 呂文萃、陳飚、楊云鳳等 提高大型步進(jìn)式加熱爐爐頭梁使用壽命的實(shí)踐 《山東冶金》第35卷 第4期 2013年8月

[5] 黃衛(wèi)國(guó) 一種定位圓鋼的爐底磚結(jié)構(gòu)，專(zhuān)利號(hào)2016202348714