步進(jìn)梁加熱爐耐熱墊塊的改進(jìn)

高爭(zhēng)一

(馬鋼股份有限公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山243000)

1 前言

馬鋼四鋼軋熱軋2250加熱爐自2007年9月份投產(chǎn)使用以后運(yùn)行狀態(tài)一直比較穩(wěn)定，但是從2015年?duì)t內(nèi)水梁墊塊開(kāi)始出現(xiàn)脫落狀況。隨著設(shè)備狀態(tài)的老化，爐內(nèi)水梁墊塊脫落的情況日益惡化，甚至造成加熱爐被迫停產(chǎn)維修。通過(guò)對(duì)其他鋼廠加熱爐水梁墊塊使用情況的了解和調(diào)研，并與加熱爐相關(guān)設(shè)計(jì)公司進(jìn)行探討后，對(duì)水梁墊塊的結(jié)構(gòu)以及焊接工藝進(jìn)行了改進(jìn)，最終解決了加熱爐爐內(nèi)水梁墊塊的脫落問(wèn)題。

2 加熱爐概況

2.1 加熱爐爐體概況

馬鋼四鋼軋2250加熱爐是帶上下供熱的步進(jìn)式加熱爐，爐體尺寸為56.4m×13.84m；加熱能力為冷裝標(biāo)準(zhǔn)板坯370t/h；板坯坯料為厚度230mm，寬度為900mm-2130mm，長(zhǎng)度為9m-12m，最大坯料單重為45t；鋼坯加熱溫度為1150-1300℃。爐內(nèi)活動(dòng)梁由4根組成，固定梁在出料段有6根，在裝料段有5根。支承梁由厚壁無(wú)縫鋼管制作，縱向支承梁采用雙水管結(jié)構(gòu)。支承梁立柱是雙層套管結(jié)構(gòu)，均用20#鋼材質(zhì)的厚壁無(wú)縫鋼管制作。

2.2 加熱爐水梁墊塊

按爐子原設(shè)計(jì)，為了減少和消除水管處“黑印”，在爐內(nèi)支承梁上設(shè)置耐熱墊塊將水冷管低溫面與加熱的板坯相隔開(kāi)。根據(jù)不同爐段的溫度要求采取不同高度和材質(zhì)的耐熱合金墊塊。位于預(yù)熱段的墊塊為矩形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Cr25Ni20，直接焊接在爐底管上(如圖1)；加熱段墊塊材質(zhì)為Co-20；第二加熱段和均熱段采用超高墊塊，高度100 mm，其材質(zhì)為Co-50。三種墊塊在爐底水梁長(zhǎng)度上所占的比例為：Cr25Ni20材質(zhì)墊塊為10%；Co-20材質(zhì)為30%；其余60%均為Co-50耐熱合金墊塊；為降低爐底梁對(duì)板坯黑印的影響，加熱段墊塊采用交錯(cuò)布置的卡塊結(jié)構(gòu)(如圖2)。

圖1 預(yù)熱段墊塊安裝形式

圖2 高溫段墊塊安裝形式

3 墊塊的脫落對(duì)生產(chǎn)的影響

3.1 墊塊脫落對(duì)板坯跑偏的影響

加熱爐水梁的墊塊如果出現(xiàn)脫落的情況，需要進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)，保證爐內(nèi)水梁的墊塊在同一水平面上。但是由于生產(chǎn)線的產(chǎn)量問(wèn)題以及檢修計(jì)劃的安排不能及時(shí)修補(bǔ)，則板坯在加熱過(guò)程中可能在墊塊脫落的不平整區(qū)域發(fā)生變形，尤其是板坯的頭尾部可能出現(xiàn)下彎塌頭，塌頭的板坯在步進(jìn)前行時(shí)可能會(huì)將邊部水梁的墊塊刮落，造成大面積墊塊的脫落，板坯在凹凸不平的水梁上前行時(shí)頭部和尾部逐漸不平行，最終造成跑偏現(xiàn)象。當(dāng)跑偏的板坯到達(dá)爐頭時(shí)，出鋼機(jī)6根出料桿只能有其中幾根能接觸板坯并抬升出鋼，可能在出鋼的過(guò)程中板坯滑落；或者在板坯放在出料輥道出現(xiàn)大角度的歪斜，輥道無(wú)法正常將板坯輸送，需要操作工耗費(fèi)一定的時(shí)間將板坯糾正，嚴(yán)重影響了出鋼速度以及生產(chǎn)節(jié)奏。

3.2 墊塊脫落對(duì)其他設(shè)備的影響

加熱爐爐內(nèi)水梁分為定梁和動(dòng)梁，動(dòng)梁縱梁下部穿過(guò)爐底裙罩和水封槽與爐底平移框架鋼結(jié)構(gòu)相固定。水封槽安裝于平移框架上，隨平移框架一起運(yùn)動(dòng)，刮渣板固定在爐子下部鋼結(jié)構(gòu)上，靠水封槽內(nèi)的水將爐底和爐膛隔開(kāi)，起到密封爐氣的作用。當(dāng)動(dòng)梁水梁墊塊脫落掉入爐底時(shí)，可能有部分墊塊落入水封槽槽內(nèi)。水封槽和刮渣板的間隙小于墊塊的高度，導(dǎo)致卡在水封槽與刮渣板中間的墊塊或者將水封槽頂裂漏水，或者將與刮渣板聯(lián)接的裙罩頂變形破裂。水封槽漏水或者裙罩損壞都無(wú)法密封爐氣，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)吸入冷風(fēng)，無(wú)法保證板坯的加熱質(zhì)量。

3.3 墊塊脫落造成的停爐時(shí)間

2015年加熱爐開(kāi)始出現(xiàn)墊塊脫落的現(xiàn)象，并且隨著時(shí)間的推移脫落的情況日益惡化，并且造成的爐子停產(chǎn)甚至停爐進(jìn)行維修，其中影響生產(chǎn)時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 2015年-2017年停機(jī)時(shí)間表

4 墊塊脫落的原因分析

4.1 墊塊的安裝方式

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)，預(yù)熱段焊接在水梁上的墊塊基本上沒(méi)有發(fā)生脫落的現(xiàn)象，而加熱段騎卡式固定方式墊塊出現(xiàn)脫落情況，尤其是高溫段的墊塊情況尤其嚴(yán)重。原設(shè)計(jì)采用四點(diǎn)壓塊騎卡式，滑塊底部緊貼水梁，左右各用兩塊壓塊(如圖3)將滑塊邊部壓緊，然后將壓塊焊接在水梁上，達(dá)到固定滑塊的目的。這樣的固定方式造成壓塊與水梁的焊接面積很小，容易松動(dòng)脫落，墊塊無(wú)壓塊固定則脫落。所以墊塊的安裝方式導(dǎo)致其使用壽命周期縮短的最主要原因。

圖3 墊塊壓塊脫落部位圖

4.2 耐材的影響因素

墊塊的壓塊在焊接完畢后的工序是對(duì)水梁耐材的施工，水梁耐材敷設(shè)高度需在墊塊頂面下部2cm左右，將壓塊應(yīng)完全包裹在其中。通過(guò)對(duì)脫落墊塊與沒(méi)有脫落墊塊的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)被耐材覆蓋良好的墊塊仍然留在水梁上，而沒(méi)有耐材的墊塊已大部分脫落。脫落墊塊的壓塊焊縫已經(jīng)裂開(kāi)，甚至已經(jīng)出現(xiàn)燒損燒熔的現(xiàn)象。由于壓塊的材質(zhì)為0Cr25Ni20，其不能連續(xù)在高于1100℃環(huán)境中使用。失去耐材的壓塊及其焊縫暴露在1250-1300℃的環(huán)境中，對(duì)其狀態(tài)穩(wěn)定和使用使用壽命有極大的影響。

5 墊塊的改進(jìn)措施

5.1 墊塊安裝方式的改進(jìn)

在水梁墊塊脫落的原因分析中，可知壓塊式的安裝方式不能滿足爐況的需求。經(jīng)過(guò)分析和考慮，決定在加熱段和均熱段都采用與預(yù)熱段同樣的固定方式，將墊塊滿焊在水梁上部(見(jiàn)圖4)。但是將墊塊直接焊在水梁上存在以下問(wèn)題：首先由于材質(zhì)的不同，在焊接時(shí)的產(chǎn)生的應(yīng)力不易消除；其次在高溫段的焊縫容易開(kāi)裂，可能引起水梁開(kāi)裂。對(duì)于以上問(wèn)題采取以下措施解決：

圖4 改進(jìn)后的墊塊安裝方式

(1)合理選擇墊塊的材質(zhì)。常用的墊塊材質(zhì)主要有Co合金系列，如Co50，Co20等；有高鎳鉻合金系列，如Cr25Ni20，Cr28Ni48等；優(yōu)質(zhì)碳鋼系列，如20#，45#鋼等。由于爐型，板坯規(guī)格，鋼種及加熱要求不同，另外結(jié)合耐磨性，高溫力學(xué)性能和抗氧化能力，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)性，在不同爐溫段選擇不同的材質(zhì)。低溫段采取與原來(lái)的材質(zhì)不變，高溫段采用Co40。

(2)確定墊塊的外形與尺寸?？紤]鋼坯原料最大長(zhǎng)度，寬度及重量，以及墊塊上下溫差產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力來(lái)計(jì)算墊塊的單位面積承壓能力，最終確定采用“蘑菇頭”形狀的圓柱體，頂面直徑為110mm，不同溫度段區(qū)間在高度分別在60mm-100mm之間。

(3)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程實(shí)施工。根據(jù)墊塊與水梁的材質(zhì)，墊塊與水梁的底部接觸角度和焊接坡口等，制定焊接工藝。在焊接施工中，嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程。

(4)焊接驗(yàn)收。墊塊焊接完成后，對(duì)安裝尺寸以及焊接質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。對(duì)焊縫進(jìn)行射線探傷，確保焊縫無(wú)質(zhì)量缺陷。

5.2 墊塊的耐材包扎

在水梁墊塊安裝完畢后，必須對(duì)水梁以及墊塊外敷耐材隔絕高溫。水梁采用雙層包扎方式，里面一層包耐火纖維，外層澆注50mm的自流澆注料。耐材焊縫完全覆蓋，高度直至墊塊最高面下部20mm左右，并且要有一定的坡度，保證氧化鐵皮滑落，不堆積在墊塊的頂部及周邊。根據(jù)耐材的不同，一定要保證其養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并且考慮烘爐曲線使耐材烘干質(zhì)量，保證其使用壽命。

6 結(jié)束語(yǔ)

加熱爐的水梁墊塊改造以后，基本上解決了滑塊脫落的問(wèn)題，從此沒(méi)有發(fā)生應(yīng)為墊塊脫落問(wèn)題而被迫停爐從而影響生產(chǎn)的情況。依據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018全年沒(méi)有因?yàn)閴|塊造成停產(chǎn)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間。由此不僅保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生產(chǎn)線的產(chǎn)量以及板坯的加熱質(zhì)量，還減少了停爐檢修次數(shù)以及延長(zhǎng)了大中修的間隔時(shí)間，不僅創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，還為公司的降本增效也做出了貢獻(xiàn)。