熱軋中厚板加熱爐爐底機械的改造與安裝實踐

張志強

（太鋼不銹鋼股份有限公司不銹熱軋廠， 山西 太原 030024）

推鋼式加熱爐的料坯在爐內(nèi)布置時料坯間沒有縫隙，只能上下面受熱，料坯在爐內(nèi)推進時，一直沿著耐熱滑軌滑動，易使料坯底面被劃傷，產(chǎn)生明顯“黑印”，以及坯料存在跑偏、疊鋼、掉道等風險，且溫度均勻性差，影響到軋制產(chǎn)品的厚度精度。因此有必要將推鋼式加熱爐改為步進式加熱爐，以提高料坯出爐時溫度的均勻性，而且采用步進式后，定檢期間坯料實現(xiàn)不駐爐，有效減少了氧化燒損[1]。

1 主要設計原則

1）工藝技術先進，設備選型經(jīng)濟、安全可靠，符合國家“節(jié)能減排”的產(chǎn)業(yè)政策。

2）設計符合國家有關環(huán)保、安全與工業(yè)衛(wèi)生及消防方面的規(guī)定和要求。

3）充分考慮現(xiàn)有加熱爐和太鋼可利用的設施，盡量減少投資費用。

2 項目主要內(nèi)容

本改造項目為步進式加熱爐，與推鋼式加熱爐根本區(qū)別在于增加爐底步進機械部分，同時配套爐底步進機械液壓系統(tǒng)，包括液壓閥臺、蓄能器站、液壓管路等。潤滑系統(tǒng)，包括干油潤滑系統(tǒng)和稀油潤滑系統(tǒng)。

3 加熱爐爐底機械技術性能（見表1）

表1 加熱爐爐底機械技術性能

4 方案選擇及工藝描述

4.1 方案選擇

對于板坯軋制前的連續(xù)加熱爐主要有推鋼式加熱爐、環(huán)形爐和步進爐，推鋼式加熱爐由于上述缺點，以及環(huán)形爐對占地的特殊要求，都不適合做為本次改造的選用爐型。因此綜合考慮，本次改造選用步進梁式加熱爐[2]。

步進梁式加熱爐（全文簡稱步進爐）是依靠專用的步進機械使工件在爐內(nèi)移動的一種機械化爐，用汽化冷卻立柱+汽化冷卻梁+耐熱鋼墊塊支撐工件，是一種連續(xù)作業(yè)的加熱爐。與推鋼式的連續(xù)加熱爐相比，步進式爐具有以下優(yōu)點。

1）工件依靠步進式爐的運動在爐內(nèi)前進，因此工件之間可以留出間隙，加熱后的高溫工件不會互相黏結(jié)，還有利于縮短加熱時間，減少工件的氧化和脫碳。

2）工件和步進梁間沒有摩擦，可避免加熱過程中工件底面被劃傷。

3）爐子長度一般不受推鋼倍數(shù)的限制，可以合理延長爐子預熱段，利用煙氣余熱。

4）規(guī)格不同的工件在裝爐條件上有較寬的適應性。

5）停爐時爐內(nèi)工件可以利用步進機械全部出空，必要時可以將工件倒退一段距離，從而避免了工件在高溫下停留時間過長或重復加熱所造成的氧化燒損和能源浪費。

6）通過改變工件之間的間距、步進機械的水平行程和步進周期，可以調(diào)整爐子的生產(chǎn)能力。例如，爐子產(chǎn)量需降低時可加大間距以減少爐內(nèi)的裝料量，但工件在爐內(nèi)的加熱時間不變；保溫階段暫不連續(xù)出料時，步進梁可只作升降動作，即“踏步運動”，以減少溫度的不均勻程度。

由于具有上述優(yōu)點，雖然步進機械比推料機結(jié)構(gòu)復雜，造價也較高，但步進式爐仍得到推廣應用。

4.2 步進式加熱爐的主要技術特點

1）新建設加熱爐不但具備加熱碳鋼的性能，還要針對加熱不銹鋼的特點滿足其加熱質(zhì)量高以及運行成本低的要求。

2）步進機構(gòu)采用雙輪斜軌方式，該方式帶有剛性良好的整體升降框架和平移框架及可靠的定心裝置，步進機構(gòu)易于安裝調(diào)整，維修量少、運行可靠、跑偏量小。

3）配備實用、可靠的電儀控制系統(tǒng)，以保證加熱質(zhì)量，減少氧化燒損。對爐內(nèi)溫度進行設定和動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)燃燒自動控制，精確控制爐溫及坯料溫度。

5 設備構(gòu)成

5.1 機組功能

對不銹鋼及碳鋼連鑄板坯進行高溫加熱，加熱后的板坯作為軋制原料直接通過輸送輥道進入后續(xù)板坯熱軋工序。

5.2 機組組成

機組組成包括：上料小車、上料裝置、推鋼機、裝料爐門、固定水梁、步進機械、水封槽及刮渣板、排渣斗、高位出鋼機、出料爐門、液壓系統(tǒng)、干油集中潤滑站。

5.3 機組特點

1）爐底步進梁采用雙滾輪、雙層框架、斜軌式結(jié)構(gòu)形式。

2）裝料采用端部裝料，便于爐外檢測，可保證板坯在爐內(nèi)不會跑偏避免造成事故。

3）采用雙滾輪結(jié)構(gòu)形式的液壓驅(qū)動步進梁具備下述特點：安裝、調(diào)整容易，運動平穩(wěn)、無噪音；強度大、剛性好，承載能力高、壽命長；機械導向、同步性能好，運行可靠；相同零、部件多，互換性好，備品備件少，易于管理；結(jié)構(gòu)簡單，維護、檢修方便。

5.4 設備功能參數(shù)（爐底機械部分）

5.4.1 固定水梁

其功能是在靜止狀態(tài)下支撐爐內(nèi)坯料。形式為四根固定水梁，每根水梁分兩段，水梁由厚壁碳鋼鋼管組成，分為縱梁和立柱，鋼管通過熱水汽化進行冷卻，縱梁上布置有高溫合金墊塊。參數(shù)為材質(zhì)為20 g，Φ140×20，間距是500+1250布置。最大載荷約230 t。預熱段墊塊為ZG40Cr28Ni48W5，加熱段墊塊為Co20，均熱段墊塊為Co40。

5.4.2 步進機械

功能為使鋼坯在爐內(nèi)沿爐長方向做步進移動運動。其機構(gòu)具有正循環(huán)、逆循環(huán)、踏步、中間保持、步進等待等功能。

形式采用雙輪斜軌式步進機構(gòu)。爐底機械為液壓缸驅(qū)動，雙滾輪、雙層框架、斜軌式結(jié)構(gòu)，主要部件包括由活動水梁、平移框架、提升框架、平移導向裝置、提升導向裝置、平移液壓缸、提升液壓缸、平移滾輪、提升滾輪以及提升斜軌座等。

步進機械采用雙層框架、雙輪斜軌式結(jié)構(gòu)，雙層框架的設計充分考慮制造加工簡便、解體便于運輸、現(xiàn)場拼裝容易、構(gòu)件布置簡單合理?？蚣芊謩e設有升降和平移定心機構(gòu)，運行可靠、安裝調(diào)試方便、利于設備維修。

步進機械采用2支液壓缸驅(qū)動提升框架沿13°斜軌道運行，采用一支液壓缸驅(qū)動水平框架沿水平方向運行。

支撐輪組采用大跨距布局，使爐底空間加大，大大改善爐底環(huán)境。提升框架共裝有兩列12套上下滾輪，下面的滾輪靠13°斜軌座支撐，上面的滾輪支撐水平框架。輪組中采用進口標準軸承，延長機械使用壽命，減少維護量。

升降和水平框架的定心是借助于安裝在框架中心線上的六套上、下定心輪組來實現(xiàn)的。這對保證框架沿爐子中心線運動、防止爐內(nèi)鋼坯的跑偏是十分必要的。

步進梁是按照矩形軌跡運動的，即分別進行升降和水平運動，而且升降運動和水平運動過程中的速度是變化的，其目的在于保證升降運動和水平運動開始及停止時，以及在托起和放下鋼坯時能以慢速運行，防止步進機構(gòu)產(chǎn)生沖擊和震動，以避免損壞支撐梁及其立柱管的絕熱材料和引起鋼坯表面氧化鐵皮的脫落。

步進梁的升降運動：步進梁的升、降運動是通過2個液壓缸來實現(xiàn)的。液壓缸推動上、下輪組的升降框架，下輪組在斜軌面上做上下運動，通過上輪組帶動水平框架做升降運動。在此過程中，水平運動的液壓缸被鎖定。

步進梁的水平運動：步進梁的進、退運動（即水平運動）是通過一個液壓缸來實現(xiàn)的。它直接作用于水平框架上，使之在升降框架的上輪組上做水平運動。在此過程中，升降運動的液壓缸被鎖定。

為了保證步進梁運動時速度、位置的準確性，步進梁升降和進退動作由二臺行程位移控制器控制。

考慮到最短坯料只有1550 mm，水梁設計成“內(nèi)靜外動”形式。即一組四根梁中，中間兩根為固定梁，外面兩根為活動梁。由于固定梁跨距較小，為防止運行時跑偏導致長鋼坯放置不穩(wěn)和高溫時“塌腰”，活動梁保留有中間高度停留功能（與固定梁標高一致），生產(chǎn)長坯料時活動梁下行位保持在中間高度，與固定梁共同托住坯料。

步進梁系統(tǒng)性能參數(shù)如下：提升運動和水平運動均為液壓驅(qū)動型式；最大載荷約230 t；機構(gòu)型式為雙滾輪斜軌機構(gòu)，13°斜軌；平移行程為500 mm，升降行程為200 mm，步進周期為50 s；提升液壓缸Φ280/200－950共2套，平移液壓缸Φ250/160－350共1套；滾輪規(guī)格為Φ550 mm，滾輪數(shù)量24個。

為了保證升降液壓缸易于拆裝，升降液壓缸的設計是超程的，這樣可使升降框架降低到斜軌座的止擋上，從而使液壓缸處于無負荷狀態(tài)，易于拆卸檢修。

5.4.3 水封槽及刮渣板

功能：通過水封使爐內(nèi)氣氛與外部隔絕，并收集燒損氧化皮，通過刮渣板將其導出。

形式：上部水封箱焊接于爐底鋼結(jié)上，且箱的內(nèi)表面襯有耐火材料，底部水封箱與上部水封箱用螺栓緊固在一起，刮渣板用螺栓緊固在底部水封箱上，水封槽的內(nèi)表面涂有耐蝕涂料，水封槽裝有水位計和向內(nèi)供水的切斷閥。

6 爐底機械安裝技術參數(shù)控制要點

6.1 斜軌基礎標高

該參數(shù)誤差需要控制在±3 mm以內(nèi)，土建施工是關鍵控制節(jié)點。

6.2 斜軌標高

該參數(shù)誤差需要控制在±0.5 mm以內(nèi)，斜軌安裝過程是關鍵控制節(jié)點，這個過程需要專用斜軌安裝模板，模板通常由斜軌制造廠家提供，在調(diào)整標高的過程中，需要同時控制斜軌模板的水平度，這個參數(shù)需要控制在0.05 mm/m以內(nèi)。

6.3 斜軌平行度、對稱度

該參數(shù)誤差需要控制在±0.5 mm以內(nèi)，該參數(shù)的控制需要借助爐體中心線做重要參照。

6.4 升降框架安裝控制

6.4.1 標高

升降框架分三段需要在安裝前進行預組裝，然后分別在斜軌上進行安裝，安裝過程要多點測量，該參數(shù)誤差需要控制在±0.5 mm以內(nèi)，該參數(shù)的控制需要借助爐體中心線做重要參照，單段對角線偏差控制在5 mm以內(nèi)；標高調(diào)整采用在滾輪座上加調(diào)整墊片的方式。

6.4.2 對稱度、水平度、位置度

該參數(shù)誤差需要控制在±1 mm以內(nèi)，該參數(shù)的控制需要借助爐體中心線、位置線做重要參照。

6.4.3 三部分升降框架的鏈接

相互連接要通過帶定位鉸制孔的連接板進行連接，連接螺栓要選用高強度連接螺栓，通過恒定扭矩扳手進行預緊，這部分工作完成后開始安裝平移框架導向輪，安裝過程同時控制導向滾輪與平移框架耐磨滑板的間隙，該間隙控制標準一般在0.15～0.20 mm之間，總對角線偏差控制在5 mm以內(nèi)。

6.4.4 升降框架的整體單動

單動過程一般借助天車或者千斤頂來完成，要求能夠無卡阻從理論低位上升到高位，通過百分表檢驗運動過程的跑偏量，該數(shù)據(jù)控制標準一般在0.15～0.20 mm之間。

6.5 平移框架安裝控制

6.5.1 平移框架的安裝

平移框架的安裝與升降框架的安裝過程基本類似，各項參數(shù)基本相同，所有參數(shù)的控制除了需要借助爐體中心線、位置線做重要參照外，還需要增加與升降框架的相對位置控制。

6.5.2 平移框架的整體單動

單動過程一般借助天車或者千斤頂來完成，要求能夠無卡阻從理論起始位置運動到終止位置，通過百分表檢驗運動過程的跑偏量，該數(shù)據(jù)控制標準一般在0.15～0.20 mm之間。

6.6 兩個升降液壓缸及一個平移液壓缸的安裝控制

位置參數(shù)的控制需要借助爐體中心線、位置線做重要參照，該參數(shù)誤差需要控制在±0.5 mm以內(nèi)，同時對標高進行檢測，誤差需要控制在±0.5 mm以內(nèi)。

6.7 水梁、立柱的安裝控制（見下頁圖1）

1）水梁、立柱安裝要充分考慮熱變形而做預變性處理，同時立柱垂直度公差小于±1 mm；

圖1 水梁立柱安裝施工

2）水梁墊塊裝焊后其幾何尺寸和形狀位置應按圖2的要求進行檢驗（以一段雙層彎曲水梁為例），墊塊工作表面平面度公差為2 mm，直線度公差為2 mm，相鄰兩墊塊間距偏差為±1 mm，任意梁墊塊間距偏差為±2 mm；

圖2 水梁墊塊裝焊（mm）

3）水梁直線度、耐熱墊塊標高偏差按±2mm控制；

4）水梁、立柱焊接部位要接受10%射線探傷，熱影響區(qū)達3級，其余部位達4級，否則要求100%探傷。

7 空負荷試車

1）試車前要對液壓系統(tǒng)進行檢驗，包括滲漏、管道沖洗、閥組調(diào)節(jié)、兩個升降液壓缸動作一致性等環(huán)節(jié)。

2）空負荷聯(lián)動試車內(nèi)容之一包括：升降行程參數(shù)、平移行程參數(shù)、步長參數(shù)、循環(huán)時間參數(shù)、液壓部分動作曲線參數(shù)（通過調(diào)節(jié)比例閥流量等數(shù)據(jù)對兩個框架動作過程的加速、減速過程進行控制，確保啟動與停止平穩(wěn)，同時對動梁與靜梁在鋼坯交接的過程進行加減速控制），同時觀察水封槽是否刮蹭。

3）空負荷聯(lián)動試車內(nèi)容之二包括：升降框架在運動過程中水梁與立柱的抖動情況，此項指標是檢驗步進機械剛度的重要指標，剛度不足以及立柱垂直度偏差過大是造成坯料跑偏的重要原因。

4）空負荷聯(lián)動試車內(nèi)容之三包括：升降框架滾輪相位角參數(shù)偏差，偏差過大也是造成坯料跑偏的重要原因。

8 帶負荷試車

1）帶負荷試車各項參數(shù)的檢測包括了空負荷試車的所有指標。

2）加熱爐爐長32490 mm，步長按450 mm控制，如果運動軌跡與加熱爐中心線不平行，如果夾角0.25°就會造成每步1.7 mm的跑偏量，這樣累計跑偏量將達到122 mm，因此帶負荷控制運行軌跡與爐子中心線偏差數(shù)據(jù)是帶負荷試車的重要內(nèi)容。

3）定心裝置與步進機械間隙的二次調(diào)整，是帶負荷試車后的重要內(nèi)容，其次各部位連接螺栓的再次緊固在帶負荷試車完成、參數(shù)修正后必須進行，同時升降框架與水平框架三段連接部位在帶負荷試車結(jié)束后全部焊接。

9 結(jié)語

步進式加熱爐的安裝調(diào)試涉及內(nèi)容廣泛、專業(yè)交叉，本文主要對爐底機械部分進行重點的分析與總結(jié)，并結(jié)合各方面的經(jīng)驗對各項控制指標在施工過程中的重要性進行羅列，其意義在于它的工程實用性，為今后類似工程建設在設計、施工等階段需要關注的有關節(jié)點提供一定的參考。

[1]薛孔慶，靳世平，朱孝恩，等.步進梁安裝技術條件：YB/T 018—92[S]//中華人民共和國黑色冶金技術標準.北京：標準出版社，1992.

[2]唐哲，梁克勝.步進式加熱爐跑偏原因分析及解決方法[J].城市建設理論研究，2012（33）：11-13.