推鋼式加熱爐鋼坯在線溫度測(cè)試與分析

劉寶山,李衛(wèi)東,馬光宇,張?zhí)熨x

（1.鞍鋼集團(tuán)眾元產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，遼寧 鞍山114010；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

隨著鋼坯加熱質(zhì)量要求的不斷提高和節(jié)能減排發(fā)展的要求，對(duì)鋼坯加熱過(guò)程的參數(shù)要求越來(lái)越細(xì)，從而對(duì)加熱爐的加熱制度也提出了更高的要求［1］。由于市場(chǎng)需求不斷增加，很多企業(yè)加熱鋼坯的規(guī)格及品種也變得復(fù)雜多樣，甚至超出了原來(lái)加熱爐的設(shè)計(jì)范圍［2］。而加熱爐執(zhí)行的加熱制度沿用舊的模式和框架，加熱制度分類比較簡(jiǎn)單［3］，控制參數(shù)范圍廣、跨度大，與越來(lái)越精細(xì)的加熱要求之間的矛盾逐步凸顯出來(lái)，加熱制度的發(fā)展和改進(jìn)速度已經(jīng)跟不上并且難以適應(yīng)加熱爐本身技術(shù)進(jìn)步的節(jié)奏。在實(shí)際加熱過(guò)程中,落后的加熱制度制約了加熱爐技術(shù)水平的發(fā)揮，不僅影響產(chǎn)能和產(chǎn)品加熱質(zhì)量，而且導(dǎo)致加熱爐的能耗和氧化燒損率居高不下［4］。而鋼坯在線溫度測(cè)試技術(shù)能對(duì)鋼坯從入爐到出爐的整個(gè)加熱過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以直觀地反映加熱制度的優(yōu)劣，是優(yōu)化加熱制度、降低加熱爐能耗的重要途徑［5］。本文以常規(guī)換熱式加熱爐為研究對(duì)象,采用在線溫度測(cè)試技術(shù)對(duì)鋼坯在推鋼式加熱爐內(nèi)的整個(gè)加熱情況進(jìn)行測(cè)試,據(jù)此優(yōu)化原有加熱制度,降低了加熱爐能耗。

1 加熱爐設(shè)備及操作狀況

鞍鋼股份有限公司大型廠連軋分廠現(xiàn)有2座加熱爐，其中1#加熱爐為蓄熱式，2#加熱爐為常規(guī)換熱式，均為三段連續(xù)式推鋼加熱爐。加熱爐有效長(zhǎng)度20.9 m，內(nèi)寬8.6 m，加熱段及均熱段爐膛高度4.332 m。加熱原料為280 mm×380 mm、320 mm×410 mm連鑄坯。加熱制度按原料含“C”和合金量以及規(guī)格厚度進(jìn)行分組制定，現(xiàn)行四組加熱制度。

為了解實(shí)際加熱過(guò)程中鋼坯在爐內(nèi)隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律，本次測(cè)試以2#加熱爐為對(duì)象，選取有代表性的端面為280 mm×380 mm的鋼坯作為試驗(yàn)坯，成分如表1所示，執(zhí)行Ⅱ組加熱制度即總在爐時(shí)間為270 min，其中均熱段時(shí)間60 min。為減少推鋼式加熱爐水梁對(duì)鋼坯黑印的影響，加熱段和均熱段采取強(qiáng)化下加熱的措施，加熱段和均熱段的下部熱負(fù)荷分別占各段的57%和52%。

表1 試驗(yàn)坯化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2 鋼坯在線溫度測(cè)試方案

在代表試驗(yàn)坯加熱狀態(tài)的相關(guān)位置點(diǎn)鉆孔，預(yù)先埋設(shè)熱電偶，利用鋼坯在線溫度測(cè)試儀在線溫度測(cè)試與跟蹤，測(cè)試方案見(jiàn)圖1所示。其中包括非梁上、中、下，均熱定梁下表面，上、下?tīng)t氣，北端上表面共7個(gè)測(cè)試點(diǎn)，用于對(duì)鋼坯的斷面溫差、同板溫差、水印溫差等進(jìn)行測(cè)試。

圖1 鋼坯在線溫度測(cè)試方案

3 測(cè)試結(jié)果與分析

按照鋼坯在線溫度測(cè)試方案，對(duì)測(cè)溫?zé)犭娕歼M(jìn)行安裝、固定，并對(duì)在線溫度記錄儀進(jìn)行相應(yīng)的保溫處理和設(shè)置，將在線溫度記錄儀置于鋼坯上并隨鋼坯在加熱爐內(nèi)移動(dòng)，實(shí)時(shí)記錄溫度數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 鋼坯在線溫度測(cè)試結(jié)果

從圖2看出，鋼坯總在爐時(shí)間為270 min，其中預(yù)熱段停留86 min，加熱段停留124 min，均熱段停留時(shí)間60 min；爐氣最高溫度在加熱段中期達(dá)1 307.1℃，鋼坯在加熱段和均熱段的平均溫升速率分別為7.35℃/min、3.5℃/min，鋼坯出爐時(shí)刻最高溫度和平均溫度分別為1 247.2℃、1 225.6℃。

3.1 水印溫差分析

水印溫差是衡量加熱爐水梁對(duì)鋼坯影響的重要指標(biāo)，一般以非梁下表面和均熱段水梁下表面的溫差表示，推鋼式加熱爐鋼坯水印溫差見(jiàn)圖3。

圖3 鋼坯水印溫差

從圖3可以看出，鋼坯水印溫差總體上呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。預(yù)熱段水印溫差較小，進(jìn)入加熱段后，溫差逐漸增大，在加熱段中后期達(dá)最大值101.5℃。分析原因?yàn)榧訜釥t下加熱段南北兩端供熱負(fù)荷不一致，南端熱負(fù)荷較北端大，造成鋼坯南端下表面溫升速率較快，溫差較大；隨著鋼坯在加熱段的移動(dòng)，在加熱段后期水印溫差逐漸縮小，原因是加熱段后期下加熱北端熱負(fù)荷增大，南端熱負(fù)荷減小，造成溫差逐漸縮小，進(jìn)入均熱段時(shí)溫差為43.2℃；進(jìn)入均熱段后，南端熱負(fù)荷進(jìn)一步減小，北端熱負(fù)荷增加，水印溫差逐漸縮小，在出爐前8 min降到30℃，出爐時(shí)為20.5℃。

3.2 同板溫差分析

同板溫差是衡量鋼坯長(zhǎng)度方向上溫度均勻性的關(guān)鍵指標(biāo)，一般以鋼坯兩端上表面的溫差來(lái)表示，推鋼式加熱爐鋼坯同板溫差如圖4所示。

從圖4可以看出，加熱爐上部南端熱負(fù)荷高于北端，造成南端上表面溫度（非梁上表面）整體上高于北端上表面，但同板溫差總體上呈逐漸降低趨勢(shì)。進(jìn)入預(yù)熱段后，同板溫差最大，隨著鋼坯在預(yù)熱段內(nèi)移動(dòng)，溫差有波動(dòng)，但總體上呈逐漸降低趨勢(shì)，在預(yù)熱段末期同板溫差98.5℃；進(jìn)入加熱段后，溫差有小幅的上升，達(dá)143.8℃，隨后逐漸降低，在加熱段末期達(dá)84.9℃；進(jìn)入均熱段后，溫差又進(jìn)一步縮小，在出爐前30 min溫差達(dá)到出爐要求上限30℃，出爐時(shí)刻為7.9℃。

圖4 鋼坯同板溫差

3.3 斷面溫差分析

鋼坯斷面各溫度點(diǎn)之間的差值稱為斷面溫差，反映了鋼坯“燒透”的程度［6］。推鋼式加熱爐鋼坯斷面溫差如圖5所示。

圖5 鋼坯斷面溫差

從圖5可以看出，非梁上表面溫度最高，非梁下表面溫度次之，非梁中心溫度略低于下表面溫度，但斷面溫差總體上呈逐漸降低趨勢(shì)。鋼坯進(jìn)入加熱爐后，隨著其在加熱爐移動(dòng)，由于下部的強(qiáng)化加熱，溫差逐漸縮小，至加熱段末期達(dá)45.6℃；進(jìn)入均熱段后，下加熱負(fù)荷有所降低，溫差進(jìn)一步降低，出爐前48 min溫差達(dá)到出爐要求上限30℃，出爐時(shí)刻為13.7℃。

3.4 爐氣溫度分析

加熱爐上下?tīng)t氣溫度測(cè)試結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，由于加熱爐下部的強(qiáng)化加熱使下?tīng)t氣溫度高于上爐氣，均熱段下部強(qiáng)化加熱有所減弱，上下?tīng)t氣溫度趨于接近。在出爐前10 min即在均熱段距離出料爐門約2.5 m處上下?tīng)t氣溫度及鋼坯溫度均開(kāi)始下降，原因是爐頭吸入冷風(fēng)引起出料爐門附近溫度下降。

圖6 上下?tīng)t氣溫度測(cè)試結(jié)果

4 加熱制度的優(yōu)化及節(jié)能分析

根據(jù)鋼坯在線溫度測(cè)試結(jié)果及分析，同板溫差和斷面溫差均在出爐前30 min已達(dá)到鋼坯的出爐要求，但由于在整個(gè)加熱過(guò)程中加熱爐的南北兩端加熱負(fù)荷不平衡，南端熱負(fù)荷明顯高于北端，造成水印溫差遲遲不能滿足出爐要求。因此，操作上，對(duì)加熱爐南北兩端的煤氣負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，提高北端煤氣負(fù)荷，降低南端煤氣負(fù)荷。

加熱制度優(yōu)化前后參數(shù)及節(jié)能效果對(duì)比如表2所示。由表2看出，優(yōu)化后適當(dāng)加大了均熱段下加熱負(fù)荷，使均熱段上、下加熱爐溫上限分別控制在1 230℃、1 270℃，在爐時(shí)間可以減少至250 min，減少了20 min。能耗由1.866 GJ/t鋼降至1.769 GJ/t鋼，降低了5.2%。

表2 加熱制度優(yōu)化前后參數(shù)及節(jié)能效果對(duì)比

5 結(jié)論

通過(guò)在線溫度測(cè)試技術(shù)對(duì)鋼坯在推鋼式加熱爐內(nèi)整個(gè)加熱過(guò)程的測(cè)試與分析，有針對(duì)性的對(duì)加熱爐的操作和加熱制度進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后鋼坯加熱質(zhì)量和爐溫運(yùn)行穩(wěn)定，且能耗降低了5.2%，達(dá)到了縮短加熱時(shí)間、節(jié)約能源的目的。