板坯加熱保溫坑的設計與應用

李曉鳳，楊 晨，章晨偉

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州310052）

隨著鋼鐵廠產(chǎn)品高端發(fā)展的定位， 為了適應市場需求，提高產(chǎn)品質量，解決板坯在軋制工藝待料期間冷卻速度過快， 從而導致晶向成分改變或溫度應力開裂等嚴重影響坯料質量的問題， 某鋼在已投產(chǎn)的寬厚板生產(chǎn)線1#板坯庫新增一座帶加熱功能的保溫坑，主要用于滿足一次處理一組六爐組坯（共計900～1000 t）的鋼坯加熱和保溫要求，最高坑溫700℃，燃料用其自產(chǎn)的混合煤氣。

1 設計條件

特厚板熱處理需加熱保溫的鋼坯品種有： 鍋爐和壓力容器用鋼板、碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、模具鋼等。

板坯厚度：220 mm、260 mm、320 mm（少量可能150 mm）

板坯寬度：1800～2800 mm

板坯長度：2500～8000 mm（大多為2500～4500 mm）

板坯質量：30 t（最大值）

標準板坯規(guī)格：220 mm×2400 mm×3600 mm（考核用，單件重量14.9 t）

2 工藝布料

由于鋼坯的尺寸范圍較廣， 工藝布料需參考板坯的尺寸規(guī)格、行車高低行程以及吊裝夾具（見圖1）的結構尺寸，還需考慮工人的操作習慣等多方面因素。

圖1 板坯吊裝夾具

2.1 吊具極限操作范圍的考慮

吊爪夾具的極限寬度為4000 mm，鉗口張開極限為3200 mm（可夾取最寬為2800 mm 的厚鋼板），考慮裝夾過程中有約300 mm 的左右晃動， 因此確定料寬方向的間隙為1000 mm。 吊爪厚度方向的極限尺寸為3800 mm， 因此在吊裝2500 mm 長的板坯時， 板坯端頭距坑沿的極限位置=（3800-2500）/2+300（晃動距離）+200（起吊不對稱距離）+400（裕量）=1550 mm， 取1500 mm； 同樣地， 對于3500 mm 長的板坯而言，其端頭距坑沿1000 mm。吊爪下沿距吊鉤中心為2600 mm，考慮到該區(qū)域的行車設計極限為吊鉤中心至地平面， 因此極限抓取鋼板的標高為-2600 mm。

2.2 坯料布料空間的考慮

爐坑中兩坯料之間間距需兼顧左、 右兩蓋的位置，且在吊裝時吊具不碰撞，因此中間尺寸至少為1000×2=2000 mm， 坯料之間的間距以及坯料至爐坑左右內壁的距離至少為1000 mm，對于長度3000 mm 以上的鋼板，其端頭距爐坑上、下坑沿的距離為1000 mm，對于長度3000 mm 及以下的鋼板，其端頭距爐坑上、下坑沿的距離應保證達到1500 mm。

2.3 坯料墊塊的設計

料垛底部距坑底300 mm， 料垛頂部距坑頂約300 mm，為了形成氣流循環(huán)通道，保證板坯受熱均勻，同時兼顧爐底均勻承載，墊塊采用260 mm×260 mm 的方坯廢料及厚度不超過80 mm，長×寬建議為4500 mm×3200 mm 的廢鋼坯， 考慮堆料便捷性和安全性，料垛高度不宜超過3 m。

2.4 爐體防撞支撐板的設計

爐坑寬度方向考慮到夾具夾頭中心距為2000 mm，為了防止夾具撞擊爐坑，其對應裝料位置的支撐板間隙≤1000 mm。 爐坑長度方向考慮到最小料坯寬度為2500 mm，為了防止料坯撞擊爐坑，其對應裝料位置的支撐板間隙≤2500 mm。

3 簡要工藝流程

熱板坯流程： 熱板坯主要從第一煉鋼廠連鑄跨由平板臺車運輸至寬厚板廠1#板坯庫，再利用1 跨行車將坯料吊運到保溫坑內， 對坯料按照既定工藝進行保溫處理。

裝料作業(yè)：打開保溫坑坑蓋，行車工根據(jù)布料圖把板坯吊到坑內，并按指定位置擺放，裝料結束后，關閉保溫坑坑蓋。加熱工對板坯進行加熱保溫。當按照工藝加熱保溫完成后，打開保溫坑坑蓋，再由行車工把板坯吊送至指定貨位堆放， 緩冷后的坯料可以利用1 跨的坯料庫貨位對坯料進行表面檢查， 利用吊運和過跨車將有問題的鑄坯轉運到2 跨的坯料清理場地，進行表面清理。

冷坯流程：2～4 跨的冷坯料預熱可利用過跨車將冷坯料轉運到1 跨， 再利用1 跨行車將坯料吊運到保溫坑內，對坯料進行預熱處理，預熱完的熱坯料由行車吊運到上料輥道上。

4 設備主要工藝性能參數(shù)表

設備主要工藝性能參數(shù)見表1。

表1 工藝參數(shù)表

5 新結構新裝置技術特點

本加熱保溫坑設備（見圖2）由保溫坑本體、左右對稱坑蓋、密封裝置、揭蓋機及驅動機構、坑周操作通道、車間煤氣供應閥站、燃燒系統(tǒng)、爐前管路系統(tǒng)、余熱回收及排煙系統(tǒng)、基礎自動化控制系統(tǒng)等10 部分組成。 現(xiàn)對其中采用的新結構新裝置進行介紹。

5.1 保溫坑本體

根據(jù)設備所在區(qū)域的地勘資料， 地下水位高度為-0.5～-1.4 m，而坑底深度為-2.5 m，因此地下水位標高遠高于坑底， 盡管在土建設計和施工中充分考慮防水層的結構， 確?；A無滲水， 然而長期使用后，由于坑底基礎需要長期承受局部重載和沖擊，難免會使坑底基礎局部出現(xiàn)不均勻沉降和裂紋， 破壞防水層，造成基礎滲水。 為了保護坑底耐火層，坑底基礎預埋鋼板，其上焊接網(wǎng)格狀型鋼結構，并最終平鋪一層8 mm 鋼板作為底部鋼結構墊層，架空坑底，使基礎可能滲出的水直接匯集到集水坑， 通過一個專用抽水泵不定期地將積水排出。

圖2 鋼板加熱保溫坑結構示意圖

5.2 可拆卸式跨接橫梁

為了解決左右坑蓋聯(lián)接面的密封難題， 考慮到實際的操作并不需要兩個坑蓋同時移開， 因此在爐坑縱向中間位置設置一段可拆卸式跨接橫梁， 橫梁采用中空型鋼拼接結構， 其尺寸和用材確保在一定溫度下保持較好的強度和剛性。 橫梁上部安裝鑄鐵密封板，與坑蓋形成良好的密封。

5.3 揭蓋機及驅動裝置

橫移式揭蓋機的功用是將其中一個坑蓋打開并重疊在另一個坑蓋上方，以期在打開一半保溫坑，實現(xiàn)料坯裝卸的同時，最大限度地節(jié)省設備占地空間。橫移式揭蓋機的主要動作為提升和行走平移， 其行走行程覆蓋保溫坑區(qū)域。

揭蓋機由移動鋼結構、 升降導輪裝置、 滑輪裝置、鋼絲繩及其卷筒裝置、行走機構、供電裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成。

爐蓋的升降通過4 根鋼絲繩分別繞過12 組滑輪，匯總到由電機減速機帶動的卷筒來完成，在爐蓋升降過程中， 通過8 組導輪來限制由升降引起的擺動，12 組鋼絲繩滑輪起到升起換向的作用。 電機正反轉實現(xiàn)爐蓋的上升和下降。

揭蓋機的行走采用變頻調速電機+編碼器+減速機的驅動方式，保證幾組車輪驅動的同步性，實現(xiàn)運行平穩(wěn)、可靠、速度可調。

主要技術參數(shù)如下。

（1）額定載重：～25 t

（2）爐蓋提升高度：～800 mm

（3）爐蓋升降速度：～6 m/min

（4）升降電機功率：2×15 kW

（5）水平行走速度：0～15 m/min（變頻調速）

（6）水平行走功率：2×2.2 kW

（7）水平行程：～10000 mm

（8）水平行走定位精度：±20 mm

5.4 操作區(qū)域換氣系統(tǒng)

坑內四個角各設置一個排風機，24 h 不間斷向外抽風，以避免有毒氣體在坑內積聚。計算坑間區(qū)域約為244 m3， 平均每3 min 將全部空間的氣體置換一次，則單個排風機參數(shù)為：風量1700 m3/h，全壓～2000 Pa，電機功率1.5 kW。

6 結語

本座鋼坯加熱保溫坑已投入使用兩年， 運行狀態(tài)良好。根據(jù)布料位置，揭蓋機自動執(zhí)行開關坑蓋動作。板坯入坑后選擇對應工藝自動進行加熱保溫。提升生產(chǎn)效率的同時， 高效地解決了板坯在軋制工藝過程中易冷卻導致的各項問題，提高了產(chǎn)品質量。