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【摘 要】本文介绍上下加热板坯步进式加热炉炉衬结构、炉衬施工及烘烤应用技术
【关键词】步进式；加热炉；炉衬施工；烘烤；应用技术
1.前言
步进式加热炉是靠专用步进机构使钢坯在炉内移动的一种机械化炉子。它与推钢式加热炉相比，有生产能力大、加热速度快、温度均匀、烧损少加热质量好，特别是操作灵活，可步进送钢，步进退钢和踏步控制，易于排空炉料，使钢料退出和更换钢种的优点。因此步进式加热炉就成为目前加热钢坯而普遍采用较为先进的一种炉型。
上下加热步进梁式加热炉是步进式炉的一种，它是国内热轧带钢厂加热炉的主要炉型。武钢 1700轧机、宝钢2050轧机、1580、1880、鞍钢1780轧机热轧带钢厂都各自建有上下加热步进梁式加热炉。这种类型的步进式加热炉无论是炉型结构、设备的装备水平，控制水平，还是产品的加热质量和能耗指标，均达到世界先进水平。
2.概况
上下加热板坯步进梁式加热炉（以下简称步进式炉）是热轧板坯轧制前加热的热工设备，也是热轧板卷工艺生产流水线的重要组成部分。八钢热轧厂加热炉有效长度48500mm，净宽11200mm； 加热炉炉底强度为：P=587kg/h.m2（冷装碳钢）；炉子生产能力300t/h；钢坯装炉温度为常温～800℃，出炉温度为1250 C ，钢坯在炉内加热时间为160～220min 。
2.1步进驱动装置
步进梁驱动是靠步进机械的步进机构来实现的。而步进机械设置在炉底下的炉坑中，因此通常亦称为炉底机械。它包括斜轨座与轮组、升降框架、平移框架（步进框架）、升降与平移液压缸、升降与平移定心装置。步进梁采用双框架，沿炉长方向分为两段，便于设备制造及安装。步进梁驱动采用双轮斜轨式液压传动，升降驱动装置液压斜台面式。这种形式运行稳定，板坯跑偏量小，制造、施工方便。步进梁的运动轨迹是一个矩形运动轨迹。步进梁运动由水平运动和升降运动组成。水平运动和升降运动过程中的速度是变化的，其目的在于保证板坯以较低的速度接触水梁和步进梁开始动作及结束动作的缓和，减少步进机构产生冲击和震动。步进机构的水平运动是：通过一台平移液压缸驱动平移框架，使其在提升框架的滚轮上作平移运动，此时，提升液压缸处于静止状态。
步进梁的上下升降行程为200mm，水平行程为550mm，步进梁运动周期约为50s。当板坯较短时间停炉时，要求步进梁作踏步动作，以避免板坯黑印加重。当板坯较长时间停炉时，要求步进梁停在中位与固定梁同一标高以避免板坯变形弯曲。
2. 2燃料燃烧装置
步进炉炉型结构优化燃烧系统，采用高炉、焦炉混合煤气，发热值8778±5%kJ/m3（标态），烧嘴型式为侧向低NOx烧嘴及炉顶平焰烧嘴。合理分配热量供给，烧嘴分布按炉子分预热段、一加热段、二加热段和均热段的上下供热和自动控制，全炉8个控制段，共130个烧嘴，型式及分布如表1所示。
一加热段、二加热段、均热段炉顶采用平焰烧嘴，均匀分布在均热段、一加热段、二加热段，火焰沿径向敞开，炉子温度分布均匀，加热、均热效果良好；板坯沿长度方向温度均匀性得到改善； 火焰向下炉压易于控制。下加热采用侧向调焰烧嘴，火焰可调，从而改善加热质量。减少料坯温差。
2.3余热利用装置
为适应步进式炉加热要求，安装换热器回收余热。直接利用烟气余热，大大降低烟气的出炉温度，提高空气预热温度，降低燃料单耗。炉子采用下排烟，烟气由炉子装料端的 烟道流入位于炉子底部的水平烟道内。再经过换热器、烟道闸板进入烟囱。烟囱座落在炉子的后方的厂房外。出口直径4m，高度85m。
3.炉衬结构
炉衬采用多层耐火材料砌筑复合炉衬结构，并增加隔热厚度，以强化绝热，目的在于减少炉体砌体的散热损失。炉内水梁和支柱都采用耐火纤维与特殊耐火浇注料双层绝热料包扎，以减少热量损失。步进式炉炉衬结构特点，是大量采用了不同材质的耐火材料。既有定型耐火制品和不定形耐火材料，诸如耐火可塑料、耐火浇注料及耐火喷涂料，还有隔热性能良好的隔热材料。
3.1炉墙炉衬
炉墙炉衬结构，自炉壳钢板依次衬砌隔热板、隔热砖、浇注料。浇注料锚固加固件为金属锚固座，锚固挂钩及耐火锚固砖。炉墙砌体总厚度为486mm。
3.2炉顶炉衬
炉顶炉衬结构，从炉外至炉内依次为隔热板、轻质隔热浇注料、高温高强耐火可塑料。可塑料捣打层锚固结构为吊挂锚固砖、吊挂锚固钩、炉顶吊挂梁。炉顶炉衬总厚度为315mm。
均热段、二加段、一加段炉顶各有30个平焰烧嘴。平焰烧嘴除具有一般烧嘴的特点外，还有以下独特的优点：能够实现全辐射、节约燃料；平焰烧嘴均匀分布在均热段，火焰沿径向敞开，炉子温度分布均匀，加热、均热效果良好；火焰向下炉压易于控制。
3.3炉底炉衬
炉底炉衬从冷面至热面，依次由隔热板、轻质粘土砖、粘土砖、高铝砖构成复合炉衬，总厚度524mm。炉底水梁、立柱包扎采用50mm浇注料和20mm硅酸铝纤维毡双层包扎结构，水梁包扎总厚度为70mm，立柱管包扎总厚度也为70mm。
4.炉衬施工
步进式炉炉衬除隔热层外，炉体炉顶为耐火可塑料； 炉墙、进出料端、烟道顶等为耐火浇注料。根据步进式炉的结构特点，将炉衬施工分成三个部分，以扩大施工作业面。
第一部分：包括炉体炉墙、炉顶、炉底；水平梁、支承管及上升烟道等。以耐火浇注料、捣打可塑料为主，亦有耐火砖砌体施工。第二部分包括砖砌烟道、换热器等以砌砖为主，亦有部分浇注料。第三部分包括烟囱，内衬耐火砖砌体。三个部分进行平行流水作业，同步施工动态调整，以便均衡施工及加快施工进度。
4.1耐火可塑料施工
耐火可塑料炉衬采用支模法，使用风动锤捣打。捣锤采用橡胶锤头，锤头受力方向垂直向下，捣锤风压不小于0. 5MPa。捣打应从坯间接缝开始，锤头在前进方向移动宜重叠2/3，行与行重叠2/3，反复捣打3遍以上，使捣固体达到平整密实均一。捣打炉顶可塑料时，捣打方向应平行于受热面。可塑料捣打施工要连续进行，当班铺排的料坯当班必须捣实。如有间断，继续施工时应对接缝处料面刮毛。 捣打体中的锚固砖或吊挂砖在安放前，宜用与此砖同齿形的木模（压模）打入可塑料内，并用风动锤打出印痕，形成凹凸面，使其捣打体上的压印正好与锚固砖吻合。挂钩要拉紧，锚固砖四周的可塑料必须捣打密实。
可塑料炉衬捣完经养护拆模板后，炉衬受热面应修整、刮毛、开设通气孔。
4.2耐火浇注料施工
浇注料炉衬施工要求模板接缝应严密，不漏浆，对模板要采取防粘措施。采用强制式搅拌机搅拌浇注料，施工配比要称量准确。外加剂和水的加入量要严格控制，并应将浇注料中的食水量计入加水总量内，确保浇注料炉衬的施工质量。而搅拌好的浇注料必须在30min内用完，已经初凝的浇注料不得使用。
浇注料应振捣密实，宜采用插入式振捣器。浇注厚度不应超过振捣器作用部分长度的1.25倍。浇注料浇捣应连续进行，在前层浇注料凝结前应将次层浇注料浇捣完毕。间歇超过凝结时间，应按施工缝要求进行处理。
浇注料浇捣施工程序中的工序环节都至关重要，必须精心操作，严格管理，认真检查，达到筑炉施工及验收规范的要求。
5.炉衬烘烤
国家《工业炉施工及验收规范》规定，工业炉在投入生产前，必须烘干烘透。烘炉前应先烘烟囱和烟道。
采用不定形耐火材料为内衬的步进式炉，其烘炉曲线应根据炉衬结构特点，内衬材质及厚度、施工部位、成型工艺及烘烤方式制订。步进式炉炉衬结构性有定形耐火砖，又有不定形耐火材料，还应根据其内衬的材质特点，主次关系，同时还要考虑到不定形耐材炉衬结构材质品种，粒度组成、气孔率大小、水分含量多少、施工季节、常温强度、脱模时的强度及施工环境具体情况制订烘炉曲线和操作规程。其主要内容有：烘炉期限、升温速度、恒温时间、最高温度、更换加热系统的温度、烘炉措施及烘炉操作规程。烘炉后需降温的炉子，在烘炉曲线中还应注明降温速度。
不定形耐火材料炉衬按规定养护后才能进行烘烤，烘烤的时间结合国外引进工程及国内多年烘炉经验。参考烘炉曲线如图所示。
注：1、在450℃以前，采用烘炉管烘炉，各温度段可根据实际情况调整保温时间，其总烘炉时间将根据点主烧嘴的条件具备情况而定。
烘炉操作时应认真执行烘炉操作规程，严格按烘炉曲线升温、恒温，确保炉衬中的游离水和结晶水充分顺利排出。同时使炉衬经过高温完成不定形耐火材料的烧结，通过烘炉烧结使低强度的炉衬成为一个具有高温力学性能，坚实微密无缝的整体炉衬。
烘炉时应详细记录，对所发生的一切不正常现象，采取的相应措施，并注明其原因。如烘炉主要措施发生故障而影响正常升温时，应进行保温，故障消除后才能继续升温。烘炉过程中还应测定和绘制实际烘炉曲线。同时对烘炉过程中所出现的缺陷经过处理后炉子才可投入生产。
6.结束语
综合所述，步进式炉是技术复杂的系统工程项目。就炉衬而言，欲要使炉子达到高产长寿，就必须从设计开始，从步进式炉炉衬结构到耐火材料选材，从耐材生产到耐材加工，从施工到竣工，从烘炉到投产，从静态管理到动态管理都必须坚持高产长寿的方针.。精心设计、精心施工、精心维护、科学管理，充分发挥步进式炉的优越性，方能实现步进式炉高产长寿优质低耗的目标。
【关键词】步进式；加热炉；炉衬施工；烘烤；应用技术
1.前言
步进式加热炉是靠专用步进机构使钢坯在炉内移动的一种机械化炉子。它与推钢式加热炉相比，有生产能力大、加热速度快、温度均匀、烧损少加热质量好，特别是操作灵活，可步进送钢，步进退钢和踏步控制，易于排空炉料，使钢料退出和更换钢种的优点。因此步进式加热炉就成为目前加热钢坯而普遍采用较为先进的一种炉型。
上下加热步进梁式加热炉是步进式炉的一种，它是国内热轧带钢厂加热炉的主要炉型。武钢 1700轧机、宝钢2050轧机、1580、1880、鞍钢1780轧机热轧带钢厂都各自建有上下加热步进梁式加热炉。这种类型的步进式加热炉无论是炉型结构、设备的装备水平，控制水平，还是产品的加热质量和能耗指标，均达到世界先进水平。
2.概况
上下加热板坯步进梁式加热炉（以下简称步进式炉）是热轧板坯轧制前加热的热工设备，也是热轧板卷工艺生产流水线的重要组成部分。八钢热轧厂加热炉有效长度48500mm，净宽11200mm； 加热炉炉底强度为：P=587kg/h.m2（冷装碳钢）；炉子生产能力300t/h；钢坯装炉温度为常温～800℃，出炉温度为1250 C ，钢坯在炉内加热时间为160～220min 。
2.1步进驱动装置
步进梁驱动是靠步进机械的步进机构来实现的。而步进机械设置在炉底下的炉坑中，因此通常亦称为炉底机械。它包括斜轨座与轮组、升降框架、平移框架（步进框架）、升降与平移液压缸、升降与平移定心装置。步进梁采用双框架，沿炉长方向分为两段，便于设备制造及安装。步进梁驱动采用双轮斜轨式液压传动，升降驱动装置液压斜台面式。这种形式运行稳定，板坯跑偏量小，制造、施工方便。步进梁的运动轨迹是一个矩形运动轨迹。步进梁运动由水平运动和升降运动组成。水平运动和升降运动过程中的速度是变化的，其目的在于保证板坯以较低的速度接触水梁和步进梁开始动作及结束动作的缓和，减少步进机构产生冲击和震动。步进机构的水平运动是：通过一台平移液压缸驱动平移框架，使其在提升框架的滚轮上作平移运动，此时，提升液压缸处于静止状态。
步进梁的上下升降行程为200mm，水平行程为550mm，步进梁运动周期约为50s。当板坯较短时间停炉时，要求步进梁作踏步动作，以避免板坯黑印加重。当板坯较长时间停炉时，要求步进梁停在中位与固定梁同一标高以避免板坯变形弯曲。
2. 2燃料燃烧装置
步进炉炉型结构优化燃烧系统，采用高炉、焦炉混合煤气，发热值8778±5%kJ/m3（标态），烧嘴型式为侧向低NOx烧嘴及炉顶平焰烧嘴。合理分配热量供给，烧嘴分布按炉子分预热段、一加热段、二加热段和均热段的上下供热和自动控制，全炉8个控制段，共130个烧嘴，型式及分布如表1所示。
一加热段、二加热段、均热段炉顶采用平焰烧嘴，均匀分布在均热段、一加热段、二加热段，火焰沿径向敞开，炉子温度分布均匀，加热、均热效果良好；板坯沿长度方向温度均匀性得到改善； 火焰向下炉压易于控制。下加热采用侧向调焰烧嘴，火焰可调，从而改善加热质量。减少料坯温差。
2.3余热利用装置
为适应步进式炉加热要求，安装换热器回收余热。直接利用烟气余热，大大降低烟气的出炉温度，提高空气预热温度，降低燃料单耗。炉子采用下排烟，烟气由炉子装料端的 烟道流入位于炉子底部的水平烟道内。再经过换热器、烟道闸板进入烟囱。烟囱座落在炉子的后方的厂房外。出口直径4m，高度85m。
3.炉衬结构
炉衬采用多层耐火材料砌筑复合炉衬结构，并增加隔热厚度，以强化绝热，目的在于减少炉体砌体的散热损失。炉内水梁和支柱都采用耐火纤维与特殊耐火浇注料双层绝热料包扎，以减少热量损失。步进式炉炉衬结构特点，是大量采用了不同材质的耐火材料。既有定型耐火制品和不定形耐火材料，诸如耐火可塑料、耐火浇注料及耐火喷涂料，还有隔热性能良好的隔热材料。
3.1炉墙炉衬
炉墙炉衬结构，自炉壳钢板依次衬砌隔热板、隔热砖、浇注料。浇注料锚固加固件为金属锚固座，锚固挂钩及耐火锚固砖。炉墙砌体总厚度为486mm。
3.2炉顶炉衬
炉顶炉衬结构，从炉外至炉内依次为隔热板、轻质隔热浇注料、高温高强耐火可塑料。可塑料捣打层锚固结构为吊挂锚固砖、吊挂锚固钩、炉顶吊挂梁。炉顶炉衬总厚度为315mm。
均热段、二加段、一加段炉顶各有30个平焰烧嘴。平焰烧嘴除具有一般烧嘴的特点外，还有以下独特的优点：能够实现全辐射、节约燃料；平焰烧嘴均匀分布在均热段，火焰沿径向敞开，炉子温度分布均匀，加热、均热效果良好；火焰向下炉压易于控制。
3.3炉底炉衬
炉底炉衬从冷面至热面，依次由隔热板、轻质粘土砖、粘土砖、高铝砖构成复合炉衬，总厚度524mm。炉底水梁、立柱包扎采用50mm浇注料和20mm硅酸铝纤维毡双层包扎结构，水梁包扎总厚度为70mm，立柱管包扎总厚度也为70mm。
4.炉衬施工
步进式炉炉衬除隔热层外，炉体炉顶为耐火可塑料； 炉墙、进出料端、烟道顶等为耐火浇注料。根据步进式炉的结构特点，将炉衬施工分成三个部分，以扩大施工作业面。
第一部分：包括炉体炉墙、炉顶、炉底；水平梁、支承管及上升烟道等。以耐火浇注料、捣打可塑料为主，亦有耐火砖砌体施工。第二部分包括砖砌烟道、换热器等以砌砖为主，亦有部分浇注料。第三部分包括烟囱，内衬耐火砖砌体。三个部分进行平行流水作业，同步施工动态调整，以便均衡施工及加快施工进度。
4.1耐火可塑料施工
耐火可塑料炉衬采用支模法，使用风动锤捣打。捣锤采用橡胶锤头，锤头受力方向垂直向下，捣锤风压不小于0. 5MPa。捣打应从坯间接缝开始，锤头在前进方向移动宜重叠2/3，行与行重叠2/3，反复捣打3遍以上，使捣固体达到平整密实均一。捣打炉顶可塑料时，捣打方向应平行于受热面。可塑料捣打施工要连续进行，当班铺排的料坯当班必须捣实。如有间断，继续施工时应对接缝处料面刮毛。 捣打体中的锚固砖或吊挂砖在安放前，宜用与此砖同齿形的木模（压模）打入可塑料内，并用风动锤打出印痕，形成凹凸面，使其捣打体上的压印正好与锚固砖吻合。挂钩要拉紧，锚固砖四周的可塑料必须捣打密实。
可塑料炉衬捣完经养护拆模板后，炉衬受热面应修整、刮毛、开设通气孔。
4.2耐火浇注料施工
浇注料炉衬施工要求模板接缝应严密，不漏浆，对模板要采取防粘措施。采用强制式搅拌机搅拌浇注料，施工配比要称量准确。外加剂和水的加入量要严格控制，并应将浇注料中的食水量计入加水总量内，确保浇注料炉衬的施工质量。而搅拌好的浇注料必须在30min内用完，已经初凝的浇注料不得使用。
浇注料应振捣密实，宜采用插入式振捣器。浇注厚度不应超过振捣器作用部分长度的1.25倍。浇注料浇捣应连续进行，在前层浇注料凝结前应将次层浇注料浇捣完毕。间歇超过凝结时间，应按施工缝要求进行处理。
浇注料浇捣施工程序中的工序环节都至关重要，必须精心操作，严格管理，认真检查，达到筑炉施工及验收规范的要求。
5.炉衬烘烤
国家《工业炉施工及验收规范》规定，工业炉在投入生产前，必须烘干烘透。烘炉前应先烘烟囱和烟道。
采用不定形耐火材料为内衬的步进式炉，其烘炉曲线应根据炉衬结构特点，内衬材质及厚度、施工部位、成型工艺及烘烤方式制订。步进式炉炉衬结构性有定形耐火砖，又有不定形耐火材料，还应根据其内衬的材质特点，主次关系，同时还要考虑到不定形耐材炉衬结构材质品种，粒度组成、气孔率大小、水分含量多少、施工季节、常温强度、脱模时的强度及施工环境具体情况制订烘炉曲线和操作规程。其主要内容有：烘炉期限、升温速度、恒温时间、最高温度、更换加热系统的温度、烘炉措施及烘炉操作规程。烘炉后需降温的炉子，在烘炉曲线中还应注明降温速度。
不定形耐火材料炉衬按规定养护后才能进行烘烤，烘烤的时间结合国外引进工程及国内多年烘炉经验。参考烘炉曲线如图所示。
注：1、在450℃以前，采用烘炉管烘炉，各温度段可根据实际情况调整保温时间，其总烘炉时间将根据点主烧嘴的条件具备情况而定。
烘炉操作时应认真执行烘炉操作规程，严格按烘炉曲线升温、恒温，确保炉衬中的游离水和结晶水充分顺利排出。同时使炉衬经过高温完成不定形耐火材料的烧结，通过烘炉烧结使低强度的炉衬成为一个具有高温力学性能，坚实微密无缝的整体炉衬。
烘炉时应详细记录，对所发生的一切不正常现象，采取的相应措施，并注明其原因。如烘炉主要措施发生故障而影响正常升温时，应进行保温，故障消除后才能继续升温。烘炉过程中还应测定和绘制实际烘炉曲线。同时对烘炉过程中所出现的缺陷经过处理后炉子才可投入生产。
6.结束语
综合所述，步进式炉是技术复杂的系统工程项目。就炉衬而言，欲要使炉子达到高产长寿，就必须从设计开始，从步进式炉炉衬结构到耐火材料选材，从耐材生产到耐材加工，从施工到竣工，从烘炉到投产，从静态管理到动态管理都必须坚持高产长寿的方针.。精心设计、精心施工、精心维护、科学管理，充分发挥步进式炉的优越性，方能实现步进式炉高产长寿优质低耗的目标。