步进式加热炉.docx

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步进式加热炉

一、步进式加热炉的起源与发展

步进式加热炉是机械化炉底加热炉中使用较为广泛的一种，是取代推钢式加热炉的主要炉型。

步进式加热炉始建于20世纪60年代中期，这种炉子已存在多年，因受耐热钢使用温度的限制，开始只用在温度较低的地方，适用范围有一定的局限性。

随着轧钢工业的发展，对加热产品质量、产量、自动化和机械化操作计算机控制等方面的日益提高，在生产中要求在产量和加热时间上有更大的灵活性，这就要求与之相适应的炉子机构也应具有很大的灵活性，以适应生产的需要，基于上述原因，传统的推钢式加热炉已难于满足要求。

而与传统的推钢式加热炉相比，步进式加热炉具有加热质量好、热工控制与操作灵活、劳动环境好等优点，特别是炉长不受推钢长度的限制，可以提高炉子的容量和产量，更适应当代轧机向大型化、高速化与现代化发展的需要。

经过改造后的步进炉结构，采用了步进床耐火材料炉底或水冷步进梁的措施，已能应用于高温加热。

目前，合金钢的板坯、方坯、管坯甚至钢锭等轧制前的加热已有不少采用步进炉加热，使用效果较好。

它的炉长不受推钢比的限制，大型步进炉生产率高达420万吨/年。

70年代以来，国内外新建的许多大型加热炉大都采用了步进式加热炉，不少中小型加热炉也常采用这种炉型。

现在新建的具有经济规模的各类轧钢厂基本上都选用了步进式加热炉；一些老厂如美国底特律钢厂热轧车间、法国索拉克和恩西俄厂的热轧车间、日本和歌山热连轧厂与鹿岛厚板厂以及加拿大汉密尔顿的多发斯科厂等，在改建或扩建中都选用了步进式加热炉替代原有的推钢式加热炉。

但当前轧钢加热炉，特别是中小型轧钢厂推钢式加热炉仍较多，这与中国的原燃料条件等多种因素有关。

步进式加热炉的炉底基本由活动部分和固定部分构成。

按其构造不同又有步进梁式、步进底式和步进梁、底组合式加热炉之分。

一般坯料断面大于（120×120）mm2多采用步进梁式加热炉，钢坯断面小于（100×100）mm2多采用步进底式加热炉。

二、步进式加热炉的工作原理

步进式加热炉是靠炉底或步进梁的升降进退来带动料坯前进的，其工作原理如下：

起始位置，活动炉底在坯料下面最低位置，坯料两端架在炉内的固定炉底上，以后在活动炉底升起将坯料托起，接着活动炉底下降将坯料放在固定炉底上，最后活动炉底又回复到原来位置，由上可知，活动炉底运动的轨迹为一个矩形，它运动一个循环的时间叫“周期”，它运动一次使坯料前行的距离叫“行程”。

步进炉加热的特点是：

步进炉可以采取坯料之间分开的加热方式，这样加热速度快而且内外温度均匀。

除此之外，步进式加热炉的装出料装置也是加热炉的重要部分。

鞍钢厚板厂的步进梁式加热炉板坯装出炉程序及PLC联锁条件在设计原则上有利于提高生产率，合理节能且安全可靠。

当加热炉操作工接到了轧机操作室要钢信号后,手动给出钢命令；PLC自动确认激光器检测有坯,辊道速度为零,步进梁下位在原点；步进炉1号出钢炉门开始上升到1m高处激光器发出信号,炉门停止上升；出钢机前进到计算位置后,APC发信号,炉门上升同时出钢机上升；炉门到全开激光器发信号,出钢机继续后退出料门下降；出钢机退回极限位置,APC发信号,出钢机下降到原点。

步进梁上升、前进、下降、后退,做正循环运动（周期45s），完成一周期按设定间隔或无间隔再开始下一周期运动。

周而复始直至前进按PLC计算炉尾部空出可装下块板坯位置时（或前进的板坯遇到激光器；步进梁停止前进下降回原点等待下一次出钢指令）；装料炉门开始上升到激光器发信号；推钢机前进按公式自动算出行程S将板坯推到炉内，推钢机后退至炉外激光器发信号,进料门下降,同时推钢机回原点。

之后料侧,手动选择入钢道、给按钮信号,辊道自动将坯送到该道对中,等待自动推钢。

联锁条件：

（1）出钢机前进、上升、后退时,出钢炉门必须开启,步进机构不能动作，出料辊道必须停转。

（2）步进机构动作时,出钢炉门、装料炉门必须关闭。

（3）推钢机推钢时,装料门必须打开,步进梁必须在下降位置停止不动。

三步进式加热炉的炉型结构

（1）炉膛宽度。

是由坯料长度与装料排数确定的，料排间和料排与炉墙间的空隙一般取0．15～0．3m。

（2）炉长。

有效炉底长度系指钢料在炉内有效加热所占的长度，是由炉子产量计算确定。

端装侧出料的炉子为炉尾砌体外缘至出料门中心线的距离；端装端出料的炉子为炉尾砌体外缘至出料滑坡折点的距离，用托出机出料的炉子则算至钢坯在炉内最后位置的前端线；侧装料的炉子，其炉尾从侧装料门或辊道中心线算起。

炉子全长指前后端墙砌体外缘间的距离。

步进式炉炉长无上述限制，但炉子过长时跑偏量也将增大。

（3）炉膛高度与炉子内型。

它们直接影响炉子的加热能力和热量利用，是根据类似炉子的经验来确定的。

炉子各段长度一般可根据钢材加热计算中各段加热时间的比例及类似炉子的实际情况决定，两段式加热炉的加热段和预热段长度各约占有效炉长的一半，产量较小的炉子加热段长度比例也要小一些，三段式加热炉均热段长度约占有效炉长的15％～25％，加热段占25％～40％，预热段占35％～50％；多点供热加热炉均热段和加热段总长可占70％以上。

炉膛高度（或深度），指炉底滑道或固定梁顶面到炉顶或炉底表面之间的距离，在炉宽已定，各段长度比例相对稳定的条件下，它是决定炉膛空间大小、炉型曲线是否合适的关键尺寸。

影响炉膛高度与炉型曲线的因素较多，根据理论分析与实践验证，炉膛空间大小应保证燃料的充分燃烧和被炉气充满，它随燃料种类、燃烧方式及热负荷的不同而异。

在带入炉内同样热量条件下，低热值煤气的废气量要大于高热值煤气的，因此需要较大空间；燃重油和天然气的炉子炉膛一般较小；有焰燃烧时，火焰对钢料传热比例较无焰燃烧时大，此时炉膛高度要尽量保证火焰接近钢料而不应追求加大炉壁面积的作用。

四、步进式加热炉的热工制度

炉温制度对于加热坯料厚度较小或对坯料加热内外温差要求不严的中小型加热炉，多采用两段式炉温制度，即只有加热段和不供热的预热段。

对于坯料厚度较大或温差要求比较严格的加热炉则采用三段式炉温制度，即在出料段再设一个均热段，其温度低于加热段而略高于坯料表面温度，供热强度很小，以使坯料表面与中心温差缩小到允许范围。

按三段式炉温制度设计的加热炉也可以按两段式炉温操作。

大产量的板坯、型钢及高速线材加热炉均采用三段式加热炉。

单面加热或双面加热加热厚度小于90～100mm的坯料时，一般选用单面加热工艺，即选用没有下加热的推钢式炉或步进底式炉，其单位炉底面积小时产量适中而热耗较低；加热厚度大于100mm的坯料时，则选用双面加热工艺，即选用上下加热的推钢式炉或步进梁式炉。

由于步进梁式炉坯料有间隙，120～130mm的方坯或圆坯也可采用单面加热。

由于炉内滑道间距（纵水管或步进梁与固定梁）等结构上的限制，短坯料不能采用双面加热，推钢式炉坯料长度应大于1000mm，步进梁式炉坯料长度宜大于2500mm，否则其下表面遮蔽大、受热差且运行不可靠，容易发生“掉道”事故。

中国加热50～60mm方坯的小型推钢式加热炉也多采用上下加热方式，主要是考虑炉底清渣方便，避免炉底结渣带来的一系列问题。

为了避免水管“黑印”对小坯料的不利影响及节约燃料，还有采用无水冷滑道（如用棕刚玉滑轨）两面加热的推钢式炉，其坯料断面尺寸不大于75mm×75mm，滑轨寿命为6～12个月。

高速线材轧机加热炉的坯料长度为12～22m，冷料进炉时单面受热易变形弯曲，要求两面受热，常采用进料端为步进梁的梁底组合式步进炉。

炉型曲线与供热段（点）布置它与上述两个内容相对应且与燃料种类有关。

两段式加热炉主要靠端部轴向烧嘴供热，下加热采用轴向烧嘴或侧烧嘴，产量较大的炉子还要增加上部侧烧嘴。

加热段炉膛较高，以保证燃料燃烧空间和增加辐射传热的需要；预热段炉膛较低，以增强对流传热。

直接烧煤的中小型推钢式加热炉只能采用两段式炉温制度，单面加热的由端部（头炉）供热，两面加热的还有一个下部供热点（腰炉）。

三段式加热炉均热段供热能力较小。

均热段与上下加热段之间的炉顶有一个“压下”区（即炉顶略有下降），且炉底有一个凸台以减少两段之间的温度干扰。

产量较大、炉体较长的三段式炉，供热负荷很大，往往要增设第二个上下供热段。

大型板坯加热炉多采用上下六点供热，有些烧煤气的加热炉均热段采用炉顶平焰烧嘴供热或上加热全部采用炉顶烧嘴的平顶式加热炉。

这种炉型供热点多，操作灵活，但结构及控制复杂，投资较高。

四、步进式加热炉的优点

与推钢式加热炉相比，步进式加热炉有下列优点：

1）加热的坯料不受断面形状和尺寸的限制，可以加热推钢式加热炉难以加热的大型板坯、异形坯以及细小和较薄的钢坯。

2）加热制度灵活，适应性较大。

在炉长一定的情况下，可以通过改变钢料之间的距离即可改变炉内装料的数目，以适应轧机产量和钢种变化的需要。

而调整步进周期，即可变化钢料在炉内的加热时间，从而适应不同钢种不同加热速度的需要。

3）加热质量较好，钢温比较均匀。

因为在步进炉内钢料之间有一定距离，增加了钢料的受热面积，使钢料断面温差减小。

另外，由于钢料的移动是靠炉底运动，不在炉底上直接滑动，因而钢坯的下表面不会有划伤。

4）炉子长度不受推钢比的限制，不仅不会发生拱钢、粘钢等事故，而且可以增加炉长，提高炉子生产能力。

大型步进式加热炉的炉底强度可达800～1000kg／（m2•h）。

5）与轧钢机配合比较灵活方便，可以根据需要将钢料退出炉外，以避免钢料长时间的停在炉内造成氧化和脱碳。

也可以使钢料在炉内踏步不前，以适应轧机在产量上变化的需要。

6）可以比较精确的计算和控制钢料在炉内的加热速度和加热时间，有利于实现整个加热过程的自动化。

7）自动化程度高：

采用全自动化控制，炉膛温度控制采用具有动态限幅带的双交叉限幅控制，实现二、三级自动控制

8）配备完善的热自动化控制系统，确保严格的空然比和合理的炉压控制，是热损失及燃耗降低到最小。

9）加热炉的推广及应用价值：

江都高新冶金设备有限公司，热轧工程加热炉吸收世界上加热炉先进技术和节能措施，代表了加热炉的发展方向，布局紧凑合理，维修操作方便；录像结构节能、经济、寿命长、设备、材料、造型先进、经济、合理、适用。

具有广泛的推广和应用价值。

五、步进式加热炉的前景

近十多年来，随着轧钢技术向着连续化，大型化、自动化，多品种、高精度的发展，步进式加热炉为适应工艺的要求，也朝着大型化，多功能，优质，高产，低消耗，无公害和操作自动化的方向迈进。

（1）大型化

目前，步进式加热炉的发展最显著的一个特点就是为了适应轧机小时产量的提高向着大型化方向发展。

原苏联契列波维茨钢铁厂热带车间用步进梁式加热炉，炉子产量A．20T／'h，炉内宽11．25m，炉有效长49．59m，采用汽化冷却，压力为18kg／cm。

，步进梁水平行程480mm，垂直行程200mm，步进周期为6O秒。

德国克勒克纳公司不来梅厂热轧用步进梁式炉产量为400T／h。

法国索拉克热轧带钢厂步进式加热炉，炉子有效长53．9m，炉子最大产量达525t／h。

我国80年代从法国斯太因引进的2050热轧厂用步进炉，炉子有效长50m，炉由宽12．6m，炉子额定产量350t／h，最大产量400t／h，步进行程为500mm，升降行程200mm，运动周期45秒。

（2）多功能

现代化的步进式加热炉除了高产，低耗外，要求它的适应性强，功能多，是目前步进式炉发展的又一大特点，也就是说，作为一一个为轧机服务的热设备，它不仅能适应各种坯料，如厚板坯，薄板坯，热装坯、冷装坯，冷热混装坯的加热要求，韭根据它们的不同出炉温度采用不同的加热方法，同时还应适应轧制节奏和待轧的要求，也就是说，它还具有适应连续出钢和间断出钢的能力，具有和连铸机匹配的能力，除此以外，还能满足一些特殊钢种对加热的要求，如对脱碳、温差、氧化烧损的要求等。

（3）高热率高回收率

自从1973年世界发生石油危机以来，各国工业炉工作者都把炉子高效，节能放在重要位置上，也就是说，作为能耗大户的加热炉，在满足工艺加热要求的前提下，最重要的是要提高炉子热效率，降低能耗。

在节能降耗上，除了水管双层绝热，合理的炉底强度，严密的炉体外，在余热回收．安装余热锅炉，汽化冷却，步进梁孔洞加帽等方面，又有心的发展。

①搞风温双预热

一些国外的著名炉子公司如IT公司一直主张低热值的煤气应采用双预热，高风温，他们甚至主张有条件的炉子可以把风温预热到700"C。

加拿大道菲斯克加热炉燃料为焦炉煤气和6号燃料油（均为富硫燃料），但不论在任何情况下均能保证空气温度预热到650C，而且换热器寿命还很长，换热器材质高温烟气侧为无Ni材料。

以避免高温下和硫发生反应。

②气化冷却

推钢式加热炉采用汽化冷却已无可质疑，但对于步进式炉采用汽化冷却却为数不多。

但近十几年来，步进梁汽化冷却技术有了很大的发展，国外纷纷报道大型步进炉采用汽化冷却所带来的经济设益。

如英钢联拉肯比厂250t／h步进梁式炉采用汽化冷却，该炉长41m，内宽10m，炉子单耗1.35MJ／kg，坯料出炉温差小于30℃，蒸汽冷产量7．9t／h，表压0.17MPa。

意大利SSAB公司3oot／h产量的步进梁式炉采用汽化冷却，产汽量为12t／h，表压0.22MPa，炉子有效长35m，内宽12m。

（4）适用于多种燃料的燃烧系统

大型步进炉中很多炉子都采用2～3种燃料。

如在均热段或第一加热段采用焦炉煤气亦可切换成其它热值煤气，在预热段或其它加热段则采用重油。

转换某一燃烧段的燃料装设有自动程序控制，无需人工去干预，通过分配控制系统全部自动来完成燃料的种类转换。

火焰长度可调烧嘴是为了适应长坯料、宽炉型而研制出来的一种新型烧嘴，为了使坯料加热均匀，尤其是在产量降低和炉子停炉待轧时，这时炉子的热负荷需要下降，而某些燃烧段上的烧嘴便会出现烧嘴能力降低，火焰长度变短。

在这种情况下坯料在炉内的受热就非常不均匀，亦可出现局部过热或过烧现象，若采用火焰长度可调烧嘴这种现象即可避免。

（5）管理控制功能

从各车间计算机系统送来的有关坯料的运行信息，确定炉子的最佳燃烧策略和出炉节奏，坯料的加热过程控制有九个功能；①炉子板坯的跟踪，②坯料温度下降模型，③坯料加热在线数学模型，④滑道黑印的计算，⑤炉子各段温度设定控制，⑥步进梁的步距，⑦炉子的待轧方案，⑧加

热短坯料的烧嘴关闭，⑨管理计算机和仪表的转接。

炉子坯料跟踪功能即监控和记录炉内坯料运行状态。

（6）灵活快速的机械装置

钢坯的自动对中，步进机构防止跑偏装置，步进粱对钢坯实现轻拿轻放，比例伐加变量泵的应用，步进梁作矩形运动时为了克服惯性减少冲击，要求实现慢速启动和慢速停车，步进梁下降时为了减少冲击和震动在液压系统中采用液压平衡装置等，这些技术在荷载1—2千吨的步进梁加热炉上的应用已经非常成熟，并趋于定型化。

此外，步进炉的机械装置具有如下特点。

①产量为400~550t／h的步进梁式炉设计的特别快的步进周期，其步进周期仅为30s，一般都是45～6Os。

②装料端和出料端分离的二段式步进梁。

二段式步进梁使炉子具有装出料独立的能力，对热装，冷装，混装、厚坯，薄坯均能按照不同的出炉温度采用不同的加热方法，炉子具有连续和间断出钢的能力。

③板坯装料机可以将板坯送入炉内6m，所用肘间仅为30s

④特长行程的取料机，其取料周期仅为30s。

⑤一般步进框架有单层框架和双层框架二种型式。

其中双层框架的下层梁的上部和下部都具有多组滚轮，下部滚轮在斜坡轨道上作上下滚动，单层框架即三辊提升装置（如马钢高线用步进炉），现国外某公司研制出一种介于单层和双层之间的一种新型框架结构。

⑥炉子采用二个完全独立的液压系统。

一个是用矿物油，用于步进机构的传动，另外一个是用水一乙二醇为主的液压剂。

用于高温的机械传动上。

综上所述，不难看出，现代化步进炉盼发展趋势就是大型化，多功能、优质高产、低消耗，无公害、操作高度自动化。