節(jié)約能源是我國能源戰(zhàn)略的重要目標(biāo)。在軋鋼生產(chǎn)中，加熱爐是主要的耗能設(shè)備之一。合理選用加熱爐，提高燃料利用率，對于降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質(zhì)量，從而充分創(chuàng)造整個軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，具有非常重要的意義。基于2000年建成投產(chǎn)的第一條線材生產(chǎn)線加熱爐的狀況，并且對國內(nèi)外大中型線材生產(chǎn)線加熱爐在節(jié)能降耗、環(huán)境保護等方面進(jìn)行調(diào)研對比，在新建的第二條高速線材生產(chǎn)線中采用了雙蓄熱式步進(jìn)梁加熱爐。

    步進(jìn)梁加熱爐的作用是將大于500℃的熱裝或常溫下冷裝的連鑄坯加熱到軋制所需要的溫度，以提高金屬的塑性，減少軋制變形抗力和機械電氣負(fù)荷，節(jié)約能源和能耗。

    蓄熱式加熱爐的工作原理

    1 蓄熱式加熱爐的理論基礎(chǔ)

    蓄熱式燃燒技術(shù)，19世紀(jì)中期就開始用于高爐熱風(fēng)爐、平爐、焦?fàn)t、玻璃熔爐等規(guī)模大且溫度高的爐子。其原理是采用蓄熱室余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣，使之流經(jīng)蓄熱體，達(dá)到在最大程度上回收高溫?zé)煔獾娘@熱，提高助燃空氣溫度的效果。但傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚作蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向周期長，限制了它在其他工業(yè)爐上的應(yīng)用。新型蓄熱室，采用陶瓷小球或蜂窩體作蓄熱體，其比表面積高達(dá)200～1000m2/m3，比老式的格子磚大幾十倍至幾百倍，因此極大地提高了傳熱系數(shù)，使蓄熱室的體積可以大為縮小。另外，由于換向裝置和控制技術(shù)的提高，使換向時間大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向時間一般為20～30min，而新型蓄熱室的換向時間僅為0.5～3min。新型蓄熱室傳熱效率高和換向時間短，帶來的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預(yù)熱介質(zhì)的預(yù)熱溫度高（只比爐溫低100～150℃）。因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達(dá)到85%以上，熱回收率達(dá)80%以上。

    2 蓄熱式加熱爐的工作原理

    宣鋼二高線步進(jìn)梁蓄熱式加熱爐是將助燃空氣和高爐煤氣經(jīng)換向系統(tǒng)后經(jīng)各自的管道送至爐子左側(cè)各自的蓄熱式燃燒器，自下而上流經(jīng)其中的蓄熱體，分別被預(yù)熱到950℃以上，然后通過各自的噴口噴入爐膛，燃燒后產(chǎn)生高溫火焰加熱爐內(nèi)鋼坯，火焰溫度較同種煤氣做燃料的常規(guī)加熱爐高400～500℃,90%以上的熱量被蓄熱體回收，最后以150℃以下的溫度排放到大氣中，比常規(guī)加熱爐節(jié)能30%～50%。同時，高溫?zé)煔膺M(jìn)入右側(cè)通道，在蓄熱室進(jìn)行熱交換，將大部分余熱留給蓄熱體后，煙溫降到150℃左右進(jìn)入換向機構(gòu)，然后經(jīng)排煙機排入大氣。幾分鐘后控制系統(tǒng)發(fā)出指令，換向機構(gòu)動作，空氣、高爐煤氣、煙氣同時換向?qū)⑾到y(tǒng)變?yōu)橄乱粋�狀態(tài)，此時空氣和高爐煤氣從右側(cè)噴口噴出并混合燃燒，左側(cè)噴口作為煙道，在排煙機的作用下，高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱體后排出，一個換向周期完成。

   
    圖1 蓄熱式加熱爐燃燒系統(tǒng)工作原理簡圖

    加熱爐簡介及其性能特點

    1 加熱爐基本結(jié)構(gòu)

    宣鋼二高線廠加熱爐為懸臂輥側(cè)進(jìn)料、側(cè)出料的步進(jìn)式加熱爐。加熱爐從進(jìn)料端到出料端分為I加熱段、II加熱段、均熱段，采用蓄熱式燃燒技術(shù), 蓄熱式燒嘴在I加熱段、II加熱段、均熱段進(jìn)行上下供熱，燃燒高爐煤氣，熱值為 750X4.18KJ/Nm3。爐子的主要尺寸見表1：

    表1:加熱爐的主要尺寸
    項  目                     尺  寸（mm）
    有效長度                     22388
    爐子內(nèi)寬                     12600
    上加熱爐膛高度               1400
    下爐膛高度                   2200
    砌底總長                     23888
    砌底總寬                     13800
    有效爐底面積（m2）            282
    固定梁頂面標(biāo)高                57.5


    爐子鋼結(jié)構(gòu)由普碳鋼板和型鋼焊接件組成，分為四個主要部分:爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐子兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)、裝、出料端鋼結(jié)構(gòu)、爐頂鋼結(jié)構(gòu)。加熱爐砌體采用澆注料整體澆注，爐頂采用平頂?shù)鯍旖Y(jié)構(gòu)，錨固磚用錨固鉤吊掛在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上。爐區(qū)設(shè)有平臺,平臺之間安置梯子和欄桿。加熱爐除裝料爐門和出料爐門外，設(shè)4個檢修爐門，端墻帶有耐熱透視玻璃的自閉式窺孔。爐門采用無水冷卻。加熱爐設(shè)置6根固定梁和4根步進(jìn)梁，采用單排布料。在加熱段和均熱段間采用水梁交錯技術(shù)，保證鋼坯溫度均勻性。

    爐子的機械設(shè)備主要包括：裝料爐門、爐內(nèi)裝料輥道、推鋼機、步進(jìn)機械、爐內(nèi)出料輥道、出料爐門。

    宣鋼二高線步進(jìn)梁式加熱爐設(shè)置汽化冷卻系統(tǒng)一套，采用強制循環(huán)方式。進(jìn)出料懸臂輥道和工業(yè)電視采用循環(huán)水冷卻。

    鋼坯進(jìn)入加熱爐前在爐外上料輥道上通過測長后由爐外上料輥道送入爐內(nèi)，通過懸臂輥道減速定位，然后由爐后液壓推鋼機推到固定梁上。通過步進(jìn)梁上升——前進(jìn)——下降——后退的周期運動，爐內(nèi)鋼坯被輸送到加熱爐出料端并放置在出料懸臂輥道上，然后由懸臂輥道輸出爐外。

    2 供熱制度和燃燒系統(tǒng)

    宣鋼二高線加熱爐采用蓄熱燃燒技術(shù)，蓄熱體為蜂窩體。通過爐墻側(cè)部的空氣蓄熱燒嘴和煤氣蓄熱燒嘴進(jìn)行供熱，將空氣和煤氣分別預(yù)熱到950℃以上再噴入爐膛。加熱爐分為三個供熱段,分別為I加熱段、II加熱段、均熱段, 沿爐長方向上設(shè)置多個供熱點，兩側(cè)上下蓄熱燒嘴供熱，供熱燒嘴共64只，采用三段爐溫制度（各段空氣蓄熱燒嘴和煤氣蓄熱燒嘴的分布見表2），其中，I加熱段爐溫為850～1050℃；II加熱段爐溫為1050～1150℃；均熱段爐溫為1150～1250℃，各段上下供熱比約為45%/55%。各供熱段的流量和空燃比通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，上下供熱量的調(diào)節(jié)通過燒嘴的能力和燒嘴前手動蝶閥實現(xiàn)。

    表2:各段空氣蓄熱器燒嘴和煤氣蓄熱器燒嘴的分布及燃料配比
   

序號	供熱段	空氣蓄熱器     燒嘴個數(shù)（個）	煤氣蓄熱器     燒嘴個數(shù)（個）	燃 料 配 比     %
1	I加熱段上	4	4	11	25
2	I加熱段下	4	4	14
3	II加熱段上	6	6	17	37.5
4	II加熱段下	6	6	20.5
5	均熱段上	6	6	17	37.5
6	均熱段下	6	6	20.5
合計		32	32	100	100

    
    蓄熱式燃燒系統(tǒng)由空（煤）氣蓄熱室、換向系統(tǒng)及控制單元組成，采用分側(cè)分散換向系統(tǒng)對空氣和煤氣蓄熱燒嘴進(jìn)行換向。分側(cè)分散換熱系統(tǒng)采用二位三通換向閥對空氣與煙氣進(jìn)行換向，每側(cè)同一段內(nèi)的上下幾個煤氣燒嘴共用一個二位三通換向閥對煤氣和煙氣進(jìn)行換向。這種換向方式可以將換向閥到各燒嘴之間的管道體積減少到最小，這樣，換向過程中的熄火時間可以縮短2秒以下，換向過程中的煤氣損耗也可以減少到最小。另外，采用分段分側(cè)二位三通換向，爐子兩側(cè)的換向閥和管道對稱，消除了爐子兩側(cè)熱狀態(tài)不均的問題。二位三通換向閥采用雙作用形式，并遵守先關(guān)供氣，后開排煙的操作策略，雙作用換向閥在換向過程中可以當(dāng)作切斷閥使用，避免了煤氣或空氣與煙氣相遇的可能。

    分側(cè)分散換向系統(tǒng)的優(yōu)點：

    -解決了集中換向方式存在的問題，縮小了換向閥到燒嘴之間的管道長度和體積；
    -節(jié)約了煤氣消耗；
    -解決了全分散換向方式管路過多、設(shè)備過多、故障點過多和檢修空間太小的問題
    -系統(tǒng)簡潔可靠，設(shè)備故障點少，管道美觀大方，檢修空間寬敞。

    換向系統(tǒng)采用PLC控制。主要功能有：

    -當(dāng)換向系統(tǒng)處自動運行狀態(tài)時，換向閥以一定的時間間隔完成換向動作。
    -當(dāng)排煙溫度過高時，系統(tǒng)將強制換向閥換向，直至排煙溫度下降到設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，可在觸摸屏上進(jìn)行手動換向。
    -超溫報警
    -動作異常報警：當(dāng)換向閥閥位異�；蜷L時間動作不到位時，觸摸屏上會出現(xiàn)報警指示燈閃爍并指示故障點所在位置，蜂鳴器報警，系統(tǒng)作出相應(yīng)的應(yīng)急或人工干預(yù)。

    3 爐區(qū)控制系統(tǒng)

    全爐采用的自動控制系統(tǒng)包括各設(shè)備的控制設(shè)定及所有設(shè)備的順序聯(lián)鎖控制�？刂品绞綖槭謩樱胱詣雍妥詣涌刂�。自動控制具體包括：1）各段爐區(qū)的自動控制，以合理的空燃比進(jìn)行調(diào)節(jié)，對各段空氣和煤氣流量進(jìn)行計量和檢測；2）對各種危險情況進(jìn)行報警；3）汽化冷卻系統(tǒng)自動化控制；4）微機監(jiān)控軟件顯示系統(tǒng)流程圖、趨勢圖控制，并能生成報表。

    4 加熱爐主要技術(shù)性能參數(shù)

              爐型：                  蓄熱式步進(jìn)梁加熱爐
              鋼種：                  普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、焊條鋼、焊絲鋼、低合金鋼、彈簧鋼、冷墩鋼等
              坯料尺寸（mm）：         150×150×12000
              短尺長度                不短于9000 mm
              單根坯料重量級          2052kg
              燃料種類                高爐煤氣
              入爐溫度：              冷裝：室溫
                                      熱裝：>600℃，熱裝率60～80%
              出爐溫度：              950～1150℃
              爐子加熱能力：          150 t/h
              空氣預(yù)熱溫度：          ≥950℃
              煤氣預(yù)熱溫度：          ≥950℃
              裝料方式：            采用爐內(nèi)懸臂輥道加對齊推鋼機側(cè)裝料
              出料方式：            采用爐內(nèi)懸臂輥道側(cè)出料（軋制線標(biāo)高為+5.80米）
              爐內(nèi)布料方式:         單排布料