萊鋼特殊鋼廠小型車間有一座推鋼式單蓄熱加熱爐,燃料為由焦爐煤氣和高爐煤氣組成的混合煤氣,煤氣發熱值7 680kJ/m3 ,連鑄坯規格為165mm×200mm×3000mm , 加熱鋼種主要有45 號、40Cr 、20CrMn Ti H 等合金鋼, 主要生產<12～60mm 圓鋼,該加熱爐于2002年7月建成并投入運行,建成初期基本滿足了生產需要,但隨著后部工序的改造,加熱能力已成為制約產能提升的瓶頸,對加熱爐進行改造已勢在必行。

1 　存在的問題經過分析,加熱爐主要存在以下問題。(1) 加熱爐原設計能力40t/h ,基本滿足當時的生產需要,但隨著后部工序改造完成后產能的提升,加熱爐的加熱能力已跟不上生產的需要,成為制約產量提升的瓶頸。(2) 燒嘴本體與爐墻結合處設計不合理,導致火焰通過結合面外溢,從而出現爐墻冒火的現象。冒火又導致爐墻外層的保溫材料燒損嚴重,使得爐墻保溫效果差,爐墻外表面溫度可達到200℃以上。(3) 使用陶瓷小球作為蓄熱體,小球經過一段時間使用后,會出現下陷的情況,這樣蓄熱腔上部出現一部分沒有蓄熱體的空間,經過這一部分空間的煙氣就不能放熱,同樣經過這一部分空間的空氣不能吸收熱量,導致排煙溫度高,助燃空氣溫度低。(4) 加熱爐原設計是加熱217m長的連鑄坯,因此爐膛內寬是31248m ,而隨著生產的需要,連鑄坯已改成310m長,因此劃墻嚴重。(5) 自動控制水平落后,軟硬件基本已被淘汰,出現故障不易修復。

2 　改造實施方案針對以上問題,并結合生產需要制定如下改造方案并實施,由于主要生產合金鋼,且隨著產品的不斷升級,合金鋼的級別會越來越高,而合金鋼在加熱時要求低溫緩慢加熱,因此仍然采用單蓄熱式,保留一部分預熱段。爐體總圖如圖1 所示。2. 1 　爐體改造加熱爐爐體拆除重新砌筑,爐頂吊掛,爐墻整體澆注,爐體加長5800 mm,由原來的26080mm加長至31880mm,爐膛內寬由3248mm加寬至3480mm,爐體外寬不變。均熱段長度3418mm,加熱段長度增加5800mm至20838mm,預熱段長度6762mm。爐頂采用230mm 厚的防爆快干低水泥澆注料+50mm厚的硅酸鋁耐火纖維+80mm厚的輕質澆注料。爐墻采用306mm 厚的防爆快干低水泥澆注料+116mm 厚的高鋁輕質保溫磚+80mm厚的硅鈣板+6mm厚的鋼板。2. 2 　燃燒系統改造更換所有單蓄熱燒嘴,選用大容量蜂窩體單蓄熱空氣偏心燒嘴,空煤氣分別單獨供入,兩個空氣偏心燒嘴夾一個煤氣噴口,空煤氣有混合角,共布置64個空氣蓄熱燒嘴和34個煤氣噴口,以及4個點火燒嘴。第一加熱段:布置24個空氣蓄熱燒嘴和14個煤氣噴口。第二加熱段:布置20個空氣蓄熱燒嘴和14個煤氣噴口。第三加熱段:布置20個空氣蓄熱燒嘴和10個煤氣噴口。蓄熱體選用100mm×100mm×100mm和150mm×100mm×100mm兩種規格的剛玉質蜂窩體。2. 3 　換向系統新建加熱爐燃燒分三段控制,加熱一、二段長度不變,仍采用集中換向方式,空氣換向閥和煤氣切斷閥利舊。新加長的5800mm 作為第三加熱段,采用分側換向方式,增加2個兩位三通雙作用換向閥和2個煤氣切斷閥,布置安裝在加熱三段爐頂。2. 4 　汽化冷卻系統縱水管用2根Φ133mm ×20mm無縫鋼管,間距1600mm。橫水管選擇“T”形支撐結構,橫水管用Φ146mm ×24mm無縫鋼管,間距2320mm,立管用Φ146mm ×20mm無縫鋼管。為了減輕水管黑印,在縱水管上焊接70mm 高的ZG4Cr25Ni20耐熱鋼滑塊作為滑道。2. 5 　自動控制系統采用西門子S72300PLC 對控制系統進行改造。開發軟件為西門子S75.3, 監控軟件為WINCC610,硬件采用S72300PLC加遠程站,實現以下控制功能。2. 5. 1 　自動定時換向控制當PLC 控制系統工作在自動狀態下時,通過操作人員在畫面上輸入的時間間隔,換向系統自動完成循環換向動作,包括空氣換向閥的換向和煤氣快切閥的切換。2. 5. 2 　自動定溫換向控制PLC 控制系統工作在自動狀態下時,當排煙溫度過高時,控制系統將強制換向閥換向,直到排煙溫度下降到允許的范圍內。2. 5. 3 　手動換向控制外部手動控制。當PLC控制系統工作在手動狀態下時,操作人員通過操作主令元件來分別完成換向閥的換向動作,此時,換向閥控制系統工作在無任何連鎖的工作狀態,此功能僅在設備調試階段和檢修時使用。換向閥畫面手動控制。當PLC控制系統工作在自動狀態下時,操作人員可以根據加熱爐狀態的需要來選擇畫面手動操作,此時換向閥根據操作人員的畫面指令來完成換向動作,并且具有錯誤指令保護功能,即操作人員發出錯誤指令時,換向閥不動作,PLC 系統發出錯誤提示。2. 5. 4 　異常狀態保護當換向閥和快切閥的閥位異常,或長時間動作不到位時,系統發出聲光報警,同時指示故障點所在,并做出保護反映動作。2. 5. 5 　自動溫度控制采用DDC+SCC(計算機監督控制) ,通過分別調節加熱爐各段煤氣調節閥的開度來調節加熱爐各段爐膛的溫度,實現加熱爐不同生產工藝條件下的溫度控制。2. 5. 6 　歷史和實時趨勢功能通過WINCC 實現加熱爐各個溫度、壓力和流量的歷史數據記錄和實時數據顯示,為生產提供詳細參數和完備的數據記錄和查詢功能。2. 5. 7 　報警及保護功能在加熱爐生產過程中實現煤氣低壓報警、空氣低壓報警、氮氣低壓報警、液位低報警,煤氣超低壓切斷、空氣超低壓切斷、氮氣超低壓切斷等報警保護功能。

3 　改造效果(1) 單蓄熱燒嘴安裝時,在燒嘴四周鋼板上焊上鉚固釘,然后灌上澆注料,使得燒嘴與爐墻成為一個整體,從而杜絕了燒嘴通過爐墻冒火的現象。(2) 通過增加爐體內寬,避免了鋼坯劃墻的發生,雖然減少了保溫層的厚度,但由于消除了燒嘴冒火的現象,經實測,爐墻外表面溫度只有85℃左右,遠低于改造前的爐墻外表面溫度。(3) 加熱能力由40t/h 提高到55t/h ,停車加溫時間大大減少,滿足了生產需要。(4) 升級了自動控制系統,故障率大幅降低。

4 　結論加熱爐經過改造后,消除了爐墻冒火和鋼坯劃墻的現象,減輕了氧化燒損和鋼坯滑軌黑印,提高了自動控制水平,加熱能力提高20% ,煤氣消耗降低0.12GJ/t ,取得了預期的效果。

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