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?fàn)t煤氣和高爐煤氣組成的混合煤氣,煤氣發(fā)熱值7 680kJ/m3 ,連鑄坯規(guī)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(chǎn)<12～60mm 圓鋼,該加熱爐于2002年7月建成并投入運(yùn)行,建成初期基本滿足了生產(chǎn)需要,但隨著后部工序的改造,加熱能力已成為制約產(chǎn)能提升的瓶頸,對加熱爐進(jìn)行改造已勢在必行。

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

2 　改造實(shí)施方案針對以上問題,并結(jié)合生產(chǎn)需要制定如下改造方案并實(shí)施,由于主要生產(chǎn)合金鋼,且隨著產(chǎn)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(shí)要求低溫緩慢加熱,因此仍然采用單蓄熱式,保留一部分預(yù)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?shù)鯍?爐墻整體澆注,爐體加長5800 mm,由原來的26080mm加長至31880mm,爐膛內(nèi)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(yù)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(zhì)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(zhì)保溫磚+80mm厚的硅鈣板+6mm厚的鋼板。2. 2 　燃燒系統(tǒng)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(dú)供入,兩個(gè)空氣偏心燒嘴夾一個(gè)煤氣噴口,空煤氣有混合角,共布置64個(gè)空氣蓄熱燒嘴和34個(gè)煤氣噴口,以及4個(gè)點(diǎn)火燒嘴。第一加熱段:布置24個(gè)空氣蓄熱燒嘴和14個(gè)煤氣噴口。第二加熱段:布置20個(gè)空氣蓄熱燒嘴和14個(gè)煤氣噴口。第三加熱段:布置20個(gè)空氣蓄熱燒嘴和10個(gè)煤氣噴口。蓄熱體選用100mm×100mm×100mm和150mm×100mm×100mm兩種規(guī)格的剛玉質(zhì)蜂窩體。2. 3 　換向系統(tǒng)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(cè)換向方式,增加2個(gè)兩位三通雙作用換向閥和2個(gè)煤氣切斷閥,布置安裝在加熱三段爐頂。2. 4 　汽化冷卻系統(tǒng)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(jié)構(gòu),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(tǒng)采用西門子S72300PLC 對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。開發(fā)軟件為西門子S75.3, 監(jiān)控軟件為WINCC610,硬件采用S72300PLC加遠(yuǎn)程站,實(shí)現(xiàn)以下控制功能。2. 5. 1 　自動定時(shí)換向控制當(dāng)PLC 控制系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下時(shí),通過操作人員在畫面上輸入的時(shí)間間隔,換向系統(tǒng)自動完成循環(huán)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?fù)Q向控制PLC 控制系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下時(shí),當(dāng)排煙溫度過高時(shí),控制系統(tǒng)將強(qiáng)制換向閥換向,直到排煙溫度下降到允許的范圍內(nèi)。2. 5. 3 　手動換向控制外部手動控制。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)工作在手動狀態(tài)下時(shí),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(shí),換向閥控制系統(tǒng)工作在無任何連鎖的工作狀態(tài),此功能僅在設(shè)備調(diào)試階段和檢修時(shí)使用。換向閥畫面手動控制。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下時(shí),操作人員可以根據(jù)加熱爐狀態(tài)的需要來選擇畫面手動操作,此時(shí)換向閥根據(jù)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(hù)功能,即操作人員發(fā)出錯誤指令時(shí),換向閥不動作,PLC 系統(tǒng)發(fā)出錯誤提示。2. 5. 4 　異常狀態(tài)保護(hù)當(dāng)換向閥和快切閥的閥位異常,或長時(shí)間動作不到位時(shí),系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警,同時(shí)指示故障點(diǎn)所在,并做出保護(hù)反映動作。2. 5. 5 　自動溫度控制采用DDC+SCC(計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制) ,通過分別調(diào)節(jié)加熱爐各段煤氣調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)加熱爐各段爐膛的溫度,實(shí)現(xiàn)加熱爐不同生產(chǎn)工藝條件下的溫度控制。2. 5. 6 　歷史和實(shí)時(shí)趨勢功能通過WINCC 實(shí)現(xiàn)加熱爐各個(gè)溫度、壓力和流量的歷史數(shù)據(jù)記錄和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示,為生產(chǎn)提供詳細(xì)參數(shù)和完備的數(shù)據(jù)記錄和查詢功能。2. 5. 7 　報(bào)警及保護(hù)功能在加熱爐生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)煤氣低壓報(bào)警、空氣低壓報(bào)警、氮?dú)獾蛪簣?bào)警、液位低報(bào)警,煤氣超低壓切斷、空氣超低壓切斷、氮?dú)獬蛪呵袛嗟葓?bào)警保護(hù)功能。

3 　改造效果(1) 單蓄熱燒嘴安裝時(shí),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(gè)整體,從而杜絕了燒嘴通過爐墻冒火的現(xiàn)象。(2) 通過增加爐體內(nèi)寬,避免了鋼坯劃墻的發(fā)生,雖然減少了保溫層的厚度,但由于消除了燒嘴冒火的現(xiàn)象,經(jīng)實(shí)測,爐墻外表面溫度只有85℃左右,遠(yuǎn)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(shí)間大大減少,滿足了生產(chǎn)需要。(4) 升級了自動控制系統(tǒng),故障率大幅降低。

4 　結(jié)論加熱爐經(jīng)過改造后,消除了爐墻冒火和鋼坯劃墻的現(xiàn)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(yù)期的效果。

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