加熱爐水梁漏水原因及對策

摘要：通過對現場實際情況的調研，并對幾座爐子的水梁圖紙、結構分析，確定了水梁產生裂紋漏水的根本原因，即在高溫交變載荷作用下的受力變形不均、以及水梁本身和在其上焊接的耐熱墊塊膨脹系數不同，產生的疲勞應力裂紋，其疲勞應力裂紋隨著時間的推移越來越大，最后造成水梁漏水。根據分析計算，將耐熱墊塊長度減小，將大大減小裂紋的產生，延長水梁的使用壽命。

關鍵詞：加熱爐 水梁 裂紋 對策

1 概述

目前，國內各大鋼鐵公司熱軋廠所使用的加熱爐大部分為步進式。該爐采用水梁結構，分為固定梁和活動梁兩部分。水梁是鋼坯前進和被支撐的焊接部件，高溫下受交變載荷作用，并且由于加熱鋼種不同，加熱爐爐溫變化較大，造成水梁熱脹冷縮較嚴重。本文作者通過對現場實際情況的調研，并對幾座爐子的水梁圖紙、結構分析，確定了水梁產生裂紋漏水的根本原因，即在高溫交變載荷作用下的受力變形不均、以及水梁本身和在其上焊接的耐熱墊塊膨脹系數不同，產生的疲勞應力裂紋，其疲勞應力裂紋隨著時間的推移越來越大，最后造成水梁漏水。

2 水梁漏水原因及分析

2.1 漏水原因 某線材廠共有6座加熱爐，1、2、3號爐的結構基本相同，4、5開坯號爐的結構基本相同，但這6座加熱爐在水梁的斷面尺寸和數量上均有區別。由于漏水集中在1、2號爐，因此以2號爐為例介紹其結構及技術要點。該爐為2001年10月投入使用的上、下加熱步進梁式加熱爐，有效爐長16.9m，爐內寬度12.76m。加熱爐分為預熱段、加熱段（兩側各有6個調焰燒嘴和頂部28個平焰燒嘴）和均熱段（24個平焰燒嘴和端部8個反軸向直焰燒嘴）。若按標準160mm*160mm*10900mm的普通碳素鋼計算每小時產量，則額定能力100t，最大能力110t。該爐水梁的結構：由無縫鋼管和耐熱墊塊組成，耐熱墊塊與無縫鋼管的連接形式為兩種形式，一種是耐熱墊塊直接焊在無縫鋼管上，見圖1，這種形式主要分布在加熱爐的預熱段；另一種是耐熱墊塊通過壓塊直接壓在無縫鋼管上，見圖2，這種形式主要分布在加熱爐的加熱段和均熱段。

從2001年加熱爐投產至今，共發生多起（次）水梁漏水現象，首次漏水是在2009年中修時發現的。根據現場調研及數據統計，裂紋部位、次數見表1。根據統計數據可知，漏水主要集中在加熱爐預熱段區，焊補后復發也均集中在此區域（圖4）。在加熱爐預熱段區，水梁上的耐熱墊塊與水梁本身用耐熱焊條滿焊，漏水主要集中發生在這些部位的耐熱墊塊相互間的縫隙處（見圖3、圖5）。

根據現場調研及數據統計，裂紋部位、次數列表（見表1）

從上述圖片及列表分析，水梁漏水的直接原因是水梁產生疲勞裂紋造成。形成裂紋原因為：①水梁使用時間長，從2001年10月至今已9年；②水梁結構設計有缺陷，致使其水梁應力集中部位受到較大應力作用；③由于軋制鋼種不同，爐溫變化大，變化的頻率高。

2.2 漏水原因分析 根據目前設計和使用情況看，加熱爐水梁使用壽命一般在6-7年，而2號加熱爐的使用時間已超過9年；水梁預熱段耐熱墊塊是直接滿焊在水梁上的，耐熱墊塊材質為Cr25Ni20Si2，且長度為240mm，而水梁無縫管材質為20號鋼，水梁在高溫加熱情況下，兩種材質膨脹系數不同，使得無縫鋼管內產生應力，超過鋼管抗拉強度，產生疲勞裂紋，這種裂紋在前期不足以使水梁漏水，但在長期應力下，裂紋逐漸擴大，最終導致水梁漏水。

3 漏水對策及修復方案

根據分析結果，水梁的結構設計不完善和長期受力變形是導致漏水的兩個主要因素。漏水對策方案如下：①減小水梁預熱段耐熱墊塊長度。②對水梁預熱段耐熱墊塊在設計上采取增加豁口，增大耐熱墊塊的膨脹系數，減少水梁內應力。③對超過7年使用的水梁采取增加加熱爐中修頻次，及時發現及時補焊。

4 結論

加熱爐水梁產生裂紋的根本原因是水梁的設計不完善造成，減小預熱段耐熱墊塊的長度，并且優化耐熱墊塊的結構，減少爐溫變化的大小和頻次，將延長水梁的使用壽命。

參考文獻：

[1]劉鐵男.步進梁式加熱爐的優化設計[J]工業爐，2001，3：37-39.

[2]楊福瑞.步進式加熱爐梁柱包扎料壽命提高的途徑[J]工業加熱，2000，6：52-54.