推鋼式軋鋼加熱爐水梁漏水原因分析及技術(shù)改造

龍靜濤

摘 ?要：簡(jiǎn)要分析了推鋼式軋鋼加熱爐水梁漏水的原因，提出了技術(shù)改造方案和具體的實(shí)施對(duì)策，有效地解決了水梁漏水的問(wèn)題，具有較好的改造效果。

關(guān)鍵詞：推鋼式軋鋼加熱爐;水梁;漏水;熱應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TG307 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.140

1 ?加熱爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

重鋼中厚板廠中板線現(xiàn)有2座加熱爐（分別為1#加熱爐和2#加熱爐），2座加熱爐的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)基本一致。加熱爐有效長(zhǎng)度為32.2 m，內(nèi)寬6 m，采用連續(xù)推鋼式加熱的方式，方便坯料端進(jìn)端出。

加熱爐燃燒系統(tǒng)分為6段供熱，包括均熱段上下、第二加熱段上下和第一加熱段上下，并設(shè)置一定長(zhǎng)度的不供熱的熱回收段。全爐采用蓄熱式燒嘴沿爐長(zhǎng)方向側(cè)向供熱，對(duì)側(cè)全分散換向。

加熱爐設(shè)縱水管4根，以滿足雙排料板坯的布料要求。加熱爐在預(yù)熱段、加熱段和均熱段均為爐底水管架空結(jié)構(gòu)，坯料雙面加熱。加熱爐爐底水管采用汽化冷卻的方式。

2 ?水梁漏水情況和原因分析

2.1 ?水梁漏水情況簡(jiǎn)介

中板線2座加熱爐于2011-06投產(chǎn)，但是，從當(dāng)年9月開(kāi)始，2座加熱爐陸續(xù)發(fā)生了多次水梁漏水事故。漏水部位全部位于加熱爐高溫段區(qū)域，即均熱段縱水梁上，修復(fù)后復(fù)發(fā)的仍然集中在此區(qū)域。在此區(qū)域，縱水梁上的耐熱滑塊與其水梁采用耐熱焊條滿焊，漏水點(diǎn)就出現(xiàn)在耐熱滑塊與水梁的焊縫處，而且在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)，有多處耐熱滑塊和水梁的焊接部位都發(fā)生了裂紋，個(gè)別耐熱滑塊本身也有貫穿性裂紋。

2.2 ?原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，水梁漏水的直接原因是水梁母材出現(xiàn)了貫穿性裂紋，而造成裂紋的原因有以下3點(diǎn)：①耐熱滑塊的設(shè)計(jì)存在缺陷。從設(shè)計(jì)上來(lái)看，沒(méi)有充分考慮熱應(yīng)力的產(chǎn)生和消除。加熱爐耐熱滑塊材質(zhì)為Co50（長(zhǎng)×高×寬：150 mm×110 mm×50 mm），滑塊間距為50 mm，縱水梁材質(zhì)為20#鋼（Φ159×20 mm無(wú)縫鋼管），兩者是剛性連續(xù)焊接成整體，而兩者存在較大的熱膨脹差異，因此，在耐熱滑塊與水梁的焊接點(diǎn)存在較大的應(yīng)力集中。當(dāng)水梁和耐熱滑塊的保溫包扎脫漏時(shí)，耐熱滑塊的溫度就會(huì)升高，熱應(yīng)力就會(huì)加劇。②由于加熱爐加熱坯料的規(guī)格變化頻繁，爐溫波動(dòng)比較大;再加上加熱爐因?yàn)楦鞣N原因多次停爐，溫度的驟降和驟升，使得水梁遇到較大熱應(yīng)力不利影響的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了交變應(yīng)力，相互拉扯、反復(fù)作用后產(chǎn)生了疲勞應(yīng)力裂紋。③加熱爐發(fā)生漏水部位的縱水梁為架空結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)狀態(tài)下，鋼坯在耐熱滑塊上發(fā)生了滑動(dòng)摩擦，水梁產(chǎn)生顫動(dòng)，這不僅加劇了水梁的高溫交變載荷，還容易導(dǎo)致水梁保溫包扎脫落。

由以上分析可知，水梁漏水的原因是耐熱滑塊在設(shè)計(jì)方面存在一定的缺陷，水梁上存在應(yīng)力集中;再加上加熱爐爐溫的頻繁變化和均熱段縱水梁的架空結(jié)構(gòu)等一系列不利因素的影響，最終使得水梁應(yīng)力集中點(diǎn)的熱應(yīng)力超過(guò)水梁自身的抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致水梁漏水。

3 ?技術(shù)改造和解決對(duì)策

由分析結(jié)果可知，水梁在高溫環(huán)境下存在的熱應(yīng)力得不到有效的釋放，導(dǎo)致應(yīng)力集中，并且超過(guò)了水梁抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而出現(xiàn)了裂紋，這是水梁漏水的主要原因。

為了解決水梁漏水問(wèn)題，特別進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造工作，并提出了相關(guān)的解決對(duì)策，主要包括以下8點(diǎn)：①將耐熱滑塊材質(zhì)由Co50改為Cr25Ni20Si2，提高了滑塊焊接性能，減小了滑塊與水梁之間的熱膨脹差異;②在耐熱滑塊上下兩端增加多個(gè)消除熱應(yīng)力的應(yīng)力縫，減小滑塊自身的熱應(yīng)力，從而減小其對(duì)水梁的應(yīng)力;③將耐熱滑塊焊角高度由之前的8 mm減小到5 mm，并且由之前的連續(xù)焊接調(diào)整為分段焊接，減小在水梁制作過(guò)程中焊接熱應(yīng)力對(duì)水梁造成的不利影響;④將耐熱滑塊間距由之前的50 mm增加到80 mm，以減小滑塊對(duì)水梁的熱應(yīng)力;⑤在滑塊全部焊接完成后，對(duì)水梁進(jìn)行退火處理，以消除焊接熱應(yīng)力;⑥在加熱爐均熱段架空水梁之下砌筑半實(shí)爐底，這樣能夠有效提高均熱段水梁的支撐強(qiáng)度，減小水梁顫動(dòng)，同時(shí)，又提高了水梁保溫包扎的穩(wěn)定性，避免包扎脫落將耐熱滑塊裸露于高溫環(huán)境中而加劇熱應(yīng)力;⑦優(yōu)化加熱爐生產(chǎn)計(jì)劃，盡量減少因坯料規(guī)格頻繁變化而導(dǎo)致?tīng)t溫大幅波動(dòng)的情況出現(xiàn);⑧優(yōu)化加熱爐烘爐曲線和停爐降溫曲線，由原來(lái)的50 ℃/h降低為30 ℃/h，防止加熱爐升溫或降溫過(guò)快，減小水梁應(yīng)力集中。

上述前5項(xiàng)針對(duì)耐熱滑塊的技術(shù)改造如圖1、圖2所示。

圖1 ?改造前的水梁結(jié)構(gòu)

圖2 ?改造后的水梁結(jié)構(gòu)

4 ?結(jié)論

加熱爐水梁出現(xiàn)裂紋的根本原因是水梁上的耐熱滑塊設(shè)計(jì)存在缺陷。通過(guò)優(yōu)化耐熱滑塊的結(jié)構(gòu)，緩解其在高溫狀態(tài)下的熱應(yīng)力集中，同時(shí)，采取有效的管理措施減少了爐溫波動(dòng)的次數(shù)，有效解決了水梁漏水問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]于啟湛.耐熱金屬的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

〔編輯：白潔〕

Push the Reason Analysis and Technical Reformation of Reheating Furnace of Steel Beam Leakage

Long Jingtao

Abstract： This paper briefly analyzes the push steel rolling heating furnace beam leakage and put forward technical reformation scheme and the specific implementation measures， effectively solve the beam water leakage problem， has better reconstruction effect.

Key words： steel type steel rolling furnace; water beam; leakage; thermal stress