一高線加熱爐大修改造實踐

鄧元江， 洪建忠

（江西省萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司安源軋鋼廠， 江西 萍鄉 337039）

江西省萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司（以下簡稱公司）安源軋鋼廠一高線車間加熱爐于2004年4月建成投產，加熱爐爐型為內置蓄熱室端進側出連續推鋼式加熱爐，經過20 a滿負荷生產，加熱爐已進入爐齡末期無法滿足高線正常生產，為此于2016年3月開始對一高線加熱爐進行大修改造，將現在的內置蓄熱室推鋼式加熱爐改造為外置蓄熱室推鋼式加熱爐，并于2016年4月24日完成烘爐順利出鋼投入正常運行。

1 改造前現狀

一高線加熱爐改造前爐型為爐墻內置蓄熱室式連續推鋼加熱爐，利用內置側墻內的蓄熱室內蓄熱小球對空氣、煤氣進行雙預熱燃燒。加熱爐額定加熱能力為冷坯130 t/h。歷經20 a滿負荷生產，加熱爐已到爐齡末期，加熱爐整體爐況很差，爐體破損嚴重。繼續服役存在較大的安全隱患，同時加熱能力嚴重降低，悶爐時間較長，燒損增加，燃耗過高，嚴重制約軋制能力的發揮及一高線生產效益的提高。

2 改造方案

2.1 改造要求

公司對改造項目提出高起點、低投入、見效快的要求，在有限的資金條件下采用相對成熟先進的工藝技術盡快完成改造項目。為此公司對一高線加熱爐改造項目進行了嚴格的立項及項目評審。要求一高線加熱爐改造項目滿足如下要求：

1）控制改造項目資金。通過考察其他鋼廠相同項目情況，提出相對合理的資金預算，對項目進行公開招標，項目資金必須控制在預算范圍之內。

2）加熱爐必須滿足現有一高線生產要求，同時兼顧以后發展，要求改造后加熱爐能夠滿足新增一條棒材線生產對加熱坯料的要求，即坯料規格滿足170 mm×170 mm×（9 400～9 800）mm 要求。

3）加熱爐加熱能力的提高，改造前加熱爐產量（冷坯）為130 t/h，改造后加熱爐冷坯加熱能力必須達到150 t/h以上。

4）改造后加熱爐單位能耗保證指標不大于270（kcal/kg）×4.186 kJ/kg（冷裝）。

5）氧化燒損率保證指標不大于0.8%。

2.2 方案選擇

從工藝優化的角度來看，和推鋼式加熱爐相比步進梁式加熱爐在坯料的加熱質量、生產組織的靈活性、檢修周期以及爐底氧化鐵皮的清理等方面有著諸多明顯的優勢，步進梁式加熱爐是國內高線生產線的主流配置，也是最優選擇。但是安源軋鋼廠一高線加熱爐是一個改造項目，先天條件決定了一高線加熱爐改造項目不適合改造為步進梁式加熱爐。

1）加熱爐基礎是按照推鋼式加熱爐要求進行設計的，改造成步進梁式加熱爐現有基礎必須全部破拆，重新按照步進梁式加熱爐要求建設加熱爐基礎，工程投資大、工期長，且對現有廠房結構造成破壞。

2）現有加熱爐設計產能是冷坯加熱130 t/h，受煉鋼連鑄坯送料輥道影響，加熱爐爐長已經不可更改，要改造成步進梁式加熱爐且產能達到冷坯加熱150 t/h，現有加熱爐進出料輥道間距已不能滿足要求。

基于上述原因，一高線加熱爐改造只能利用現有加熱爐基礎，通過優化設計，采用成熟先進的技術，在現有基礎上建1座產能達到要求的推鋼式加熱爐。

2.3 方案確定

通過方案比較及評審，確定將一高線現有的內置蓄熱室推鋼式加熱爐改造為技術成熟的外置蓄熱室推鋼式加熱爐。

3 改造實踐

3.1 優化爐型設計

1）改造前加熱爐爐型為燃燒通道內置爐墻的蓄熱室式加熱爐，燃燒系統集中換向，這是早期設計的一種蓄熱式加熱爐，技術落后，存在換向時間長、爐墻工作層不穩定牢固、加熱爐檢修勞動強度大等缺陷。

2）改造后加熱爐爐型為燒嘴外置側墻的蓄熱式加熱爐，技術成熟先進，加熱爐燃燒系統采用單段集中全爐分散的換向方式，管道系統布置簡潔，維護方便。

3.2 優化爐墻結構設計

1）一高線加熱爐大修前采用的爐型是燃燒通道內置爐墻的蓄熱室式加熱爐，該型加熱爐的特點是側墻厚度達到1 000 mm，工作層厚度為780 mm。側墻結構為780 mm澆注料+184 mm輕質磚+30 mm硅酸鋁纖維+6 mm爐墻鋼板。加熱爐所有空氣、煤氣蓄熱室、燃燒通道及燃燒噴口均內置側墻內，且側墻工作層為澆注料現場澆注成型。由于側墻厚度過大，側墻沿加熱爐軸向完全依靠側墻自身重心及爐墻錨固鉤進行固定，側墻靠爐膛內側墻體工作層在長期高溫工況及爐墻內燃燒通道高溫燃氣的沖刷下開裂、傾斜,導致側墻靠爐膛內側大面積倒塌，見圖1。

圖1 爐側墻內側倒塌

2）新建加熱爐采用燒嘴外置側墻的蓄熱式加熱爐，爐側墻厚度為506 mm，工作層厚度為284 mm。側墻結構為：100 mm陶瓷纖維機制板+116 mm輕質磚+284 mm低水泥澆注料+6 mm爐墻鋼板。加熱爐蓄熱式燒嘴全部安裝在側墻外部，燒嘴噴口現場澆注成型，側墻工作層厚度比改造前減少496 mm，側墻軸向穩定性得到有效提高。

3.3 優化爐筋管設計

1）改造前加熱爐采用5根縱水管及帶有倒Ш形立水管支撐的9根單橫水管。縱水管規格：Φ133 mm×18 mm；橫水管規格：Φ159 mm×30 mm；立水管規格：Φ133 mm×18 mm；縱水管上焊有Cr25Ni20材質的半熱滑軌，高度80 mm。

2）為達到改造后加熱爐產能增加11%及入爐坯料最大長度為9 800 mm的要求,經過爐筋管強度校核，改造后加熱爐縱水管及立水管管徑加大，縱水管規格：Φ146 mm×20 mm；橫水管規格：Φ159×30 mm；立水管規格：Φ140 mm×20 mm；縱水管上焊有Cr25Ni20材質的半熱滑軌，高度70 mm。整個爐底管系統承載能力得到有效保證。

3.4 爐底改造

廠家原設計加熱爐一加熱段、二加熱段爐底為平底結構，未充分利用原加熱爐側墻蓄熱室網箱部分的空間，一高線加熱爐改造工程項目組要求設計單位對爐底結構設計進行變更，將加熱爐原設計的平爐底改造成凸型爐底，可增加加熱爐爐底氧化鐵皮蓄容能力，減少均熱段至二加熱段下加熱燒嘴因氧化鐵皮的堆積導致燃燒噴口堵塞，延長加熱爐爐底清渣停爐檢修周期，且增加爐膛空間，加熱爐斷面圖見如下頁圖2。

3.5 提升加熱爐加熱能力

為實現在原加熱爐爐長及爐寬基礎不變的情況下提升加熱爐加熱能力的目標，采取了以下措施：

1）增加鼓風機及引風機電機功率以及額定轉速，通過變頻控制調節風量，提高加熱爐風量調節的富余度。改造前、后鼓風機及引風機性能對比見表1。

表1 改造前、后鼓風機及引風機性能對比

圖2 改造后加熱爐斷面圖（mm）

2）增大加熱爐燃燒能力配置，加熱爐燃燒系統最大煤氣流量消耗由改造前的48 600 m3/h，增大為56 700 m3/h，最大加熱能力配置增加17%。

3）增加蓄熱式燒嘴能力。蓄熱式燒嘴的功率大小直接影響到加熱爐的加熱能力以及爐壓控制，提高蓄熱式燒嘴的蓄熱能力可以提高燃氣在燃燒過程中的平均預熱溫度，燃氣預熱溫度越高，理論燃燒溫度也越高，相應的燒嘴功率越大。為提高燒嘴能力，燒嘴箱內的蓄熱體由常規的8層蜂窩體：堇青石蜂窩體1層+剛玉蜂窩體7層，改變為全部9層均為剛玉蜂窩體，燒嘴的蓄熱能力得到提高。

4）加大加熱爐爐膛空間，在加熱爐跨廠房行車軌道梁標高無法改變的情況下，通過優化爐頂空氣、煤氣管道及排煙管道布置，使加熱爐上爐膛高度由改造前的1 300 mm提高到1 550 mm，加熱爐的爐膛燃燒空間得到保障。

3.6 加熱爐主要技術參數

一高線加熱爐改造前后主要技術參數對比見表2。

表2 一高線加熱爐改造前后主要技術參數對比

4 改造效果

安源軋鋼廠一高線加熱爐改造工程于2016年4月24日完工投產，2016年5月30日對加熱爐進行了功能驗收（全冷坯連續生產8 h），坯料規格170 mm×170 mm×9 250 mm。實測加熱爐加熱能力為152.89 t/h，實測加熱爐加熱單耗（全冷坯連續生產 8 h）為 261.74（kcal/kg）×4.186 kJ/kg，氧化燒損率為0.7%，均達到了加熱爐大修改造要求。