基于雙蓄熱式加熱爐“黑匣子”在線測(cè)試的鋼坯加熱工藝優(yōu)化

朱 軍

（攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠，四川 攀枝花 617000）

1 測(cè)試環(huán)境介紹

1.1 加熱爐簡(jiǎn)介

此加熱爐采為空煤氣雙蓄熱步進(jìn)梁式，從入爐到出爐分別為一加熱段、二加熱段、三加熱段、均熱段四個(gè)部分，上下供熱方式，分6個(gè)供熱段。

1.2 試驗(yàn)鋼種、坯料規(guī)格、數(shù)量

鋼種：U75V（為例）、U71Mn重軌大方坯、YQ450NQR1 310乙字鋼等；坯料規(guī)格：280×380×7700mm（見附圖1）、320*410*4240mm。鋼坯數(shù)量：相同規(guī)格鋼坯11塊同時(shí)裝爐，其中1塊為試驗(yàn)坯，為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，試驗(yàn)坯裝爐時(shí)要按照“前5后5”進(jìn)行裝爐。

2 “黑匣子”測(cè)試裝置及布置方式

2.1 黑匣子測(cè)試裝置總共分3個(gè)大部分

抗高溫保溫箱、數(shù)據(jù)記錄器及熱電偶測(cè)溫傳感器。

2.2 測(cè)試方法

試驗(yàn)方案如圖1所示。其中包括非梁上、中、下，均熱定梁、動(dòng)梁，上、下爐氣，同板等溫度點(diǎn)的測(cè)量共8個(gè)測(cè)試點(diǎn)，用于對(duì)坯料的端面溫差、同板溫差、水印溫差等進(jìn)行測(cè)試。按照試驗(yàn)坯加工、一起校準(zhǔn)、一起安裝、是眼皮入爐、試驗(yàn)、試驗(yàn)坯出爐方式展開，具體試驗(yàn)坯的加工圖見附圖。

圖1 黑匣子電偶安裝布置圖

3 “黑匣子”測(cè)試過程

3.1 試驗(yàn)坯加熱過程

測(cè)試坯料在爐時(shí)間216min。測(cè)試坯料前后各有相同規(guī)格引導(dǎo)冷坯5塊。測(cè)試期間加熱爐采用人工手動(dòng)燒鋼方式。蓄熱式燒嘴換向時(shí)間60s，加熱爐燃料負(fù)荷為50765Nm3/h，助燃風(fēng)量為37623Nm3/h，加熱爐爐膛的實(shí)際溫度也可得出加熱爐東側(cè)溫度較西側(cè)高（最高達(dá)13℃，實(shí)際過程最高達(dá)33℃）。

3.2 同坯溫差

整個(gè)加熱過程，沿坯料自東向西方向溫度整體上呈現(xiàn)降低趨勢(shì)（加熱定梁上表面除外），坯料上表面同板溫差曲線見上圖，從同板溫差曲線可以看出，從一加熱段開始溫差逐漸增大，至二加熱段結(jié)束達(dá)到最大值250℃，三加熱段有30℃的降幅，進(jìn)入均熱段后溫差逐漸縮小，出爐時(shí)同鋼坯溫差為25℃。

圖2 同坯長(zhǎng)度溫差

3.3 斷面溫差

坯料非水梁溫度曲線見上圖，從測(cè)試曲線來看，最大端面溫差在二加熱段末期，達(dá)到153.4℃，進(jìn)入三加熱段后溫差開始逐漸縮小，進(jìn)入均熱段后由于下加熱熱負(fù)荷增大，上加熱熱負(fù)荷減少，致使下表面溫度升高較快，坯料心部溫度亦逐漸增加，坯料溫度逐漸趨于均勻，出爐時(shí)斷面溫差為6.4℃，表中溫差為8.1℃。

圖3 同坯斷面溫差

3.4 水印溫差

坯料在均熱定梁及其水印溫差曲線分別見下圖。從測(cè)試結(jié)果來看坯料進(jìn)爐后至三加熱段末水印溫差逐漸增大，達(dá)到81℃，進(jìn)入均熱段后水印溫差逐漸縮小，出爐時(shí)均熱定梁水印溫差為18℃。

圖4 同坯水印溫差

3.5 內(nèi)外溫差

坯料心部溫度曲線及其溫差曲線如上所示，從測(cè)試曲線來看，進(jìn)入均熱段前，坯料心部各點(diǎn)溫差較大，達(dá)80.5℃，在均熱段各點(diǎn)溫差逐漸縮小，出爐時(shí)刻坯料心部溫差15℃。

圖5 同坯內(nèi)外溫差

3.6 爐外冷卻

坯料從出爐開始共降溫22min，從上圖可以看出：上表面溫降最大370℃，心部溫降最小164℃，坯料的平均溫降速率12.13℃ /min。

圖6 爐外冷卻曲線

4 結(jié)論

（1）坯料的整體溫度均勻性較好。其中測(cè)試坯料端面溫差6.4℃、表面中心溫差8.1℃，均熱定梁水印溫差為18℃；

（2）爐外冷卻期間，坯料的平均溫降速率12.13℃/min，表面散熱較快，心部較慢，上表面溫降最大370℃，心部溫降最小156℃；

（3）在整個(gè)加熱過程中，沿坯料自東向西方向溫度整體上呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，主要是因?yàn)榧訜徇^程中，東西方向上分配的熱負(fù)荷差異造成；

（4）從均熱段坯料加熱情況來看，出爐時(shí)表中溫差為8.1℃，心部溫差為15℃，同鋼坯溫為25℃，而從加熱出爐時(shí)的坯料溫度曲線趨勢(shì)上看，坯料本身各點(diǎn)溫差有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)，為此，適當(dāng)延長(zhǎng)坯料均熱時(shí)間，將從整體上提高坯料的加熱質(zhì)量。

5 效果

（1）通過“黑匣子”試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，準(zhǔn)確測(cè)定了目前熱工工藝條件下，鋼坯在加熱爐內(nèi)其內(nèi)部、上下溫度、左右溫度的過程變化。

（2）定量分析鋼坯在加熱爐內(nèi)各個(gè)物理段上的溫度均勻性和升溫速率，對(duì)存在的問題進(jìn)行了針對(duì)性突破解決。

（3）建立鋼坯內(nèi)部實(shí)測(cè)溫度、爐氣溫度、燃燒控制數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)溫度之間的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，為數(shù)學(xué)模型優(yōu)化搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

（4）針對(duì)供熱負(fù)荷的分配及加熱方式以及生產(chǎn)組織進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，使鋼坯溫度更加均勻，降低了燃料過剩消耗，降低煤氣單耗15%。

（5）優(yōu)化典型鋼種的加熱制度，伴隨產(chǎn)能提升，加熱方式及加熱制度得到了調(diào)整和優(yōu)化，提高鋼坯加熱質(zhì)量等方面的能效提升評(píng)估。