推鋼爐產(chǎn)能提升實(shí)踐探索

沈勝節(jié)

（中冶南方（武漢）熱工有限公司，湖北 武漢 430205）

1 概述

加熱爐是對坯料進(jìn)行軋制前的設(shè)備，是軋鋼生產(chǎn)線的重要組成部分，加熱爐的產(chǎn)量直接關(guān)系到軋線的生產(chǎn)能力。某廠在2017年投產(chǎn)了一條帶鋼生產(chǎn)線，原設(shè)計(jì)年產(chǎn)120萬噸帶鋼，配套一座冷裝額定產(chǎn)量200t/h的推鋼式加熱爐，年生產(chǎn)時(shí)間6500h。投產(chǎn)時(shí)，坯料條件為全部冷裝，與軋線的生產(chǎn)能力相匹配。從2018年開始，軋線經(jīng)過一年的調(diào)試、生產(chǎn)，潛力得到開發(fā)，已經(jīng)具備年產(chǎn)150萬噸帶鋼的能力，加熱爐產(chǎn)量已經(jīng)跟不上軋線產(chǎn)能。廠里采取了提高坯料熱裝溫度和熱裝率、強(qiáng)化加熱、提升供料速度等措施，短期內(nèi)取得了一定效果，但也造成了加熱爐裝料輥道軸承卡死、輥道底座基礎(chǔ)拉裂、水梁拉桿斷裂等一系列問題，長此以往，對生產(chǎn)非常不利。

本文根據(jù)此軋線的實(shí)際情況，針對性的提出了加熱爐改進(jìn)計(jì)劃并組織實(shí)施，最終取得了較好的效果。

2 加熱爐問題分析

2．1 產(chǎn)量提高的瓶頸

加熱爐有效爐長39.5m，再加上熱裝率提高到了70%、熱裝溫度≥600℃，結(jié)合坯料條件計(jì)算得知，本加熱爐在熱裝條件滿足300t/h的加熱能力。因此，提升熱裝產(chǎn)能的瓶頸不在于加熱爐供熱能力的配置和爐長限制，而在于加熱爐區(qū)設(shè)備能否跟上生產(chǎn)節(jié)奏和設(shè)備能否承受高強(qiáng)度的連續(xù)生產(chǎn)。

坯料單重4.2t，若產(chǎn)量提高到300t/h，計(jì)算得出加熱爐每小時(shí)出鋼70根，折算單根坯料出鋼節(jié)奏為50s。

2．2 設(shè)備分析

（1）推鋼機(jī)。產(chǎn)量提升后，推鋼節(jié)奏加快。根據(jù)計(jì)算，推鋼機(jī)最慢推鋼節(jié)奏為12s（重新開始推一排料），遠(yuǎn)低于出鋼節(jié)奏。因此，推鋼機(jī)的現(xiàn)有配置不影響此次產(chǎn)量提升。

（2）裝料輥道。坯料由冷裝改為≥600℃的熱裝，熱坯通過熱輻射干油潤滑管，潤滑油在高溫下變稀和蒸發(fā)，僅剩殘?jiān)氯捎凸埽垢捎蜐櫥瑹o法正常給每個軸承加油；熱坯也通過輥身對輥道軸承進(jìn)行熱傳導(dǎo)。由于原設(shè)計(jì)條件是冷裝，因此，也沒有設(shè)計(jì)水冷軸承座，軸承長期在高于200℃的環(huán)境下工作且得不到潤滑，容易卡阻。

表1 加熱爐基本參數(shù)

（3）爐口輥道。針對爐口輥道的改進(jìn)是重點(diǎn)。產(chǎn)量提升對爐口輥道影響主要有：①與裝料輥道相同軸承卡阻問題；②坯料運(yùn)行速度加快，原設(shè)計(jì)電機(jī)沒有變頻控制，對固定擋板和輥道本身的沖擊較大，擋板和輥道的地腳螺栓松動，基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋和粉化現(xiàn)象。一部分電機(jī)與輥道的聯(lián)軸器螺栓已被切斷。③正對爐門口的軸承長期處于熱坯下方，又是非水冷軸承座，熱量無法散發(fā)，環(huán)境溫度相比裝料輥道區(qū)更高。④輥道上表面與軸承座頂部間隙過小，僅有14.5mm。產(chǎn)量提升后輥道磨損加速，輥面與軸承的間隙減小，而有些坯料有一定的彎曲度，導(dǎo)致坯料撞彎軸承座，軸承完全卡死。⑤輥道架設(shè)計(jì)單薄，生產(chǎn)節(jié)奏加快后底座變形較嚴(yán)重。

（4）出鋼機(jī)。出鋼機(jī)的節(jié)奏能否滿足要求和出鋼臂能否承受長期高溫是制約產(chǎn)量提升的關(guān)鍵。理論計(jì)算后，得出出鋼機(jī)的電機(jī)和減速機(jī)功率滿足生產(chǎn)節(jié)奏要求。不過，提產(chǎn)后出料爐門大部分時(shí)間處于開啟狀態(tài)，出鋼機(jī)長期處于出料口高溫輻射環(huán)境中，而且設(shè)備的現(xiàn)場安裝精度、人員操作習(xí)慣等均對電機(jī)的功率提出了更高的要求。出鋼臂主體原設(shè)計(jì)采用Q345，設(shè)計(jì)最大合應(yīng)力≈16MPa。產(chǎn)量提升前，出鋼節(jié)奏50根·坯/h，額定出鋼周期70s/根·坯，出鋼臂完成一個出鋼周期（含出料爐門開閉時(shí)間）有較長的爐外冷卻時(shí)間，此時(shí)，出鋼臂的平均溫度可以控制在400℃以下。產(chǎn)量提升后，出鋼節(jié)奏70根·坯/h，出鋼周期50s/根·坯，出鋼臂極限出鋼周期35s，爐外冷卻時(shí)間答復(fù)減少，長期溫度累積后，出鋼臂的平均溫度將超過600℃。當(dāng)材料溫度在400℃時(shí)，還能保持～150MPa的屈服強(qiáng)度，超過450℃以后，Q345鋼的屈服強(qiáng)度開始明顯下降，到600℃時(shí)，屈服強(qiáng)度低于60MPa。選用2.5的安全系數(shù)計(jì)算許用應(yīng)力，可以得出提產(chǎn)前出鋼臂材質(zhì)使用Q345的許用應(yīng)力為60MPa，遠(yuǎn)大于最大合應(yīng)力16MPa，完全滿足使用要求；而提產(chǎn)后Q345的許用應(yīng)力降低為20MPa，已經(jīng)相當(dāng)接近于16MPa，設(shè)備長期高強(qiáng)度生產(chǎn)存在高溫蠕變，因此，出鋼臂也需要采用更耐高溫的材料制作。

（5）出料爐門提升機(jī)構(gòu)。原設(shè)計(jì)采用一個電磁比例換向閥控制兩個出料爐門提升。因平面布置問題，爐門閥臺設(shè)置于加熱爐一側(cè)，導(dǎo)致閥臺與兩個爐門提升油缸的距離有差別，兩爐門上升明顯不同步。這在產(chǎn)量提高前問題不大，但產(chǎn)量提高后，兩爐門不同步的問題就成了瓶頸。

（6）水梁。推鋼爐推鋼機(jī)產(chǎn)生的推力用來克服鋼坯與水梁間幾百噸的摩擦力，這部分力也需要水梁通過進(jìn)料端設(shè)置的拉桿來消除。產(chǎn)量提升后，加大了水梁的疲勞損傷；同時(shí)，水梁拉桿長期被熱坯覆蓋，工作環(huán)境溫度過高，普通材質(zhì)拉桿和螺栓無法長時(shí)間工作，容易折斷，還不容易被發(fā)現(xiàn)。此廠就在其中一根拉桿螺栓斷裂一星期后才發(fā)現(xiàn)，對水梁造成了一定程度的損傷。

3 改進(jìn)措施

針對以上問題，對有問題的各類設(shè)備提出相應(yīng)的改進(jìn)措施并予以實(shí)施。

3．1 裝料輥道

裝料輥道采取以下改進(jìn)措施：（1）輥道兩頭均改成水冷軸承座。（2）軸承改為耐高溫的大游隙軸承軸承24122 CC/W33-C4（C4游隙），防止軸承內(nèi)、外圈抱死。（3）干油潤滑管道更換，更換后的干油管增加套管，避免高溫直接輻射。

3．2 爐口輥道

除了3.1裝料輥道改進(jìn)措施外，增加以下措施：（1）水冷軸承座本體高度降低，增加與輥道上表面的高度差，以適應(yīng)彎鋼坯的生產(chǎn)。（2）水冷軸承座上方增加隔熱板，用于隔絕高溫對流和輻射。（3）輥道架加固，并增加輥道架之間的支撐，同時(shí)，輥道架底座與推鋼機(jī)底座連接在一起形成整體。（4）輥道電機(jī)改成變頻控制，控制鋼坯撞擊固定擋板時(shí)的速度，以減小沖擊。

3．3 出鋼機(jī)

出鋼機(jī)采取以下改進(jìn)措施：（1）電機(jī)功率由11kw加大到18.5kW，相應(yīng)變更減速機(jī)設(shè)計(jì)，并使新設(shè)計(jì)的減速機(jī)能夠與現(xiàn)有聯(lián)軸器和軸配合。（2）出鋼臂伸入爐內(nèi)部分采用Cr25Ni20Si2材質(zhì)，采用螺栓連接板與出鋼臂主體鉚接，既增強(qiáng)了出鋼臂的抗高溫蠕變性能，又方便了臂頭損壞后的更換。

3．4 出料爐門提升機(jī)構(gòu)

出料爐門提升機(jī)構(gòu)采取以下改進(jìn)措施：出料爐門升降閥臺增加一臺比例控制閥，與原有的比例閥一起分別參與兩個爐門的升降控制，保持爐門升降的同步性。

3．5 水梁

水梁采取以下改進(jìn)措施：（1）水梁拉桿直徑由Φ56加粗至Φ80。（2）拉桿與水梁之間的連接螺栓直徑由Φ36加粗至Φ50，并將材質(zhì)改為Cr25Ni20Si2。

4 效果與結(jié)語

某廠在2019年3月停爐，對此加熱爐采取以上改進(jìn)措施，重新啟爐后加熱爐產(chǎn)量已提升至70根·坯/h以上，近幾個月更是達(dá)到了75根·坯/h，超過了300t/h的預(yù)定目標(biāo)，并穩(wěn)定生產(chǎn)至今，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文所述的改進(jìn)措施，也是與本文類似的加熱爐項(xiàng)目改造的總結(jié)，有較大的參考價(jià)值。