大型步进梁式加热炉汽化冷却装置__tr(2).pdf

第37卷 第3期 2002年3月钢 铁 IRON AND STEELVol . 37,No. 3 M arch 2002大型步进梁式加热炉汽化冷却装置刘铁男 黄作为 朱 越(本溪钢铁集团公司)摘 要 论述了本钢4号步进梁式加热炉汽化冷却装置的组成、 基本原理、 结构、 达到的水平及应用效果本钢热轧厂4号250 t?h大型步进梁式加热炉在国内首次采用由国内自行设计、 制造、 施工安装的汽化冷却装置自2000年7月投产以来,效果较好,该装置为国内大型步进梁式加热炉应用具有自主知识产权的先进的汽化冷却技术提供了经验,推动轧钢厂节能降耗,提高经济效益关键词 步进梁式加热炉 汽化冷却装置 节能降耗①EVAPORATI ON COOL INGDEVICE ON LARGEWALKING-BEAM REHEATING FURNACEL I U T ienan HUAN G Zuowei ZHU Yue(Benxi Iron and Steel Group Co. )ABSTRACT The first evaporation cooling device, domestically designed, and manufacturedwas equipped on the No. 4 250 t?h walking2beam furnace in Hot Rolling Plant, Benxi Ironand Steel Group Co. .Since its start2up in July 2000, the device has operated smooth w ithgood results, providing precious experience in the application of advanced evaporation cool2ing technology on largewalking2beam furnacew ith own intellectual property. This paper de2scribes the components basic principle and construction, aswell as the performance of the e2vaporation cooling device, aim ing to promote this advanced technology for energy saving andcost reduction.KEY WORDS walking2beam furnace, evaporated cooling device, energy saving and cost re2duction1 前言 步进梁式加热炉具有加热速度快、 加热均匀烧 损少、 可调节装钢量、 减少和防止钢坯脱碳、 可防止拱钢和粘钢、 易出空炉料、 可缩短凉炉检修和开炉升 温周期、 易于采用计算机对钢坯跟踪等优点,目前在 国内已发展到50余座。

加热炉的冷却有工业水冷却和汽化冷却两种方 式工业水冷却存在以下问题:① 水中含钙镁离子、溶解氧和杂物,影响轧机生产;② 为防结垢,水温控 制在≤55℃,至使循环水量大,能耗高;③ 有室外 冷却水系统,占地大;④ 水温低致使钢坯黑印加重; ⑤ 余热不回收,不能直接回收投资汽化冷却具有 下述优点:① 采用除氧软水闭式循环冷却,不结垢、不积渣堵塞、 无腐蚀、 传热好,水梁事故率低、 寿命 长,保证轧机作业率;② 利用水变蒸汽吸热量大的 机能吸热冷却水梁,循环水量少,能耗低,如250 t?h步进炉仅约需450 t?h水;③ 水温提高后可减少钢 坯黑印;④ 无室外冷却水设施,占地少;⑤ 回收余 热产生蒸汽利用,直接回收投资 步进炉汽化冷却是近30年发展起来的新技术, 是为了开创和探讨由国内设计、 制造、 施工的应用在大型步进炉上的汽化冷却装置,本钢和重庆院合作, 采用重庆院的步进炉汽化冷却装置专利技术在本钢 热轧厂4号250 t?h大型步进炉上实施了汽化冷 却, 2000年7月建成投产以来效果很好并获得成 功①联系人:刘铁男,高级工程师,本溪(117021)本溪钢铁集团公司热连轧厂2 本钢热轧厂4号步进炉汽化冷却装置211 步进炉简介4号步进炉设计产量为250 t?h;有效炉长为4416 m、 炉宽9184m、 炉底有效面积43819m2;加热 钢种为低碳钢、 优质碳素钢、 结构钢、 低合金钢及管线钢;加热炉设两套液压步进机构、 两套提升和平移 框架;按其加热功能和温度分为热回收段、 预热段、 一加热段、 二加热段、 均热段,相应炉温为1015℃、1150℃、1240℃、1300、1270℃;设4根活动梁分 为16个单元, 4根固定梁分为17个单元,水梁采用双梁组合结构,用双立柱及单立柱管支撑;主要燃烧 高、 焦炉煤气,除均热段外配有备用重油燃烧系统。

212 汽化冷却装置组成 汽化冷却装置由循环水系统、 排污及取样系统、 加药系统组成软化水和给水由热轧厂现有设施供给 排污、 取样、 加药系统与工业锅炉房的配置相同 循环水系统由汽包、 热水循环泵、 下降管、 水分 配联箱、 固定梁及立柱、 活动梁及立柱、 活动梁进口 步进装置、 活动梁出口步进装置、 上升管组成213 步进炉汽化冷却原理步进炉汽化冷却是采用强制循环且兼有自然循 环两种冷却方式的冷却水梁水循环靠总循环压头 克服循环回路阻力而形成,以循环水泵压头为主 水梁单立柱管是由带芯管的套管组成,芯管内 外的水密度不同产生了流动压头克服芯管内外的流动阻力形成水循环冷却立柱管 总流动压头与总流动阻力的关系如式(1)所示:S=Hp+H(Χxh-Χsh)?01098 =2∃P(1)式中 S——总循环压头,M Pa;Hp——循环水泵压头,M Pa;H——汽包中心距水梁中高度,m; Χxh——下降管中水平均密度, kg?m3;Χsh—— 上 升 管 中 汽 水 混 合 物 平 均 密 度,kg?m3;2∃P——循环回路总阻力,M Pa214 循环水系统流程 汽包中的欠饱和水经下降管进入循环水泵,升 压后送入水分配联箱。

水分配联箱中一部分水送入 由固定梁组合成的回路,水在固定梁中吸热后变为饱和汽水混合物经上升管回到汽包;另一部分水经图1 本钢4号步进炉汽化冷却系统流程简图Fig11 Process diagram of evaporation cooling device on No. 4 walk2beam furnace in Bengang·65·钢 铁 第37卷活动梁进口步进装置进入由活动梁组合成的回路, 水在活动梁中吸热后变为饱和汽水混合物,由活动 梁出口步进装置经上升管回到汽包汽水混合物在 汽包中分离为蒸汽和水,蒸汽从汽包引出,分离下来 的水与汽包补给水混合后又重复上述循环循环水流程图如图1所示215 循环水系统的主要设备及功能 汽包: 1台,容积37 m3,工作压力113M Pa,贮 存水、 分离汽水混合物、 稳压 电动热水循环泵: 2台(备用1台),流量520m3?h,扬程01645M Pa,主工作泵,增加循环压头柴油机热水循环泵: 1台,流量520 m3?h、 扬程0155 M Pa,事故备用泵、 当停电或主工作泵事故时 快速起动维持水循环,保证安全停炉。

水分配联箱: 1台,工作压力210M Pa,将水分 配给固定梁和活动梁各自组合成的循环回路固定梁及立柱:共4根、17个单元,<133 mm×18 mm ,工作压力210M Pa,吸收热量,支撑钢坯 活动梁及立柱:共4根、16个单元,<140 mm×20 mm ,工作压力210M Pa,吸收热量,支撑钢坯,受 液压步进机构驱动作上升、 前进、 下降、 后退的矩形运动 活动梁进口步进装置: 4套,工作压力210M Pa,连接下降管与活动梁回路的入水口,与活动梁 同步运动 活动梁出口步进装置: 4套,工作压力210M Pa,连接上升管与活动梁回路汽水混合物出口,与 活动梁同步运动216 水梁回路组成 采用并串联方式组合回路,固定梁与活动梁分 别组合,同根水梁的立柱管与该水梁组合为1个回路33根水梁组合为8个回路,其中16根活动梁组 合为4个回路,每个回路4根水梁; 17根固定梁组 合为4个回路,其中3个回路各组合4根水梁, 1个 回路组合5根水梁每个回路入口设有节流孔板限 流,进出水梁的冷却水为端进、 端出217 循环水系统设备装置 汽包布置在厂房原有2010 m平台上;热水循 环泵设独立泵房,布置在加热炉旁地坪上;水分配联 箱布置在加热炉下部717 m坑底进料侧地坪上;活 动梁进口、 出口步进装置布置在加热炉两侧,上联箱固定在平移框架上,下联箱固定在其下部515 m平 台上。

218 水梁及立柱结构(1)固定梁及立柱结构固定梁为上下双管梁结构,上、 下管两端用材质 为ZG25的特制U型弯头连接用双立柱管支撑在 固定梁两端,用材质为ZG25的特制弯头与下管梁 连接,中部用单立柱管支撑,用20号钢特制三通与下管梁连接,双管立柱为水梁的进、 出口 双、 单立柱 管固定在固定框架上单立柱管由带芯管的套管组 成,芯管固定在套管内壁上,顶端呈斜角面并朝向水 流方向伸进下管梁中2)活动梁及立柱活动梁及立柱的结构与固定梁及立柱的结构相 同,区别在于水梁和立柱的管径不同,立柱固定在平 移框架上219 步进装置结构 步进装置由上联箱、 下联箱、 阀门及柔性组件组成柔性组件由3个球体转动接头及连接管组成空 间管道,利用球体转动接头的转动功能实现设定的 运动轨迹达到与步进梁同步运动 为确保运动平稳, 柔性组件中还设置有防振、 导向及衡力吊架装置 进 口步进装置设3组柔性组件,出口步进装置设4组柔性组件2110 循环水系统检测项目及自动控制设置 (1)检测项目:汽包压力,汽包水位,循环水泵进出口压力,各循环回路节流圈前后压力,循环泵出 口流量,各循环回路流量,汽包送出蒸汽流量、 汽包给水流量; (2)自动控制:汽包水位及压力、 汽包放汽远控;(3)声光报警:汽包水位过高及过低,汽包压力过高,循环水总管压力过低,各循环回路压力过低;(4)联锁:两台电动循环泵联锁,电动循环泵与柴油机循环泵联锁;柴油机循环泵与总电源联锁。

2111 循环水系统的操作运行 系统的额定参数:汽包工作压力113M Pa,饱和 温度 蒸汽发生量:加热炉最小热负荷工况下约816t?h,平均热负荷工况下约1110 t?h,最大热负荷工 况下约2010 t?h 循环水系统设有操作室(与4号步进炉操作室 合建),采用DCS系统用计算机操作兼有手动操作, 设有CRT显示画面循环水系统严格按照工业锅炉相应规范要求进 行操作和管理3 大型步进炉采用汽化冷却装置的关键环节·75·第3期 刘铁男等:大型步进梁式加热炉汽化冷却装置311 水梁及立柱 水梁及立柱对于步进炉而言承受着钢坯的重 压,受火焰及高温烟气冲刷 在汽化冷却中又是极重 要的冷却构件,冷却水温提高后沿长度及垂直方向 的热膨胀增大 水梁及立柱处于十分恶劣的状态,特别是步进梁及立柱还要作矩形运动,它们既要满足 工艺条件,又要满足汽化冷却要求 水梁是决定汽化 冷却成败的关键之一312 步进装置 步进装置也是决定汽化冷却成败的关键设备其结构必须能配合活动梁同步运动,不得有任何阻 碍,柔性组件的空间结构尺寸必须保证各组都在不 相同运动轨迹下同步运动步进梁每年要作50～60 万次矩形运动,球体转动跟随运转相同次数,转动十 分频繁。

它既有360° 方向转动,又有上下、 左右方向转动,内部流动的是约210M Pa、195℃的水或汽水 混合物,因此对它的加工质量、 强度、 密封性能、 转动 灵活平稳性要求很高,而且还要求寿命长 由于活动 梁运动的特殊要求及冷却水压力和温。