劉高年，侯峻巍

（1.新疆昆玉鋼鐵有限公司，新疆 奎屯 271600；2.無錫畢恩德爾科技有限公司，江蘇 無錫 214072）

1 棒材加熱爐概要

新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼棒材車間配置側(cè)進(jìn)、側(cè)出燃高爐煤氣雙蓄熱式步進(jìn)梁加熱爐，爐子有效長度21600mm，內(nèi)寬12800mm。燃料為熱值780×4.186kJ/Nm3高爐煤氣，加熱爐額定產(chǎn)量160t/h（冷坯），要求單位熱耗：≤1.0GJ/t，換向間隔時(shí)間：90 ～120s，爐壓：≤30Pa,氧化燒損：≤0.6%。全爐合計(jì)采用56 套雙蓄熱式燒嘴，其中加熱一段20 套，加熱二段20 套，均熱段16 套，均采用上、下組合布置型式，內(nèi)嵌于兩側(cè)爐墻上,如圖1 所示。

圖1 上下布置雙蓄熱式燒嘴上加熱燒嘴與下加熱燒嘴現(xiàn)場

自加熱爐投產(chǎn)運(yùn)行以來，爐況穩(wěn)定、可靠，操作、維護(hù)簡單，性能指標(biāo)尤其是氧化燒損指標(biāo)特別優(yōu)秀。

2 上、下布置雙蓄熱燒嘴在棒材加熱爐上的應(yīng)用

常見的蓄熱式燒嘴布置在爐墻上，采用左右布置的型式，空氣蓄熱箱與煤氣蓄熱箱布置在相鄰的柱距內(nèi)。主要優(yōu)勢為：設(shè)備相對(duì)少，制作、安裝容易；投資省。主要問題是：混合與燃燒不充份，氧化燒損難控制。換向過程爐壓波動(dòng)大。

為克服以上缺點(diǎn)，棒材加熱爐采用無錫畢恩德爾科技有限公司主推的上、下布置雙蓄熱式燒嘴?？諝庑顭嵯渑c煤氣蓄熱箱布置在同一柱距內(nèi)，空氣與煤氣在噴口附近就開始充份混合、燃燒，燃燒效率高。加熱鋼坯上、下均處于煤氣蓄熱箱噴出的還原性氣氛中，氧化燒損極低。但設(shè)備數(shù)量及投資較高。

2.1 上、下布置雙蓄熱燒嘴的低氧化燒損機(jī)理

新疆昆玉鋼鐵有限公司棒材加熱爐選用的B&R 雙蓄熱式燒嘴，布置形式采用上、下組合布置，且上加熱煤氣蓄熱燒嘴在下，空氣蓄熱燒嘴在上，下加熱則相反，煤氣蓄熱燒嘴在上，空氣蓄熱燒嘴在下，在鋼坯的上、下表面形成還原性氣氛，將鋼坯的氧化燒損降至最低。

2.2 上、下布置與左、右布置主要應(yīng)用性能比較（表1）

表1 上、下布置與左、右布置主要應(yīng)用性能比較

2.3 雙蓄熱燒嘴采用上、下布置型式與配套措施

上下布置雙蓄熱燒嘴配套換向采用全分散脈沖控制模式，每組對(duì)燒嘴均可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)換向與控制，可真正實(shí)現(xiàn)全脈沖、或區(qū)段內(nèi)脈沖控制模式。尤其在低產(chǎn)量或保溫時(shí)仍能保持穩(wěn)定的火焰長度，使?fàn)t子橫斷面溫度維持均勻。

脈沖燃燒控制技術(shù)是使用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時(shí)間的占空比(通斷比)來實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的溫度精確控制。與傳統(tǒng)的比例燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統(tǒng)的燒嘴一旦燃燒，就處于其設(shè)計(jì)的最佳燃燒狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時(shí)的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔?，尤其在低產(chǎn)量或保溫時(shí)仍能保持穩(wěn)定的空/燃比。脈沖燃燒控制的主要優(yōu)點(diǎn)為：系統(tǒng)簡單可靠，性價(jià)比高；可提高爐內(nèi)溫度場的均勻性；燒嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)比高。實(shí)際上，蓄熱式燃燒方式可理解為脈沖燃燒方式的一個(gè)特例，即針對(duì)單個(gè)蓄熱式燒嘴而言，其通斷比（占空比）為50%，但這“斷”不是停頓，而是抽煙狀態(tài)，并且蓄熱式燒嘴總是成對(duì)應(yīng)用。將脈沖燃燒控制思路引入蓄熱式燃燒控制系統(tǒng)并不是改變其“通”與“斷”的比例，這會(huì)造成“水當(dāng)量”不等。具體的做法是采用一種可以完全截止的雙板快速換向閥和切斷閥，使蓄熱式燒嘴的工作根據(jù)溫度控制精度要求成對(duì)呈“工作”或“休克”狀態(tài)，并通過計(jì)算機(jī)控制使某一對(duì)甚至一段的蓄熱式燒嘴的“休克”，時(shí)間相互錯(cuò)開，以避免對(duì)煤氣總管、空氣總管、抽煙總管以及爐內(nèi)的壓力控制造成干擾。實(shí)際實(shí)施時(shí)，管道布置已不是傳統(tǒng)的分段方法，而是將所有燒嘴均并聯(lián)“掛”在總管上，如果工藝需要，甚至每對(duì)燒嘴都可以單獨(dú)成“段”。蓄熱式脈沖控制燃燒系統(tǒng)的這一特性，使全爐的熱負(fù)荷供給曲線變得非常靈活的同時(shí)，還保證了蓄熱式燃燒所必需的條件和所有的優(yōu)點(diǎn)。

燒嘴只要工作就工作在額定功率下，火焰長度，混合強(qiáng)度均處于最佳狀態(tài)。并可獲得沿坯料長度方向溫度均勻性。

各區(qū)段爐溫采用蓄熱式脈沖控制實(shí)際應(yīng)用為：通過該區(qū)段所設(shè)置的熱電偶檢測值，選擇其中一點(diǎn)或自動(dòng)計(jì)算該區(qū)段爐溫的平均值作為爐溫實(shí)際值參與控制，爐溫的工藝設(shè)定值由監(jiān)控畫面給定。其控制策略是通過爐溫實(shí)際值與工藝設(shè)定值相比較，計(jì)算出偏差值，由溫度PID 控制器計(jì)算出負(fù)荷量，將負(fù)荷量調(diào)制為脈沖寬度，作為單個(gè)燒嘴全開的持續(xù)燃燒時(shí)間，脈沖寬度調(diào)制原理如圖2 所示。

圖2 脈沖原理附圖

蓄熱式燃燒本身就是“燃燒狀態(tài)”與“抽煙蓄熱狀態(tài)”與不斷切換的過程，蓄熱式脈沖燃燒控制是在蓄熱式燃燒工作過程插入“休克狀態(tài)”（即“燃燒狀態(tài)”與“抽煙蓄熱狀態(tài)”同時(shí)停止）。燃燒系統(tǒng)的“通”與“斷”的比例不改變。

3 上、下布置雙蓄熱燒嘴制作、安裝經(jīng)驗(yàn)

燒嘴制作時(shí)，嚴(yán)格控制各工序生產(chǎn)過程的規(guī)范，加強(qiáng)對(duì)原材料采購的質(zhì)量檢驗(yàn)和控制，加強(qiáng)試樣的采樣、制樣、試驗(yàn)等過程的管理。嚴(yán)格控制烘烤曲線，加強(qiáng)運(yùn)輸、吊裝過程的輕拿輕放管理。安裝蓄熱箱要嚴(yán)格按照施工步驟執(zhí)行，嚴(yán)禁先焊裝蓄熱箱再整體澆注爐墻的施工方法，嚴(yán)格執(zhí)行分層澆注、分層安裝、分層驗(yàn)收的工藝紀(jì)律。

蓄熱體安裝標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范：首先，對(duì)材料進(jìn)行檢查，檢查擋磚和擠壓蜂窩體的數(shù)量是否正確，表面是否平整，尤其是擠壓蜂窩體側(cè)面是否平整對(duì)安裝影響非常大；檢※查含鋯纖維毯是否無污漬；檢查黏結(jié)劑的準(zhǔn)備情況；檢查耐高溫高壓石棉板的準(zhǔn)備情況；檢查相應(yīng)螺栓的準(zhǔn)備情況。

簡單工具準(zhǔn)備，為了便于蓄熱體安裝，做一些長度1 ～1.5m 的小鏟子，可以將蓄熱體托起放入箱體內(nèi)，也可以不使用工具直接安裝。

相應(yīng)切割工具的準(zhǔn)備，由于蓄熱箱體與蜂窩體不一定是同一廠家生產(chǎn)，有時(shí)可能會(huì)在尺寸公差范圍內(nèi)出現(xiàn)尺寸不能完全匹配，如果出現(xiàn)蜂窩體正公差大，無法正常安裝，就需要對(duì)最外側(cè)的蜂窩體進(jìn)行簡單切割或打磨以便于安裝。具體安裝步驟如下：

（1）安裝前拆除蓄熱體箱蓋，倒立放置，避免損壞內(nèi)部導(dǎo)流板；（2）測量箱體實(shí)際尺寸，對(duì)應(yīng)現(xiàn)場蜂窩體，計(jì)算出實(shí)際蜂窩體與箱體高度之間的準(zhǔn)確公差，并準(zhǔn)備好相應(yīng)厚度的含鋯纖維氈；（3）使用掃帚對(duì)蓄熱箱體內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)清理，全部清理完畢后，在箱體底部涂抹PA80 黏結(jié)劑，粘貼一層測量后核準(zhǔn)出相應(yīng)厚度的含鋯纖維氈；（4）底部粘貼含鋯纖維氈后會(huì)影響安裝時(shí)蜂窩體在箱體內(nèi)的滑動(dòng)，可以按照箱體內(nèi)部尺寸裁剪一塊相同或尺寸略小的白鐵皮襯托在含鋯纖維氈上，方便蜂窩體在箱體內(nèi)的滑動(dòng)；（5）先安放下層一排擋磚到最里端卡槽處，然后安放第二層擋磚到第一層擋磚的上面，并緊緊卡在上端卡槽處（要求凹面朝里），再依次安放7 排小蓄熱體（擠壓蓄熱體），要求凹面朝里，每層錯(cuò)位排放，并且依次每排擠靠一側(cè)（單排如果靠右側(cè)，雙排就靠左側(cè)，也起到左右錯(cuò)排作用），每安放完一排蓄熱體，都要經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員的確認(rèn)后方可安放下一排，全部安放完后上部應(yīng)該沒有縫隙；（6）蓄熱體安裝合格，裝箱體蓋板，注意每個(gè)箱體導(dǎo)流板方向一定要正確，且選不放高溫高壓橡膠石棉板，至烘爐溫度至650℃左右時(shí)，水分少量排出時(shí)進(jìn)行箱蓋板封裝，空氣箱蓋放入相應(yīng)高溫高壓橡膠石棉板，插入螺栓、平墊、彈墊、螺母進(jìn)行堅(jiān)固，煤氣蓄熱箱封裝時(shí)高溫高壓橡膠石棉板兩面需要涂覆樂泰587 高溫密封膠，避免使用過程中煤氣泄漏，安裝箱蓋螺栓緊固時(shí)，要求對(duì)角緊固。

4 結(jié)語

新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼棒材車間加熱爐采用上、下布置雙蓄熱燒嘴，鋼坯始終處于煤氣還原性氣氛中，出鋼溫度1000℃時(shí)，氧化燒損達(dá)至超低水平，僅為0.55%。同時(shí)，棒材加熱爐煙氣熱能極限回收，單位熱耗≤0.95GJ/t 坯（冷裝），煙氣低氮、環(huán)保排放。各性能指標(biāo)均已達(dá)到較高水平，值得廣泛推廣。