步进式加热炉

一、步进式加热炉的起源与发展

步进式加热炉是机械化炉底加热炉中使用较为广泛的一种，是取代推钢式加热炉的主要炉型。步进式加热炉始建于20世纪60年代中期，这种炉子已存在多年，因受耐热钢使用温度的限制，开始只用在温度较低的地方，适用范围有一定的局限性。随着轧钢工业的发展，对加热产品质量、产量、自动化和机械化操作计算机控制等方面的日益提高，在生产中要求在产量和加热时间上有更大的灵活性，这就要求与之相适应的炉子机构也应具有很大的灵活性，以适应生产的需要，基于上述原因，传统的推钢式加热炉已难于满足要求。而与传统的推钢式加热炉相比，步进式加热炉具有加热质量好、热工控制与操作灵活、劳动环境好等优点，特别是炉长不受推钢长度的限制，可以提高炉子的容量和产量，更适应当代轧机向大型化、高速化与现代化发展的需要。经过改造后的步进炉结构，采用了步进床耐火材料炉底或水冷步进梁的措施，已能应用于高温加热。目前，合金钢的板坯、方坯、管坯甚至钢锭等轧制前的加热已有不少采用步进炉加热，使用效果较好。它的炉长不受推钢比的限制，大型步进炉生产率高达420万吨/年。

70年代以来，国内外新建的许多大型加热炉大都采用了步进式加热炉，不少中小型加热炉也常采用这种炉型。现在新建的具有经济规模的各类轧钢厂基本上都选用了步进式加热炉；一些老厂如美国底特律钢厂热轧车间、法国索拉克和恩西俄厂的热轧

车间、日本和歌山热连轧厂与鹿岛厚板厂以及加拿大汉密尔顿的多发斯科厂等，在改建或扩建中都选用了步进式加热炉替代原有的推钢式加热炉。但当前轧钢加热炉，特别是中小型轧钢厂推钢式加热炉仍较多，这与中国的原燃料条件等多种因素有关。

步进式加热炉的炉底基本由活动部分和固定部分构成。按其构造不同又有步进梁式、步进底式和步进梁、底组合式加热炉之分。一般坯料断面大于(120×120)mm2多采用步进梁式加热炉，钢坯断面小于(100×100)mm2多采用步进底式加热炉。

二、步进式加热炉的工作原理

步进式加热炉是靠炉底或步进梁的升降进退来带动料坯前进的，其工作原理如下：起始位置，活动炉底在坯料下面最低位置，坯料两端架在炉内的固定炉底上，以后在活动炉底升起将坯料托起，接着活动炉底下降将坯料放在固定炉底上，最后活动炉底又回复到原来位置，由上可知，活动炉底运动的轨迹为一个矩形，它运动一个循环的时间叫“周期”，它运动一次使坯料前行的距离叫“行程”。

步进炉加热的特点是：步进炉可以采取坯料之间分开的加热方式，这样加热速度快而且内外温度均匀。除此之外，步进式加热炉的装出料装置也是加热炉的重要部分。鞍钢厚板厂的步进梁式加热炉板坯装出炉程序及PLC联锁条件在设计原则上有利于提高生产率，合理节能且安全可靠。

当加热炉操作工接到了轧机操作室要钢信号后,手动给出钢

命令；PLC自动确认激光器检测有坯,辊道速度为零,步进梁下位在原点；步进炉1号出钢炉门开始上升到1m高处激光器发出信号,炉门停止上升；出钢机前进到计算位置后,APC发信号,炉门上升同时出钢机上升；炉门到全开激光器发信号,出钢机继续后退出料门下降；出钢机退回极限位置,APC发信号,出钢机下降到原点。步进梁上升、前进、下降、后退,做正循环运动（周期45s），完成一周期按设定间隔或无间隔再开始下一周期运动。周而复始直至前进按PLC 计算炉尾部空出可装下块板坯位置时（或前进的板坯遇到激光器；步进梁停止前进下降回原点等待下一次出钢指令）；装料炉门开始上升到激光器发信号；推钢机前进按公式自动算出行程S将板坯推到炉内，推钢机后退至炉外激光器发信号,进料门下降,同时推钢机回原点。之后料侧,手动选择入钢道、给按钮信号,辊道自动将坯送到该道对中,等待自动推钢。

联锁条件：

（1）出钢机前进、上升、后退时,出钢炉门必须开启,步进机构不能动作，出料辊道必须停转。

（2）步进机构动作时,出钢炉门、装料炉门必须关闭。（3）推钢机推钢时,装料门必须打开,步进梁必须在下降位置停止不动。

三步进式加热炉的炉型结构

(1)炉膛宽度。是由坯料长度与装料排数确定的，料排间和料排与炉墙间的空隙一般取0．15～0．3m。

(2)炉长。有效炉底长度系指钢料在炉内有效加热所占的长度，是由炉子产量计算确定。端装侧出料的炉子为炉尾砌体外缘至出料门中心线的距离；端装端出料的炉子为炉尾砌体外缘至出料滑坡折点的距离，用托出机出料的炉子则算至钢坯在炉内最后位置的前端线；侧装料的炉子，其炉尾从侧装料门或辊道中心线算起。炉子全长指前后端墙砌体外缘间的距离。步进式炉炉长无上述限制，但炉子过长时跑偏量也将增大。

(3)炉膛高度与炉子内型。它们直接影响炉子的加热能力和热量利用，是根据类似炉子的经验来确定的。炉子各段长度一般可根据钢材加热计算中各段加热时间的比例及类似炉子的实际情况决定，两段式加热炉的加热段和预热段长度各约占有效炉长的一半，产量较小的炉子加热段长度比例也要小一些，三段式加热炉均热段长度约占有效炉长的15％～25％，加热段占25％～40％，预热段占35％～50％；多点供热加热炉均热段和加热段总长可占70％以上。炉膛高度(或深度)，指炉底滑道或固定梁顶面到炉顶或炉底表面之间的距离，在炉宽已定，各段长度比例相对稳定的条件下，它是决定炉膛空间大小、炉型曲线是否合适的关键尺寸。影响炉膛高度与炉型曲线的因素较多，根据理论分析与实践验证，炉膛空间大小应保证燃料的充分燃烧和被炉气充满，它随燃料种类、燃烧方式及热负荷的不同而异。在带入炉内同样热量条件下，低热值煤气的废气量要大于高热值煤气的，因此需要较大空间；燃重油和天然气的炉子炉膛一般较小；有焰燃

烧时，火焰对钢料传热比例较无焰燃烧时大，此时炉膛高度要尽量保证火焰接近钢料而不应追求加大炉壁面积的作用。

四、步进式加热炉的热工制度

炉温制度对于加热坯料厚度较小或对坯料加热内外温差要求不严的中小型加热炉，多采用两段式炉温制度，即只有加热段和不供热的预热段。对于坯料厚度较大或温差要求比较严格的加热炉则采用三段式炉温制度，即在出料段再设一个均热段，其温度低于加热段而略高于坯料表面温度，供热强度很小，以使坯料表面与中心温差缩小到允许范围。按三段式炉温制度设计的加热炉也可以按两段式炉温操作。大产量的板坯、型钢及高速线材加热炉均采用三段式加热炉。单面加热或双面加热加热厚度小于90～100mm的坯料时，一般选用单面加热工艺，即选用没有下加热的推钢式炉或步进底式炉，其单位炉底面积小时产量适中而热耗较低；加热厚度大于100mm的坯料时，则选用双面加热工艺，即选用上下加热的推钢式炉或步进梁式炉。由于步进梁式炉坯料有间隙，120～130mm的方坯或圆坯也可采用单面加热。由于炉内滑道间距(纵水管或步进梁与固定梁)等结构上的限制，短坯料不能采用双面加热，推钢式炉坯料长度应大于1000mm，步进梁式炉坯料长度宜大于2500mm，否则其下表面遮蔽大、受热差且运行不可靠，容易发生“掉道”事故。中国加热50～60mm方坯的小型推钢式加热炉也多采用上下加热方式，主要是考虑炉底清渣方便，避免炉底结渣带来的一系列问题。为了避免水管“黑印”