步進(jìn)式加熱爐異形鋼坯加熱間距研究與應(yīng)用

高海軍 馮文義 李 巖

(萊鋼集團(tuán)寬厚板廠(chǎng)，山東 萊蕪 271104)

0 前言

加熱爐作為軋鋼行業(yè)的重點(diǎn)耗能設(shè)備，鋼坯加熱能耗占總能耗的60% ～70%，加熱爐的節(jié)能研究具有較為重要的實(shí)際意義。目前，步進(jìn)式加熱爐是最為廣泛應(yīng)用的加熱爐型，具有加熱質(zhì)量好、氧化燒損少、鋼溫均勻、無(wú)劃傷等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有的加熱爐優(yōu)化研究工作主要集中在余熱回收、汽化冷卻、燃燒技術(shù)及熱工制度方面，對(duì)鋼坯布料間距關(guān)注較少。加熱鋼坯間距的大小影響著加熱爐的生產(chǎn)率及熱效率，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，舒佩在測(cè)量試驗(yàn)觀(guān)察基礎(chǔ)上提出最佳間距在0.3～0.7倍坯厚之間，范圍太寬，不利于指導(dǎo)生產(chǎn)。坯料間距較大時(shí)，鋼坯受熱面加大，吸熱性強(qiáng)，能夠快速加熱，熱效率較高，但此時(shí)爐內(nèi)鋼坯量較少，生產(chǎn)率受到影響，從而使?fàn)t子總的熱效率降低，鋼坯間距較小時(shí)，爐內(nèi)鋼坯數(shù)量增加，但每支鋼坯吸熱受到影響，從而影響爐子的熱效率。因此，可通過(guò)對(duì)加熱爐熱量吸收效率分析，并對(duì)其求極值的方法，來(lái)確定鋼坯的最佳間距，此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，便于指導(dǎo)步進(jìn)式加熱爐爐內(nèi)布料[1-4]。

1 步進(jìn)式加熱爐概述

某廠(chǎng)軋鋼加熱爐為三段步進(jìn)式加熱爐，引進(jìn)法國(guó)斯坦因技術(shù)，具有較高的自動(dòng)化水平，該爐長(zhǎng)35.6m，爐寬14.4m，均熱段與加熱段高4.2m，預(yù)熱段高2.9m，產(chǎn)量240t/h(冷坯)，所用燃料為高焦混合煤氣，熱值為7500KJ/m3，共分為14個(gè)加熱區(qū)，28個(gè)燒嘴，空氣預(yù)熱至400℃，煤氣無(wú)預(yù)熱，加熱的坯料為異形鋼坯，共分三種規(guī)格，BB1、BB2、BB3，坯料尺寸分別為：BB1：550*440*90(mm);BB2：750*370*90(mm);BB3：1024*390*90(mm)。最大允許入爐鋼坯長(zhǎng)度13.6m，圖1為BB1鋼坯橫截面尺寸。

圖1 B B1鋼坯尺寸圖

2 步進(jìn)式加熱爐數(shù)學(xué)模型

2.1 主要假定條件

1)加熱爐內(nèi)加熱狀態(tài)處于穩(wěn)態(tài)，爐溫不隨時(shí)間變化，認(rèn)為爐膛內(nèi)介質(zhì)溫度在所分區(qū)段內(nèi)是均勻一致的。2)異形鋼坯橫截面幾何圖形簡(jiǎn)化為如圖2。3)爐內(nèi)每支鋼坯在同一位置受熱條件完全相同。4)忽略鋼坯間的熱交換。

圖2 異形坯在爐鋼坯間距示意圖

2.2 數(shù)學(xué)模型的建立

加熱爐中每支鋼坯單位時(shí)間的所受熱流密度qi為，

式中

σ——史提芬-波爾茲曼常量

φCG——總括熱吸收率

如圖 2，設(shè)定異形鋼坯的尺寸分別為 a、b、c、d、S，每支異形鋼坯有效受熱面積F為

則單位時(shí)間內(nèi)爐內(nèi)每支鋼坯獲得的熱量為Qi

設(shè)加熱爐有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，鋼坯間距為x，爐內(nèi)鋼坯總數(shù)量N為

單位時(shí)間內(nèi)爐內(nèi)鋼坯所獲得的總熱量為

由圖2可知，式(2)與式(3)中cosα與cosβ分別為cosα=將其與式(3)、

式(4)帶入式(5)中，可得，

由于式(6)中 a、b、c、d、S 都為常量，由假定條件知，熱流密度qi也為定值，所以單位時(shí)間內(nèi)爐內(nèi)鋼坯獲得的總熱量與加熱間距 x 有關(guān)。[3]

3 計(jì)算結(jié)果分析

異形鋼坯間距由前人研究可在0.3～0.7倍坯厚之間，某廠(chǎng)異形坯加熱爐控制間隙為0.12m。分別選擇三種規(guī)格異形鋼坯，命x值在0.08m至0.2m之間，以長(zhǎng)度為10m鋼坯為例，得單位時(shí)間爐內(nèi)鋼坯獲得總熱量見(jiàn)表1(表中數(shù)值為熱流密度qi的倍數(shù))。

表1 不同間距在爐鋼坯單位時(shí)間獲得總熱量

圖3 不同間距各規(guī)格異形鋼坯吸熱功率曲線(xiàn)

利用計(jì)算機(jī)輔助得到此區(qū)間內(nèi)的吸熱功率曲線(xiàn)圖如圖3，可知，在此區(qū)間內(nèi)鋼坯吸熱功率有極大值產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)的鋼坯間距為最佳間距，由曲線(xiàn)圖可得，BB1鋼坯的最優(yōu)間距為142.0mm，BB2鋼坯最優(yōu)間距為126.48mm，BB3鋼坯最優(yōu)間距為136.39mm。

4 結(jié)論

本文僅從鋼坯吸熱功率上研究鋼坯的最優(yōu)間距，萊鋼型鋼廠(chǎng)大型線(xiàn)加熱爐異形坯加熱間距為120mm，與本文基本相符。由于加熱爐爐內(nèi)溫度場(chǎng)較為復(fù)雜，異形鋼坯受熱不規(guī)律，難以確定最佳的鋼坯間距，此方法簡(jiǎn)單使用，可作為制定異形鋼坯爐內(nèi)布料制度的參考依據(jù)。

[1]李國(guó)軍、劉筱婷等.步進(jìn)式加熱爐內(nèi)布料間距的優(yōu)化研究.東北大學(xué)學(xué)報(bào).2012.33(3)：389-391.

[2]張富等.步進(jìn)梁式板坯加熱爐內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬.工業(yè)爐.2009.9(5)：5-7.

[3]徐春柏、李曙光等.步進(jìn)式爐鋼坯最佳間距計(jì)算方法.1988.5：20-22.