一种双蓄热辊底式加热炉的制作方法

本发明涉及一种双蓄热辊底式加热炉，属于冶金行业轧钢加热炉技术领域。

背景技术：

薄板坯连铸连轧生产工艺是一种短流程热轧宽带钢生产工艺，已经普遍应用于热轧带钢生产领域，其设备组成包括薄板坯连铸机、辊底式加热炉和粗、精轧机、卷取机等，其中辊底式加热炉位于连铸和轧机之间，主要作用是加热板坯以及为轧机换辊、处理事故等异常情况时提供一定的缓冲时间。因此，这种辊底炉的结构及生产工艺与常规加热炉不同：辊底炉长度约为200-300米，内宽2米左右，炉膛温度控制在1170～1250℃，连铸坯从连铸浇注完成后，就立即进入辊底炉内进行加热，并根据轧机的生产情况，随时可将加热后的板坯送往轧机轧制，板坯在辊底炉内的停留时间与连铸和轧机的生产品种、生产节奏密切相关，一般在10～50分钟之间，以适应连铸和轧机不同节奏的生产，合格的板坯温度和足够的缓冲时间是薄板坯连铸连轧生产线稳定生产的必要条件之一。

在薄板坯生产工艺中，板坯的长度一般在25～35米，但在半无头生产时，板坯长度可达到220米以上。为稳定轧机生产和成品带钢性能的稳定，在进行轧钢生产时，轧钢工艺要求进入轧机轧制的板坯温差≤10℃，在同一个温度控制段，辊底炉各段温差也要求控制在10℃之内，基于这样辊底炉特殊的工艺要求，辊底炉不设预热段，除了加热段之外就是保温段，燃烧产生的高温烟气，经过稀释风冷却后，直接排放到烟道，虽然通过预热空气和煤气能够回收一部分烟气的热量，但是辊底炉的热效率也仅为15～20%，远低于常规加热炉50%的热效率。

专利201010110775.6介绍了一种辊底炉的蓄热式燃烧技术，该技术在辊底炉上采用空气单蓄热的蓄热式燃烧技术，用蓄热式烧嘴替换了普通的烧嘴，将部分高温烟气回收利用，满足轧钢工艺对板坯温度苛刻的要求，同时还能够解决现有辊底炉燃烧效率低的问题，烟气排放温度低于150℃，节能效果显著。但该专利只对空气进行蓄热，煤气不蓄热，在燃烧产生的高温烟气中，仍有一部分烟气会直接排走，烟气中的显热并没有得到充分的回收利用，另外燃料仍采用高热值的混合煤气，对于焦炉煤气资源紧张的企业来说，该技术的应用存在困难。

目前，在冶金企业中，轧钢加热炉普遍采用蓄热式燃烧技术，该技术可采用冶金企业回收的低热值的高炉煤气或者转炉煤气做燃料，从而降低生产成本，该技术利用燃烧产生的高温废气直接加热蓄热体，然后用蓄热体再加热空气或者煤气，该方式可将空气或煤气直接预热至1000℃，而烟气的排烟温度则降低至150℃以下，从而提高加热炉的热效率，通常蓄热式燃烧是在两个同样性能的蓄热式烧嘴或者两组蓄热式烧嘴之间进行，当一个烧嘴燃烧时，另一个烧嘴则排烟，两种方式交替进行，由于空气或煤气的蓄热温度都能达到1000℃，为减少使用中的安全风险，在蓄热燃烧时，都采用外混燃烧方式，即空气和煤气分别通过不同的蓄热箱进行蓄热，然后通过各自的空气和煤气喷孔喷入加热炉内，在加热炉内进行混合，并完成燃烧过程，由于煤气与空气的混合是一个物理扩散现象，需要一定的时间才能完成，这个过程比燃烧反应过程慢很多，因此，蓄热式燃烧速度慢，火焰长度偏长，对于内宽不足2米辊底炉来说，普通的蓄热式燃烧方式，会使火焰直接喷到排烟的烧嘴上，未完全燃烧的煤气会直接进入排烟的蓄热式烧嘴的蓄热箱内，影响蓄热式烧嘴的正常蓄热过程，造成煤气利用率下降，甚至发生安全事故。

蓄热式辊底炉使用炉辊传送钢坯，炉辊需要定期更换维修，换辊工具为c型钩，目前现有的蓄热式烧嘴体积庞大，除了烧嘴本体、三通换向阀外，还有空气、煤气、空烟及煤烟管道等多种介质管道，如果直接在辊底炉两侧布置大量的蓄热式烧嘴，会影响炉辊更换。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种双蓄热辊底式加热炉，能够全部回收烟气中的余热，提高加热炉的热效率，而且在满足板坯加热温度要求的同时不会影响辊底炉的检修，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种双蓄热辊底式加热炉，包含辊底炉炉体、空气管道、空气三通阀、空烟管道、煤气管道、空烟引风机、空气鼓风机、煤气蓄热箱、煤气点火喷口、煤气燃烧喷口、烧嘴隔板、空气点火喷口、空气燃烧喷口、空气蓄热箱、煤气三通阀、煤烟管道、煤烟引风机和烧嘴砖，辊底炉炉体包含加热段和保温段，辊底炉炉体的一侧为a侧，辊底炉炉体的另一侧为b侧，辊底炉炉体的a侧和b侧分别设有多个均匀布置的蓄热式烧嘴，辊底炉炉体a侧的蓄热式烧嘴和b侧的蓄热式烧嘴交错布置；所述蓄热式烧嘴包含一个空气蓄热箱和一个煤气蓄热箱，在空气蓄热箱和煤气蓄热箱之间设置一个烧嘴隔板，在空气蓄热箱和煤气蓄热箱的一端设置烧嘴砖，所述烧嘴砖布置在炉墙内，烧嘴砖内设有预混腔，烧嘴砖的预混腔内分别设置煤气点火喷口和空气点火喷口以及煤气燃烧喷口和空气燃烧喷口；所述空气蓄热箱通过空气三通阀分别与空气管道和空气鼓风机以及空烟管道和空烟引风机连接，空气管道、空气三通阀、空烟管道、空烟引风机、空气鼓风机和空气蓄热箱组成空气蓄热系统；所述煤气蓄热箱通过煤气三通阀分别与煤气管道以及煤烟管道和煤烟引风机连接，煤气管道、煤气三通阀、煤烟管道、煤烟引风机和煤气蓄热箱组成煤气蓄热系统。

所述空气蓄热系统中的空气三通阀和煤气蓄热系统中的煤气三通阀包含控制辊底炉炉体a侧蓄热式烧嘴的空气三通阀和煤气三通阀以及控制辊底炉炉体b侧蓄热式烧嘴的空气三通阀和煤气三通阀，控制辊底炉炉体a侧蓄热式烧嘴的空气三通阀和煤气三通阀以及控制辊底炉炉体b侧蓄热式烧嘴的空气三通阀和煤气三通阀均布置在辊底炉炉体的b侧。

所述辊底炉炉体的a侧为换辊侧，辊底炉炉体的b侧为非换辊侧。

所述空气蓄热系统中的空气三通阀和煤气蓄热系统中的煤气三通阀的结构相同，空气三通阀和煤气三通阀内分别设有空气或煤气进气阀板和烟气阀板。

所述烧嘴砖内的预混腔为锥形，锥形的开口角度为γ。

所述烧嘴砖的预混腔内的煤气点火喷口的中心线和空气点火喷口的中心线之间交叉布置，煤气点火喷口的中心线和空气点火喷口的中心线之间的夹角为α；煤气燃烧喷口的中心线和空气燃烧喷口的中心线之间交叉布置，煤气燃烧喷口的中心线和空气燃烧喷口的中心线之间的夹角为β。

所述辊底炉炉体a侧和b侧的蓄热式烧嘴均分成两组，每组三个蓄热式烧嘴，一组布置在加热段，另一组布置在保温段。

所述空气蓄热箱和煤气蓄热箱之间的烧嘴隔板为耐热钢板s304制成，钢板两侧分别浇注耐火材料。

本发明中的燃料采用低热值的高炉煤气或者转炉煤气，加热段主要完成板坯的加热，炉膛温度通常在1200～1250℃之间，而保温段则是将板坯温度保持到一定的温度，炉膛温度在1160～1180℃之间。加热段和保温段都采用双蓄热燃烧方式。通过蓄热方式分别将煤气和空气的温度蓄热到1000℃左右，并在烧嘴砖内混合后燃烧，燃烧时蓄热式烧嘴蓄热、排烟交替进行，最终实现辊底炉对钢坯的加热。

本发明的有益效果是：燃料采用低热值的高炉煤气或转炉煤气，燃烧方式为空气和煤气双蓄热，能够全部回收烟气中的余热，最终烟气的排放温度在150℃以下，提高加热炉的热效率。而且辊底炉的加热能力和板坯的加热质量能够得到保证，也不会影响现有辊底炉的检修等。

附图说明

图1为本发明结构俯视图；

图2为本发明断面图；

图3为双蓄热烧嘴结构示意图；

图4为三通阀结构示意图；

图5为三通阀f-f截面图；

图中：辊底炉炉体1、换辊c型钩2、炉辊3、板坯4、空气管道5、空气三通阀6、空烟管道7、煤气管道8、空烟引风机9、空气鼓风机10、煤气蓄热箱11、煤气点火喷口12、煤气燃烧喷口13、烧嘴隔板14、空气点火喷口15、空气燃烧喷口16、空气蓄热箱17、煤气三通阀18、煤烟管道19、煤烟引风机20、烧嘴砖21、空气或煤气进气阀板22、烟气阀板23。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

参照附图1~5，一种双蓄热辊底式加热炉，包含辊底炉炉体1、空气管道5、空气三通阀6、空烟管道7、煤气管道8、空烟引风机9、空气鼓风机10、煤气蓄热箱11、煤气点火喷口12、煤气燃烧喷口13、烧嘴隔板14、空气点火喷口15、空气燃烧喷口16、空气蓄热箱17、煤气三通阀18、煤烟管道19、煤烟引风机20和烧嘴砖21，辊底炉炉体1包含加热段和保温段，辊底炉炉体1的一侧为a侧，辊底炉炉体1的另一侧为b侧，辊底炉炉体1的a侧和b侧分别设有多个均匀布置的蓄热式烧嘴，辊底炉炉体1a侧的蓄热式烧嘴和b侧的蓄热式烧嘴交错布置；所述蓄热式烧嘴包含一个空气蓄热箱17和一个煤气蓄热箱11，在空气蓄热箱17和煤气蓄热箱11之间设置一个烧嘴隔板14，在空气蓄热箱17和煤气蓄热箱11的一端设置烧嘴砖21，所述烧嘴砖21布置在炉墙内，烧嘴砖21内设有预混腔，烧嘴砖21的预混腔内分别设置煤气点火喷口12和空气点火喷口15以及煤气燃烧喷口13和空气燃烧喷口16；所述空气蓄热箱17通过空气三通阀6分别与空气管道5和空气鼓风机10以及空烟管道7和空烟引风机9连接，空气管道5、空气三通阀6、空烟管道7、空烟引风机9、空气鼓风机10和空气蓄热箱17组成空气蓄热系统；所述煤气蓄热箱11通过煤气三通阀18分别与煤气管道8以及煤烟管道19和煤烟引风机20连接，煤气管道8、煤气三通阀18、煤烟管道19、煤烟引风机20和煤气蓄热箱11组成煤气蓄热系统。

在本实施例中，参照附图1，辊底炉包含加热段c和保温段d，辊底炉炉体1的a侧为换辊侧，b侧为非换辊侧，辊底炉炉体1a侧和b侧的蓄热式烧嘴均分成两组，每组三个蓄热式烧嘴，一组布置在加热段，另一组布置在保温段。加热段c和保温段d的蓄热式烧嘴的能力不同，加热段c和保温段d单个蓄热式烧嘴的功率分别为442kw和151kw，燃料采用5024kj/nm³的转炉煤气，据此可计算出加热段和保温段烧嘴的煤气和空气流量、煤气和空气蓄热体用量，并据此设计煤气蓄热箱11和空气蓄热箱17的体积等关键技术参数。

辊底炉由辊底炉本体1、炉辊3以及空气蓄热系统及煤气蓄热系统组成，板坯4在辊底炉的炉辊3上运行，加热段主要完成板坯的加热，炉膛温度通常在1200～1250℃之间，而保温段则是将板坯温度保持到一定的温度，炉膛温度在1160～1180℃之间。

参照附图1、2，空气鼓风机10、空气管道5、空气三通阀6、空烟管道7、空气蓄热箱17和空烟引风机9等组成空气蓄热系统，煤气管道8、煤气三通阀18、煤烟管道19、煤烟引风机20和煤气蓄热箱11组成煤气蓄热系统。

参照附图3，蓄热式烧嘴包含一个空气蓄热式烧嘴箱17和煤气蓄热烧嘴箱11组，在空气蓄热箱17和煤气蓄热箱11之间设置一个隔板14，隔板14用耐热钢s304制成，钢板两侧分别浇注耐火材料，用于隔断两个蓄热箱，防止空气和煤气在蓄热箱内短路，发生燃烧现象。

在空气蓄热箱17和煤气蓄热箱11的前端设置烧嘴砖21，烧嘴砖21布置在炉墙内，而空气蓄热箱17和煤气蓄热箱11设计成外拉式，布置到炉墙外，烧嘴砖21内设预混腔，预混腔为圆锥形，其开口角度γ与煤气热值有关，热值越低则开口角度γ越小；烧嘴砖21的预混腔内分别设置煤气点火喷口12和空气点火喷口15以及煤气燃烧喷口13和空气燃烧喷口16，预混腔内的煤气点火喷口12的中心线和空气点火喷口15的中心线之间交叉布置，其夹角为α；煤气燃烧喷口13的中心线和空气燃烧喷口16的中心线之间交叉布置，其夹角为β。当煤气和空气分别从煤气点火喷口12和空气点火喷口15喷出时，以交角α在烧嘴砖21的预混腔内混合，并开始燃烧，以此作为点火源，将煤气燃烧喷口13和空气燃烧喷口16内喷出的煤气和空气点燃，从煤气燃烧喷口13和空气燃烧喷口16喷出的煤气和空气交角为β，通过设计合理的β角度来控制火焰长度，防止火焰直接冲刷对面炉墙或者直接喷到对面正在排烟的烧嘴里面，β角设立的原则是保证燃烧空气和煤气在炉宽1/2处混合燃烧。

空气和煤气从煤气点火喷口12和空气点火喷口15以及煤气燃烧喷口13和空气燃烧喷口16高速喷出，其喷出速度达到15～20m/s，为常规烧嘴喷出速度的2倍以上，目的是对空气和煤气强化混合，保证燃烧效果，同时高速燃烧下能够实现火焰气流对燃烧产物的卷吸，起到稀释燃烧区域氧浓度、降低燃烧产物中nox的作用。

蓄热式燃烧是将空气或煤气进行蓄热，在两组成对的蓄热式烧嘴之间进行，当a侧蓄热式烧嘴燃烧时，则b侧蓄热式烧嘴排烟蓄热，一个周期后（40～50秒），两侧蓄热式烧嘴的状态互换，a侧蓄热式烧嘴排烟，而b侧蓄热式烧嘴燃烧。

辊底炉炉体1换辊a侧和非换辊b侧的蓄热式烧嘴燃烧状态由空气三通阀6和煤气三通阀18分别控制。空气三通阀6和煤气三通阀18分成a、b两部分，均布置在非换辊b侧，三通阀a控制换辊a侧蓄热式烧嘴的蓄热和燃烧过程，三通阀b则控制非换辊b侧蓄热式烧嘴的蓄热和燃烧过程。

参照附图4、5，空气三通阀6和煤气三通阀18的结构相同，图中箭头p和箭头y分别代表空气或煤气的进气方向和烟气或废气的排放方向，三通阀内分别设有空气或煤气进气阀板22和烟气阀板23。

燃烧过程如下：当换辊a侧处于燃烧状态时，三通阀a（包括空气三通阀和煤气三通阀）的空气或煤气进气阀板22打开，排烟阀板23关闭，空气和煤气进入辊底炉内燃烧，而非换辊b侧则处于排烟状态，三通阀b（包括空气三通阀和煤气三通阀）的空气或煤气进气阀板22关闭，排烟阀板23打开。下一个周期两侧蓄热式烧嘴的燃烧和蓄热状态互换，换辊a侧排烟三通阀a（包括空气三通阀和煤气三通阀）的空气或煤气进气阀板22关闭，排烟阀板23打开，燃烧废气进入烧嘴内蓄热，而非换辊b侧则开始燃烧，三通阀b（包括空气三通阀和煤气三通阀）的空气或煤气进气阀板22打开，排烟阀板23关闭。两侧蓄热烧嘴的开闭同步进行，燃烧过程全部由计算机控制。

参照附图1、2，在换辊a侧只布置蓄热式烧嘴和必要的空气管道5和煤气管道8，而控制换辊a侧蓄热式烧嘴的三通阀布置到非换辊b侧，与非换辊b侧的三通阀合并在一起，这样使用换辊c型钩2进行送炉辊3作业时，只需要避开煤气蓄热箱11或者空气蓄热箱17，而在非换辊b侧除了布置空气蓄热式烧嘴17和煤气蓄热式烧嘴11、空气管道5和煤气管道8之外，还布置了空气三通阀6和煤气三通阀18，但这种布置不会影响辊底炉的换辊操作。

该双蓄热式辊底加热炉以低热值的高炉煤气或者转炉煤气做燃料，满足轧钢工艺要求，降低辊底炉的能源消耗，并降低燃烧产物中的nox。