步进梁式加热炉炉底机械生产制造工艺浅析

步进梁式加热炉炉底机械生产制造工艺浅析

石小旭王伟贾景珍

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北秦皇岛066000

摘要：加热炉是轧钢生产企业主要的耗能设备。而步进式加热炉炉底机械装置作为一种重要的冶炼设备被广泛应用于钢冶炼行业。其中炉底机械水梁是一种较为复杂的焊接结构产品，并且具有较高的技术要求。本文对步进式加热炉进行概述并针对炉底机械装置的生产过程做一总结，为以后同类设备的生产提供宝贵的生产经验。

关键词：加热炉；炉底机械水梁；焊接结构

1、步进梁式加热炉的概念

步进式加热炉是靠专用步进机构使钢坯在炉内移动的一种机械化炉子。按其步进机构不同又分为步进梁式、步进底式、步进梁底组合式三种炉型。其工作原理是依靠油缸的推力，步进梁底作上升、前进、下降、后退周期循环，将装入炉内加热的钢坯一步一步地向出料端运送。反之，它又能作前进、上升、后退、下降逆循环，将炉内钢坯一块一块地从进料端退出。

2、步进梁式加热炉的发展

上下加热的步进式加热炉是美国“裘面燃烧”公司首创的。第一批炉子于六十年代中期投产，在美国和日本运行很正常，后来成为日本和欧洲新建热轧带钢厂加热炉的主要炉型。七十年代，我国从日本引进的武钢1700热轧带钢设备时有3座步进梁式加热炉。八十年代宝钢2050轧机从法国“斯坦因”公司引进3座现代化步进梁式加热炉炉型。而后我国在引进、消化、移植的同时，结合我国的国情按这种炉型设计出我国的步进梁式加热炉，填补了国内设计的空白。七十年代以来，我国钢铁、机械等企业扩建、改造时先后设计建设不同类型步进式加热炉。近年，鞍钢半连轧总体技术改造，1780热轧带钢工程，配合轧机生产能力建设技术装备水平高的上下供热板坯步进梁式加热炉，1700热轧工程建两座步进梁式加热炉。由北京凤凰工业炉有限公司设计，并以总承包方式承建施工。他们设计和建造的步进梁式加热炉，无论是炉型结构、炉衬结构、设备技术装备水平、控制水平，还是产品加热质量和能耗指标，均属世界先进水平，国内领先水平。

3、步进梁式加热炉的优点

和推送式连续加热炉相比，步进梁式加热炉具有以下优点：①可以加热各种形状的料坯，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异型坯；②生产能力大，炉底强度可以达到800～1000kg/（m2・h），与推送式炉相比，加热等量的料坯，炉子长度可以缩短10%～15%；③炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象；④炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变料坯之间的距离，就可以改变炉内料块的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热的要求；⑤单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定；⑥由于料坯不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要这些维修费用；⑦轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳；⑧可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程的自动化。

4、步进梁式加热炉炉底

步进式加热炉炉底机械装置是一种重要的金属冶炼设备，被广泛的应用于冶炼行业。它一般包括炉体、炉底步进机械、炉底支撑梁、炉底机械水梁、水封槽及刮渣板等。其中炉底机械水梁是步进式加热炉炉底机械装置中重要部件，水梁单件，水梁主体材质为Q245R钢，挡块均为2520钢。炉底机械水梁生产具有较高的技术要求，特别是在焊缝处的结构强度要高，这是由于烧室承受着1000℃～1100℃的高温及2～3MPa压力，并且根据技术要求焊后进行打水压试验，就这对焊缝的质量有着高要求。

5、焊接工艺

5.1焊接方法。水梁主体环缝焊接采用TIG+GMAW方法，用氩弧焊打底，埋弧焊填充、盖面。挡块与水梁主体焊接采用手工电弧焊。

5.2焊接材料及焊接设备。①材料：氩弧焊焊丝牌号ER50-6，Φ2.0mm；CO2气体保护焊焊丝牌号H08Mn2SiA，Φ1.2mm；手工电弧焊焊条牌号，A507-Ф4.0。②设备：应满足焊材标准GB8110-2008及GB/T5293―1999要求，采用YC-315TX氩弧焊机、日本FANUCM-20iA焊接机器人和KRⅡ350型手工电弧焊机

6、焊接操作要点

6.1打底焊。水梁主体环缝打底焊采用99.7%的氩气气体保护焊，焊层不能太厚，控制在1～2mm为宜。操作要点：将水梁单件管体置于自制的转胎上，把封头及件锻三通与其点焊，驱动管体转动，转速稳定在焊接工艺要求的焊接速度后方能焊接。

6.2CO2气体保护填充及盖面。将焊接机器人焊接枪头调整至环缝处，按照工艺要求将焊接工艺参数调整到要求值，然后起动焊机和转胎，调节管体旋转速度，让焊接机器人焊枪头保持在环缝12点钟焊接位置（稍有下坡）然后进行正常焊接。

6.3挡块/铆固件与水梁主体焊接。2520钢（挡块/铆固件）与Q245R钢管的异种钢焊接，首先应注意到2520钢的焊接具有与奥氏体不锈钢相类似的问题，即具有较高的热敏感性，气孔生成率较高，容易产生未融合、未焊透等缺陷；并且铁镍基合金钢还具有较高的焊接热裂纹倾向、焊接区域产生晶间腐蚀倾向。其次，对于珠光体钢和奥氏体钢的焊接其在化学成分、金相组织、物理性能以及力学性能均有较大差异，为保证焊接质量必须考虑焊接过程中的金属稀释问题，熔合区中碳扩散层的形成及焊缝中的残余应力。综合以上，最终确认手工电弧焊焊条选择A507焊条，进行2520钢与Q245R钢管焊接。

7、焊缝检测及水压实验

对焊缝进行检测，焊缝成型表面质量优良，成型均匀；对环缝进行超声波探伤，焊缝质量可达探伤I级，对角焊缝进行磁力探伤，无可视缺陷。焊缝检测合格后，现场组立后，进行水压实验，工件水压实验100%合格。

结语

炉底机械水梁组立、焊接的过程中，采用TIG+GMAW焊接方法，并且应用了技术含量更高的焊接机器人进行焊接工作，使得焊缝质量得到了可靠的保证，无损检测合格率高达98%以上；使用自行设计制作的无级变频调速转胎，使炉底机械水梁单体的组立、焊接操作更加方便，焊接施工效率成倍提高；设计的水压实验制具，使水压实验过程易于操作，提升了安全性，水压实验合格率达到100%合格。

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