環形加熱爐是一種技術成熟的連續式加熱爐型，廣泛用于軋管生產線，也常用于其他金屬制品如異形件的加熱和熱處理，如馬鋼集團車輪輪轂生產線的環形加熱爐、武漢鋼鐵(集團)公司鋼卷高溫退火環形加熱爐等。本文將重點介紹用于鋼管坯料高溫加熱的環形加熱爐設計。

　　（攀成鋼Φ177mm連軋管機組環形加熱爐）

　　1基本設計參數的確定

　　環形加熱爐的基本設計計算是根據軋鋼工藝提供的產品大綱、軋機最大產量和最快軋制節奏確定環形加熱爐的平均直徑、裝出料爐門夾角、坯料布料角、爐底寬度等。

　　以一項鋼管生產線的環形加熱爐工程為例，其生產線工藝參數要求如下：

　　管坯直徑190，215，270mm

　　管坯長度1500～4000mm

　　加熱能力最大80t/h，平均60t/h

　　出料頻率最大130根/h

　　入爐溫度室溫

　　最高出爐溫度1250～1280℃

　　管坯溫度均勻性要求±10℃

　　根據產品大綱和上述參數要求，計算環形加熱爐的主要設計參數如下：

　　平均直徑24m

　　爐底寬度4300mm

　　爐膛內寬4700mm

　　裝出料爐門夾角14°

　　布料方式單排、雙排

　　布料角2°(可變)

　　2布料角的選取

　　環形加熱爐的設計是從布料設計開始的，布料角的選取實際就是設計環形加熱爐布料圖，布料圖要根據坯料規格、裝出料機夾鉗操作空間、爐內管坯的加熱質量和軋制生產線產量要求設計，通常有2種布料情況。

　　(1)爐底沒有布料槽或支架。在這種情況下，環形加熱爐的布料角通常要求滿足：

　　(360°-β)=(N-1)α(1)式中N——滿足工藝要求的爐內料位數。

　　爐底沒有布料槽時，裝出料爐門夾角β不需要被布料角α整除，不會影響加熱爐的裝出料。

　　(2)爐底有布料槽或支架。這種情況要求裝出料的位置被鎖定，如車輪輪轂生產線上的環形加熱爐，爐底360°均有輪轂支架，選取的布料角除了要滿足式(1)外，還要求裝出料爐門夾角β能被布料角α整除，這樣才能完成爐底的一次完整回轉和裝出料過程。

　　以平均直徑24m環形加熱爐為例，該爐爐底沒有設計布料槽，選取布料角時主要從以下4個方面進行考慮：①各參數關系滿足式(1);②滿足工藝要求環形加熱爐達到的最大產量和出料頻率;③裝出料機夾鉗需要足夠的操作空間;④考慮雙排布料要求。

　　設計方案取裝出料爐門夾角14°，布料角2°，此時全爐布料174根。通過對產品大綱中各種規格管坯進行計算，采用該布料方案能夠滿足生產線對環形加熱爐的產量和出料頻率的要求，同時也符合裝出料機夾鉗夾料的操作空間要求，確定方案可行。

　　實際在環形加熱爐的調試和生產中，因環形加熱爐回轉爐底設備安裝有計數器，爐底轉動自動定位實現準確裝出料的過程就是通過對爐底布料區域進行脈沖計數，一個料位對應的脈沖數=總的脈沖數/(料位數-1)，用該值控制回轉爐底自動在裝出料位置準確停位，從而實現自動裝出料過程。所以更準確地說，環形加熱爐的布料角其實是一組脈沖數字，不必拘泥于角度的整除與否。當環形加熱爐采用雙排布料生產或需要提高加熱管坯量時，完全可以通過修改程序改變布料數，來滿足實際生產需要。

　　3爐底砌筑結構

　　對于管加工車間的環形加熱爐，爐底負荷大，爐底耐火材料溫度變化大。如果加熱制度、溫度制度或空燃比控制不好，管坯在高溫的氧化氣氛中會產生大量的氧化鐵皮，爐底工作環境會極其惡劣。

　　環形加熱爐爐底砌筑厚度一般為500～630mm，根據爐溫和坯料規格的不同而有所不同。目前關于爐底砌筑結構的設計，各設計單位和用戶技改情況也有所不同。本設計采用非對稱爐底砌筑結構如圖2所示，爐底表層特意選用耐高溫、熱穩定性好的抗渣性耐火材料;靠近爐底鋼板的絕熱層選用耐壓強度高、絕熱性好的優質纖維板。使用情況證明，在烘爐和生產過程中，爐底鋼板溫度不到100℃，用戶單位維護人員對爐坑操作環境很滿意。

　　值得一提的是，該環形加熱爐使用8個月后，內環局部的爐底表層澆注料出現了開裂拱起現象。用戶單位技術人員經過對其他生產廠的幾座環形加熱爐考察后發現，使用一段時間后，在內環或外環爐底表層澆注料開裂拱起的現象普遍存在。分析認為，這種現象與爐底的膨脹結構設計不合理有關，期待有新的爐底設計結構，解決爐底耐火材料開裂拱起問題，提高爐底耐火材料的使用壽命。

　　4爐底與爐膛中心差值的選取

　　環形加熱爐升溫時，上層框架與耐火材料一起徑向膨脹。通常認為耐火材料砌筑時已預留了膨脹縫，此時爐底的膨脹量大小可以用上層框架受熱后的膨脹量來計算，膨脹值是環形加熱爐爐底與爐膛中心差值的設計依據。設計時，還要考慮爐底安裝誤差、爐底的橢圓度和理論值與實際值之間存在誤差等情況，對膨脹量的選取要略有富余。平均直徑24m環形加熱爐爐底鋼板溫度200℃和100℃時爐底與爐膛中心差值的選取計算見表1。

　　理想情況是環形加熱爐在高溫生產時，爐底中心與爐膛中心重合，這時內、外環縫大小趨于相同。現場烘爐時，施工服務人員需不斷地觀察和記錄爐底中心位置的變化，當達到最高爐溫時，測出爐底的實際膨脹量，并調整下層框架卡塊位置，將上層框架的最大膨脹位置鎖定，以保證內、外環縫在實際生產時被確定下來。

　　5烘爐

　　環形加熱爐烘爐時需要轉動爐底，使爐底耐火材料和爐盤框架被均勻加熱。合理的烘爐設計方案對環形加熱爐砌筑結構的烘烤效果和使用壽命至關重要。

　　如果烘爐時用天然氣作燃料，烘爐管比較細而且短，常規的烘爐方法是將幾段烘爐管架在內、外環爐墻的凸臺上，烘爐時就不會影響爐底轉動。需要指出的是，有些設計將烘爐管布置在側墻燒嘴開孔上，筆者認為這種做法不可取。因為高溫時燒嘴的高溫火焰會直接沖刷爐頂，而此時的爐底溫度卻偏低，爐墻、爐頂、爐底耐火材料溫度很不均勻。

　　如果烘爐燃料是低熱值燃料，那么需要布置的烘爐管管徑大且管路長，采取高架烘爐管的方法就不再適用。這時有些生產廠推薦使用烘爐器烘爐。實踐表明，烘爐器集中在2～3個入口向爐內供入高溫煙氣，容易出現局部耐火材料高溫開裂現象，烘爐效果并不十分理想。

　　本設計中環形加熱爐的烘爐燃料是5862kJ/m3的高焦混合煤氣。對多個方案進行對比之后確定，按以下方案烘爐：將烘爐管沿爐膛一周架在爐底上，開始烘爐時爐底不轉動;待爐溫升到400℃保溫一段時間后點燃燒嘴，待燒嘴燃燒穩定后，關閉烘爐管線，開始轉動爐底。現場的烘爐過程非常順利，既沒有出現耐火材料剝落、爆裂現象，也沒有出現爐底卡阻情況。實踐證明，該方法經濟簡便，烘爐效果很好，用戶非常滿意。

　　6結語

　　(1)環形加熱爐的布料角其實是一組脈沖數字，可以通過修改程序改變布料數來滿足實際生產需要。

　　(2)環形加熱爐使用一段時間后，普遍存在爐底表層澆注料開裂拱起的現象，這與爐底膨脹結構設計不合理有關。

　　(3)采用的新的烘爐方案經濟簡便。經實踐證明，烘爐效果良好。