董 涵

（天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300201)

軋鋼加熱過程的節(jié)能

董 涵

（天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300201)

從軋鋼加熱爐爐體及設(shè)備的節(jié)能、余熱余能高效回收利用、合理科學(xué)組織生產(chǎn)、優(yōu)化加熱工藝及操作方式、蓄熱式燃燒技術(shù)及步進(jìn)式加熱爐的應(yīng)用五個(gè)方面介紹了軋鋼加熱過程的節(jié)能方法和具體措施，探討了軋鋼加熱過程節(jié)能技術(shù)的主要發(fā)展方向。指出強(qiáng)化爐內(nèi)輻射換熱、做好爐內(nèi)縱橫水管絕熱、強(qiáng)化余熱回收、適當(dāng)延長加熱爐爐體、合理進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度、優(yōu)化鋼坯出爐目標(biāo)溫度的加熱工藝曲線、合理選用蓄熱式燃燒技術(shù)和步進(jìn)式加熱裝置有利于實(shí)現(xiàn)加熱過程的節(jié)能降耗。

軋鋼 加熱爐 節(jié)能技術(shù) 優(yōu)化 步進(jìn)式蓄熱

1 引言

在鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭激烈的時(shí)代，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本至關(guān)重要。眾所周知，能源消耗在鋼鐵生產(chǎn)成本當(dāng)中占有較大的比例，因此有必要認(rèn)真研究和分析降低能源消耗的潛力和方法。在國家調(diào)整鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排和淘汰落后產(chǎn)能的產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下，鋼鐵工業(yè)向低能耗、短流程和提高產(chǎn)品附加值的方向發(fā)展。由于在整個(gè)鋼鐵工業(yè)綜合能耗中軋鋼系統(tǒng)所占比重較低和產(chǎn)品利潤較高，因此軋鋼生產(chǎn)能力增長迅速。伴隨軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量、品種的升級(jí)，深加工層次的不斷增長，軋鋼系統(tǒng)總的能耗也在呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。軋鋼加熱爐是軋鋼系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，約占整個(gè)軋鋼系統(tǒng)能耗的60%～70%。因此，研究、推廣和應(yīng)用軋鋼加熱過程和加熱爐節(jié)能技術(shù)，對(duì)軋鋼系統(tǒng)的節(jié)能工作有著重要意義。

2 爐體及設(shè)備的節(jié)能途徑

2.1 合理選擇爐體保溫層并強(qiáng)化爐內(nèi)輻射換熱

2.1.1 保溫材料的選用及爐體局部養(yǎng)護(hù)

加熱爐爐體散熱損失可占整個(gè)熱支出的2%～6%，加熱爐爐體保溫層的優(yōu)化除了節(jié)能外，對(duì)于提高加熱爐的使用壽命，保證機(jī)械、電控設(shè)備的長期安全運(yùn)行及提供良好的作業(yè)環(huán)境非常重要。爐體的保溫對(duì)鋼結(jié)構(gòu)，特別是錨固磚的承重結(jié)構(gòu)十分重要。如果發(fā)生爐體變形，很容易將爐體內(nèi)錨固磚拉斷造成爐頂下沉，破壞爐體，甚至影響生產(chǎn)。新建的加熱爐在選用保溫材料時(shí)，保溫層厚度一般應(yīng)不低于150 mm，確保爐體外爐皮溫度低于80℃，雖然基建投資相對(duì)多一些，但綜合效益好。

在加熱爐使用過程中，爐內(nèi)側(cè)墻、爐頂受高溫、火焰氣流沖刷及氣體腐蝕作用的影響，容易使局部耐火材料脫落，導(dǎo)致爐體外表面溫度升高，增加了爐體表面熱損失，浪費(fèi)能源。應(yīng)及時(shí)采用快干澆注料或高溫補(bǔ)爐料，對(duì)受損部位進(jìn)行修補(bǔ)、對(duì)裂縫處進(jìn)行噴補(bǔ)灌漿或附粘耐火材料予以修復(fù)，以延長爐體壽命，降低能源消耗。

2.1.2 強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱

在爐膛內(nèi)設(shè)置用耐火材料制作而成的砌體，相當(dāng)于在原有的爐膛空間內(nèi)增加了爐墻和爐頂?shù)谋砻娣e，增加了輻射換熱面積。在爐內(nèi)適當(dāng)設(shè)置隔墻可以起到穩(wěn)定爐壓、組織煙氣流動(dòng)、控制爐溫、減少煙氣熱量外溢、降低排煙溫度和減少爐口吸入冷風(fēng)等作用。經(jīng)軋一集團(tuán)東益公司及聯(lián)升公司實(shí)踐運(yùn)行證明，此方法可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并有改善鋼坯加熱質(zhì)量的效果。

在加熱爐內(nèi)爐墻上涂一層厚度3～5 mm的高溫高輻射涂料，增加爐墻表面凹凸不平度，強(qiáng)化爐內(nèi)的輻射傳熱，提高爐內(nèi)輻射系數(shù)，有助于熱量的充分利用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采取該措施可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能3%～5%，同時(shí)可以保護(hù)加熱爐內(nèi)襯表面，延長爐體壽命，是節(jié)能效果比較顯著的節(jié)能方法之一。

2.2 合理選用耐熱滑塊及做好爐管絕熱

2.2.1 使用孔洞式全熱滑塊

一般推鋼式連續(xù)加熱爐多用厚壁無縫鋼管作縱水管，頂部焊有圓（方)鋼（高度在40 mm左右)或者半熱滑塊（高度在70 mm左右)作推鋼滑道。這類結(jié)構(gòu)對(duì)坯料的冷卻作用強(qiáng)，坯料“黑印”突出，對(duì)坯料進(jìn)一步軋制帶來一定困難。為了提高加熱爐中鋼坯的加熱質(zhì)量，改善坯料軋制過程，采用孔洞式全熱滑塊作為滑道，并錯(cuò)位交替排列，可有效減輕水管對(duì)坯料的冷卻作用，進(jìn)而減輕或消除水管黑印問題。天津冶金軋一集團(tuán)東益分公司、津安分公司及天津任通鋼鐵公司熱軋帶鋼生產(chǎn)線應(yīng)用實(shí)踐表明，與使用耐熱圓（方)鋼或半熱滑塊相比，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能10%以上。

2.2.2 爐管絕熱

加熱爐冷卻水帶走的熱量可以達(dá)到整個(gè)熱支出的5%左右，因此做好加熱爐爐管、水梁的包扎非常重要。一般多采用包扎瓦與縱橫水管焊接相連，起到爐內(nèi)縱橫水管絕熱作用。而采用較為先進(jìn)的自流平澆注料整體包扎技術(shù)更有利于爐內(nèi)縱橫水管絕熱。該技術(shù)采用自流平澆注料對(duì)爐內(nèi)縱橫水管進(jìn)行整體包扎，并在上部形成“八”字形斜坡，以便坯料脫落的氧化鐵皮下滑。但是，該部位耐火材料因坯料在行進(jìn)過程當(dāng)中振動(dòng)而最容易脫落，因此在施工當(dāng)中要焊好錨固釘并保證一定的密度，包扎耐火纖維粘后必須使錨固釘露出30 mm左右，并在錨固釘上刷一層瀝青，確保熱漲空間。澆注料澆注過程當(dāng)中要嚴(yán)格執(zhí)行耐火材料施工工藝要求。

2.3 加強(qiáng)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)

生產(chǎn)過程中，要通過熱平衡測(cè)試試驗(yàn)和跟蹤加熱爐能源消耗指標(biāo)變化等手段，及時(shí)了解加熱爐內(nèi)燃料燃燒、爐體散熱和能源利用情況，采用合理的操作和檢修等手段及時(shí)解決影響加熱爐能源消耗升高的問題，最大幅度發(fā)揮加熱爐的技術(shù)性能，達(dá)到降低加熱爐單耗的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)加熱爐節(jié)能。

2.4 加強(qiáng)余熱余能的回收利用

煙氣帶走的熱量占燃料總供熱量的30%～60%，充分利用空氣換熱器降低排放的高溫?zé)煔獾臏囟?，提高助燃空氣溫度，?duì)提高爐子的熱效率，降低加熱爐能源消耗能起到重要的作用。根據(jù)軋鋼生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)可知，每提高助燃空氣溫度100℃，可實(shí)現(xiàn)加熱爐節(jié)能5%。受到換熱器設(shè)備成本的影響，常規(guī)加熱爐的助燃空氣溫度一般控制在450℃左右，綜合效益最佳，應(yīng)當(dāng)采取綜合措施，盡量保證助燃空氣溫度處于上述最佳值附近。在日常操作中，要防止燃料不完全燃燒而隨煙氣進(jìn)入煙道在換熱器處燃燒，進(jìn)而惡化換熱器的工作環(huán)境，降低換熱器的使用壽命。要利用檢修期間檢查換熱器，出現(xiàn)損壞及時(shí)修補(bǔ)或更換，確保煙氣余熱的回收利用。結(jié)合實(shí)際情況，在滿足加熱爐自身余熱回收外，可考慮增設(shè)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供生產(chǎn)、生活使用，提高能源綜合使用效率。

2.5 延長爐體

在加熱爐設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮通過延長爐體提高加熱效率。但由于推鋼式加熱爐是受最大推鋼比限制的，所以延長爐體要綜合考慮。爐底強(qiáng)度在500～600 kg/m2·h時(shí)，供熱點(diǎn)集中在爐子前部，延長不供熱的預(yù)熱段，充分發(fā)揮預(yù)熱段的預(yù)熱溫度，可有效地降低出爐煙氣溫度，提高爐子的熱效率，降低燃料消耗;爐底強(qiáng)度為800～900 kg/m2·h時(shí)，爐子延長1 m，鋼坯溫度上升25～30℃，出爐煙氣溫度降低約30℃，能源消耗降低1.2%～2%。但是，隨著爐體延長，爐氣溫度下降，爐氣對(duì)鋼坯的輻射傳熱量急劇下降，對(duì)流傳熱量降低，爐底管和砌體表面積增大，爐子熱損失增加，又使?fàn)t子熱效率降低[1]。而且爐子加長后，設(shè)備、材料投資費(fèi)用增加。同時(shí)，推鋼式加熱爐的延長受推鋼比限制，一般情況下延長爐體可以節(jié)能，但并不是爐體越長越好，要縱觀設(shè)備及材料投資、燃料節(jié)約、經(jīng)濟(jì)效益回收等因素，以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 優(yōu)化生產(chǎn)組織及操作方式

3.1 合理組織生產(chǎn)

加熱爐是一個(gè)熱滯后、熱慣性很大的設(shè)備，不論對(duì)設(shè)備壽命的延長、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制還是對(duì)降低消耗而言都不應(yīng)頻繁大幅度調(diào)整爐溫。因此，批量生產(chǎn)無疑是降低成本的重要途徑。應(yīng)當(dāng)做好生產(chǎn)調(diào)度工作，將銷售合同進(jìn)行整合，變成一個(gè)大的生產(chǎn)計(jì)劃來組織才有利于降低消耗。

3.2 細(xì)化合理的坯料出爐溫度

坯料的出爐目標(biāo)溫度是根據(jù)軋線設(shè)備和工藝來確定的，目的是保證軋線軋制的安全、穩(wěn)定，保證坯料在各個(gè)工序的溫度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。有資料顯示，坯料的目標(biāo)溫度降低30℃，對(duì)于熱效率40%的加熱爐而言，可以節(jié)能1.72 kg標(biāo)煤每噸鋼。出爐目標(biāo)溫度應(yīng)該盡可能細(xì)化，坯料的尺寸、材質(zhì)、軋制的規(guī)格對(duì)坯料的目標(biāo)溫度的確定都有很大影響，因此通過調(diào)整和優(yōu)化鋼坯出爐目標(biāo)溫度，還會(huì)有很大的能源節(jié)約的空間。

實(shí)踐中，可通過減少軋制過程中的溫降來達(dá)到降低鋼坯出爐的目標(biāo)溫度以節(jié)約能源的目的，具體方法有：（1)防止由于除鱗、軋輥冷卻過分造成的溫降;（2)通過輥道加玻璃纖維保溫罩等方法減少軋制過程溫降;（3)提高軋制速度，加大軋機(jī)功率等。

3.3 操作方式及工藝的改進(jìn)

3.3.1 合理制定加熱升溫曲線

軋鋼生產(chǎn)過程中，每一塊坯料應(yīng)該有一個(gè)相對(duì)確定的軋制節(jié)奏。要根據(jù)軋制節(jié)奏來確定如何控制爐溫。坯料入爐后就能夠確定該坯料在爐內(nèi)加熱的時(shí)間以及在各個(gè)加熱段的停留時(shí)間。對(duì)于軋制薄、難規(guī)格產(chǎn)品，軋制時(shí)間長，坯料在爐時(shí)間也就相對(duì)較長，節(jié)能工作應(yīng)注重適當(dāng)降低加熱溫度、燃料分配以加熱段和均熱段為主。對(duì)于厚、易軋品種，軋制時(shí)間短，加熱爐的能力相對(duì)不足，必須把預(yù)熱段的量給足。所以各種狀態(tài)下的升溫曲線是不同的，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行合理選定。需要特別注意的是，爐膛溫度不宜過高，特別是高溫爐段的爐膛溫度不宜過高。

對(duì)于加熱爐的燃料分配，應(yīng)盡量放大預(yù)熱段的用量，增加預(yù)熱段的爐膛溫度。除高碳鋼和特殊合金鋼外，都可以提高預(yù)熱段爐膛溫度。在預(yù)熱段，坯料溫度低，傳熱強(qiáng)度大，提高爐膛溫度有利于加熱。重要的是此時(shí)坯料溫度低，不易氧化，提高預(yù)熱段爐膛溫度對(duì)于鋼坯表面質(zhì)量的影響較小。坯料在預(yù)熱段加熱到一定溫度后，到加熱段就不需要過高的溫度，而且要盡量減少坯料在高溫區(qū)的停留時(shí)間。

3.3.2 加強(qiáng)對(duì)爐內(nèi)含氧量、爐壓和尾部煙氣監(jiān)控

保持爐內(nèi)微正壓操作，合理控制爐內(nèi)氧氣氛和煙氣殘氧量。在確保燃燒完全的情況下，盡可能降低空燃比，控制過?？諝庀禂?shù)為1.05左右，煙氣殘氧量應(yīng)低于3%，爐壓應(yīng)控制在0～20 Pa，可以降低煙氣帶出的熱損失，減少爐頭爐尾吸冷風(fēng)和防止冒火問題。

3.3.3 加強(qiáng)加熱爐管理和操作節(jié)能

在防止跑、冒、滴、漏的基礎(chǔ)上，推廣加熱爐優(yōu)化操作，如“三勤”（勤觀察、勤聯(lián)系、勤調(diào)整)操作法，蓄熱式加熱爐的“供熱量與排煙量、蓄熱式溫度與爐溫、空燃比與排煙溫度”三協(xié)調(diào)操作法等。建立加熱爐節(jié)能降耗與獎(jiǎng)勵(lì)掛鉤的機(jī)制。

4 蓄熱式燃燒技術(shù)及步進(jìn)式加熱爐的推廣與應(yīng)用

4.1 使用蓄熱式燃燒技術(shù)

采用蓄熱式高溫燃燒技術(shù)，將空氣、煤氣雙蓄熱預(yù)熱到較高的溫度（一般預(yù)熱到1 000℃左右)，使煤氣在爐內(nèi)形成彌漫式的燃燒[2]，火焰燃燒的邊界幾乎可以擴(kuò)展到爐膛的邊界，從而使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻，一方面提高了加熱質(zhì)量，另一方面延長了爐膛壽命。通過采用蓄熱體換熱技術(shù)，將排煙溫度降低到120℃以下，可以最大限度地利用煙氣預(yù)熱，降低燃耗。實(shí)踐證明，采用蓄熱式燃燒技術(shù)比常規(guī)的燃燒技術(shù)，使加熱爐熱效率提高了30%左右，也是目前新建加熱爐節(jié)能措施的主要方向。

4.2 步進(jìn)式加熱爐代替推鋼爐

推鋼式加熱爐長度短、產(chǎn)量低、燒損大、操作不當(dāng)時(shí)會(huì)粘鋼，造成生產(chǎn)事故，難以實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。而步進(jìn)式加熱爐是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)，在爐內(nèi)做矩形運(yùn)動(dòng)來移送坯料，坯料之間可以留出空隙，坯料和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，通過托出裝置出爐，采用優(yōu)化水梁結(jié)構(gòu)，減少對(duì)坯料下部的遮蔽，減輕了水梁對(duì)鋼坯“黑印”影響。步進(jìn)式加熱爐具有鋼坯加熱斷面溫差小、加熱均勻、爐長不受限制、產(chǎn)量高、生產(chǎn)操作靈活等特點(diǎn)，其生產(chǎn)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能以及生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求[3]。

目前，推鋼爐所占比例逐年減少，步進(jìn)爐和蓄熱式燃燒技術(shù)的應(yīng)用在不斷增加，是加熱爐節(jié)能的發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

軋鋼加熱過程的節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及的工作較多。合理組織生產(chǎn)、細(xì)化生產(chǎn)工藝特別是加熱工藝、選用上下加熱步進(jìn)梁式蓄熱加熱爐、采用先進(jìn)的加熱燃燒技術(shù)、做好余熱回收利用是做好軋鋼加熱過程節(jié)能的重點(diǎn)，必須在生產(chǎn)實(shí)踐中予以充分重視，認(rèn)真實(shí)施，，進(jìn)而最大限度地節(jié)約能源，為降低生產(chǎn)運(yùn)行成本發(fā)揮出最大作用。

[1]蔡喬方.加熱爐[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1983：178.

[2]周開峰.蓄熱式加熱爐控制模型研究[D].上海：上海交通大學(xué)工學(xué)，2009.

[3]張文學(xué).蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐的開發(fā)和應(yīng)用 [J].工業(yè)爐，2003，25（4)：30-32.

Energy Saving in Heating Process of Steel Rolling

Dong Han
(Tianjin Metallurgical No.1 Steel Group,Tianjin 300201,China)

The author introduces energy saving methods and specific measures in the heating process of rolling mill from perspectives of furnace and its equipment energy saving,high efficient recovery and utilization of waste heat and energy,rational and scientific production organization,heating process and operation manner optimization,regenerative combustion technique and stepping furnace application,and discusses main development orientation of energy saving technique in rolling as well.It is also pointed out that the energy saving and emission reduction can be realized easily byenhancing radiative heattransferin furnace,improving good heat insulation of longitudinal and traverse pipes,strengthening waste heat recovery, properly scheduling production,optimizing the heating curve ofbilletdischarge aimed temperature and reasonably selecting regenerative combustion technique and stepping heating facilities.

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董涵（1961—)，男，天津人，工程師，主要從事加熱爐研究與實(shí)踐、設(shè)計(jì)及基建工作，節(jié)能技術(shù)的研究工作，熱軋帶鋼基建、熱軋工藝研究、技術(shù)管理和生產(chǎn)管理等工作，天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理，天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司靜海分公司總經(jīng)理。

（收稿 2012-02-25 編輯 潘娜)