黃 敏

（馬鞍山鋼鐵集團(tuán) 第四軋鋼總廠，安徽 馬鞍山 243000）

目前，伴隨鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升、工業(yè)產(chǎn)品品種的升級(jí)，不僅并未實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，反而加劇軋鋼工序中的能源消耗速度。加熱爐為軋鋼廠生產(chǎn)工序中最為重要的一項(xiàng)耗能設(shè)備，加熱爐能耗在軋鋼廠總能耗中約占比70%。軋鋼廠加熱爐熱能的居高不下除浪費(fèi)國(guó)家資源外，也對(duì)環(huán)境造成一定污染，并增加企業(yè)生產(chǎn)成本，對(duì)企業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展造成影響。因此，無(wú)論為加熱爐節(jié)能的改進(jìn)或軋鋼廠加熱爐能耗降低均為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)必然發(fā)展趨勢(shì)[1]。

1 加熱爐發(fā)展趨勢(shì)概述

加熱爐為軋鋼廠生產(chǎn)工序中最為重要的一項(xiàng)設(shè)備，同時(shí)也為生產(chǎn)工序中耗能最高的一項(xiàng)設(shè)備。因此，對(duì)加熱爐予以改進(jìn)的主要目的即為，除需完成金屬軋前的加熱工作外，還應(yīng)盡可能提升加熱爐生產(chǎn)指標(biāo)，降低能耗。雖傳統(tǒng)加熱爐的排煙方式、供熱方式已在生產(chǎn)實(shí)踐方面獲得一定成就，但尚存在部分能耗問題并未得以解決。因此，加熱爐改進(jìn)方式眾多，而引進(jìn)人工智能化則為一項(xiàng)較為理想的途徑。伴隨近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能理論的發(fā)展，各項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備及儀表性能也隨之不斷提高，模糊控制及專家系統(tǒng)等技術(shù)目前已于加熱爐燃燒控制領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[2]。

2 軋鋼廠加熱爐現(xiàn)存問題

2.1 漏氣漏火現(xiàn)象嚴(yán)重

通常情況下，加熱爐投入使用半年后，加熱爐蓄熱室將會(huì)產(chǎn)生不同程度漏氣漏火現(xiàn)象，加熱段局部及加熱段所產(chǎn)生的漏氣漏火現(xiàn)象，除可對(duì)加熱爐護(hù)爐板造成損害外，若現(xiàn)象嚴(yán)重將會(huì)致使加熱爐報(bào)廢。通常情況下，蓄熱室結(jié)構(gòu)為致使加熱爐漏氣漏火現(xiàn)象產(chǎn)生的一項(xiàng)主要原因，蓄熱室內(nèi)結(jié)構(gòu)中，將纖維板作為保溫層，而爐外鋼板并未同護(hù)爐板焊接，蓄熱室、預(yù)制燒嘴磚結(jié)構(gòu)二者間并未形成統(tǒng)一整體，高溫條件下，二者接縫位置易產(chǎn)生變形現(xiàn)象。此外，若焊接縫位置澆筑層厚度不足，經(jīng)一段時(shí)間使用后，接縫位置也會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的煤氣泄漏現(xiàn)象[3-6]。

2.2 燒嘴磚破壞及擋板磚堵塞

實(shí)際使用過程中，擋板磚將會(huì)受加熱爐粉末、煤氣含塵及煙氣雜質(zhì)等因素影響，易產(chǎn)生擋板磚氣孔被堵塞現(xiàn)象。若氣孔堵塞嚴(yán)重，擋板磚將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，并會(huì)對(duì)加熱爐產(chǎn)量、爐溫等造成嚴(yán)重影響。除此之外，因燒嘴磚將會(huì)因煤氣雜質(zhì)侵蝕、高溫?zé)煔鉀_刷等因素，導(dǎo)致燒嘴磚自身強(qiáng)度降低，而燒嘴磚在加熱爐中運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后將會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的損害現(xiàn)象。因燒嘴磚的損壞，工人勞動(dòng)強(qiáng)度將加大，耗能升高，并對(duì)燃燒質(zhì)量造成影響。

2.3 其他方面問題

加熱爐為體型較為龐大的一類煅燒加熱設(shè)備，若設(shè)備內(nèi)零件一旦遭受損害，將會(huì)降低加熱爐功能，除產(chǎn)生堵塞損壞及漏氣漏火等現(xiàn)象外，將會(huì)引發(fā)眾多耗能問題。首先為換熱器損壞。一旦換熱器導(dǎo)管封死，將會(huì)降低均熱段煅燒風(fēng)量，而換熱器所產(chǎn)生的老化腐蝕現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致煤氣的自燃、泄露。其次，爐底結(jié)渣。當(dāng)產(chǎn)生加熱爐爐壓未得以良好控制或加熱爐負(fù)荷提高時(shí)，加熱爐的吸冷風(fēng)現(xiàn)象均會(huì)得以加劇，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的爐底結(jié)渣現(xiàn)象。再次，爐內(nèi)閥門損壞、煤氣熱值波動(dòng)及水管結(jié)構(gòu)均會(huì)導(dǎo)致加熱爐熱量流失。而加熱爐在長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行下，將會(huì)減短自身使用壽命。

3 軋鋼廠加熱爐節(jié)能設(shè)計(jì)策略

3.1 優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

借助燃燒系統(tǒng)的改造，促使燃料得以充分燃燒。如可先改進(jìn)供油系統(tǒng)及供風(fēng)系統(tǒng)，通常改造方式為增加與之相匹配的變額控制系統(tǒng)，經(jīng)此改造后，氧化鐵皮過厚、粘鋼及回錠現(xiàn)象產(chǎn)生概率較小，因此也可起到良好節(jié)能效果。經(jīng)計(jì)算，此項(xiàng)改造完成后，加熱爐氧化燒損至少可減少0.5%個(gè)百分點(diǎn)。若以一個(gè)軋鋼廠每年年產(chǎn)量為150萬(wàn)噸鋼材展開計(jì)算，則經(jīng)改造后，每年在成本支出方面則至少可節(jié)約一千萬(wàn)元，雖此項(xiàng)改造工作較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但經(jīng)一個(gè)季度運(yùn)轉(zhuǎn)后，便可收回改造所花費(fèi)費(fèi)用。隨后，應(yīng)改造燃燒系統(tǒng)中的霧化噴頭。設(shè)備運(yùn)行過程中，燃燒器將會(huì)產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，據(jù)分析原因主要為因長(zhǎng)時(shí)間的冷熱交替所導(dǎo)致的，因此，應(yīng)對(duì)此部分予以改造，除可將運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的熱損耗予以降低外，也可借助改造活動(dòng)，提升燃料燃燒效率，提高經(jīng)濟(jì)收益。

3.2 改進(jìn)水管支撐結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)加熱爐內(nèi)水管包裝形式為以單層包扎磚包裝，此包裝結(jié)構(gòu)下水管絕熱性及高溫抵抗能力均較為薄弱，而由爐內(nèi)水管所造成的熱損失約占總熱量的10%，存在較為嚴(yán)重的能源消耗現(xiàn)象。為改善此現(xiàn)象，可以改進(jìn)包扎方式，如可選用具備良好絕熱性的新型復(fù)合包裝，降低因冷卻水所造成的熱量流失。經(jīng)此改造后，可有效降低熱量流失，并可借助改進(jìn)爐體保溫材質(zhì)將爐皮表面溫度降至較低，借此也可將因空氣流動(dòng)所造成的熱量消耗予以降低。伴隨加熱爐操作水平及設(shè)備水平提升，加熱爐排煙溫度得以降低，但實(shí)際上排煙熱損失并未完全得以處理，所以，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收為提升加熱爐效率的一項(xiàng)重要途徑。

3.3 減少排煙熱損失

經(jīng)加熱爐排出煙氣所造成的熱量流失通常包括燃料不完全燃燒的化學(xué)熱量部分及煙氣顯熱的化學(xué)熱量部分，同時(shí)在爐膛熱平衡支出中占據(jù)較大比例，比例數(shù)值通常為20%～50%間。而相應(yīng)排煙熱損失率約為32%。為將此項(xiàng)熱量損失降至較低，則需設(shè)計(jì)一項(xiàng)降低煙氣溫度、減少煙氣量的方式，如對(duì)燃燒過程中的空氣消耗系數(shù)予以正確控制，而當(dāng)空氣消耗指數(shù)超出1時(shí)，伴隨n值加大，煙氣量也隨之增加，由煙氣所造成的物理?yè)p失，也會(huì)隨之增加，此狀態(tài)下，燃燒產(chǎn)物溫度將會(huì)降低，加熱爐熱耗升高；當(dāng)空氣消耗指數(shù)低于1時(shí)，伴隨n值減小，加熱爐內(nèi)燃燒不完全燃燒現(xiàn)象增加，此狀態(tài)下，化學(xué)熱損失將會(huì)增加。所以，為保證對(duì)加熱爐可實(shí)行正確的燃燒控制，應(yīng)在確保燃料完全燃燒情況下，將空氣消耗指數(shù)降至較低?，F(xiàn)階段蓄熱式工業(yè)爐為新型廢氣余熱回收技術(shù)，主要為借助技術(shù)手段對(duì)爐內(nèi)廢氣予以回收，同時(shí)將余熱轉(zhuǎn)化為助燃加熱的空氣，借此除可提升煤氣資源利用效率外，還可將廢氣資源對(duì)環(huán)境所造成的污染降至較低，將企業(yè)成本予以降低，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 降低爐膛內(nèi)熱損失

爐底水冷卻管的損失、擋板磚損壞的熱量損失及爐體散熱損失等均為爐膛內(nèi)熱損失的主要來(lái)源。爐底的水冷卻管承擔(dān)爐內(nèi)鋼坯的總體重量，但爐底的水冷卻管將會(huì)吸收爐內(nèi)大量熱量，并在鋼坯上留置大量水管黑印。而加強(qiáng)爐底水冷卻管絕熱能力為現(xiàn)階段降低熱損失的一項(xiàng)重要手段，同時(shí)借助絕熱包扎將會(huì)有效降低熱損失。除此之外，選用絕熱性良好、熱性能良好的材料為降低爐內(nèi)蓄熱損失的重要方式。與此同時(shí)，伴隨新手段、新技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員將會(huì)研發(fā)出新型材料，對(duì)現(xiàn)階段水管支撐結(jié)構(gòu)予以替代，因此，無(wú)論為能源節(jié)約或能耗降低等方面，同現(xiàn)在相比均會(huì)有一定程度提高。

3.5 引入多功能爐襯的加熱爐

多功能爐襯為黑體強(qiáng)化輻射技術(shù)于軋鋼廠加熱爐內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用，主要功能即在于加強(qiáng)加熱爐氣密性，并提升工件加熱效率。多功能爐襯即指在爐頂、爐壁等位置安裝大量黑體元件，對(duì)燒嘴磚、熱源裝置予以保護(hù)性處理，同時(shí)還應(yīng)強(qiáng)化加熱爐整體爐墻處理力度。結(jié)合應(yīng)用溫度差異、爐型差異設(shè)置相應(yīng)的黑體元件，除可增加爐膛傳熱面積外，還可提升爐膛黑度，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)熱射線的有效調(diào)控，提升傳熱效率，并增加輻射傳熱比例。實(shí)際上，黑體元件自身并非加熱爐熱源，爐內(nèi)燃料、黑體元件間可產(chǎn)生相輔相成作用。同時(shí)，經(jīng)研究指出，引入多功能爐襯后，爐襯使用壽命、爐溫均勻性均得以顯著改善。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)軋鋼廠中普遍存在能耗過大等問題，此也為導(dǎo)致我國(guó)軋鋼廠生產(chǎn)成本較高的一項(xiàng)重要原因。因此，將軋鋼工藝節(jié)能技術(shù)應(yīng)用至加熱爐工藝改進(jìn)中具備重要意義。軋鋼廠可借助多功能爐襯的加熱爐引入、降低爐膛內(nèi)熱損失等措施，改進(jìn)加熱爐工藝。借此除可降低鋼鐵在生產(chǎn)過程中的能耗外，還可實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約，推動(dòng)企業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，并在一定程度上改善生態(tài)環(huán)境。