鄧靜波

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司 寬厚板廠，湖南 湘潭411101）

湘鋼3 800 mm寬厚板單機架生產(chǎn)線遠離連鑄機，加熱爐不能與鑄機直接對接，板坯從連鑄運輸輥道下線后，通過汽車倒運到產(chǎn)線板坯庫內(nèi)進行堆垛，再根據(jù)軋制計劃裝爐，熱裝率及熱裝溫度受到極大的影響。另一方面，湘鋼煤氣資源較為緊張，發(fā)電用氣和生產(chǎn)用氣頻繁沖突，煤氣用量不足造成板坯待溫頻繁，影響軋制產(chǎn)能的穩(wěn)定發(fā)揮。為響應(yīng)公司節(jié)能降耗工作，迫切需要開展降低煤氣消耗的攻關(guān)。

1 湘鋼加熱爐工藝及技術(shù)參數(shù)

湘鋼3 800 mm寬厚板單機架生產(chǎn)線的加熱爐于2007年設(shè)計建造，配置有兩座加熱爐，設(shè)計按照雙爐對單機的生產(chǎn)模式，隨著近幾年降成本工作的開展，目前已停用一座加熱爐，實行單爐對單機的生產(chǎn)模式。加熱爐采用高焦混合煤氣燃燒，按雙排或者單排裝出鋼生產(chǎn)，每座加熱爐配有煤氣和空氣預(yù)熱器各4個，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 加熱爐主要技術(shù)參數(shù)

2 節(jié)能降耗措施

2.1 提高軋機生產(chǎn)效率

所有節(jié)能降耗的措施中，生產(chǎn)效率提高是降低單位能耗最直接有效的辦法，并且隨著板坯裝爐的節(jié)奏的加快，可同時減少板坯堆垛冷卻的時間，提高板坯裝爐溫度。但單機架軋制有其固有的不利因素，單機架批次軋制中間坯需要從軋機出口空過到軋機入口區(qū)域控軋，過程需要耗時1 min左右，大大降低了軋制的生產(chǎn)效率，批次軋制過程如圖1所示。

圖1 單機架批次軋制過程示意圖

因此提高單機架軋制效率的重點是縮短每個道次之間的間隙時間。整個軋制過程為自動控制，將軋制過程按各個時序進行分解再分析其連貫性，對每個時序的設(shè)備動作時間、信號傳輸執(zhí)行與反饋時間、等待時間進行優(yōu)化，充分挖掘各個設(shè)備、各個時序之間銜接時間潛能，減少軋機空閑時間[1]，通過攻關(guān)將道次間隙時間縮短為原來的75%，軋制效率顯著提升。

2.2 加熱爐水梁改造

加熱爐水梁是爐內(nèi)的主要承重構(gòu)件，用厚壁無縫鋼管制成，水梁采用雙層小直徑結(jié)構(gòu)，由兩根圓形無縫鋼管組成，鋼管內(nèi)通凈環(huán)水進行冷卻，耐熱墊塊在水梁頂部交錯布置，以減少板坯黑印溫差。鋼管外部用硅酸鋁纖維毯和低水泥澆注料包裹，起到隔熱保護作用。澆注料在水梁頂面砌成一個平面，長期以來氧化鐵皮堆積在該平面上阻礙熱能向板坯下表面?zhèn)鬟f，造成板坯溫度差、溫度不均勻。通過打破原有設(shè)計，將水梁頂面的耐火材料去除，重新以耐熱墊塊為起點，用澆注料砌成兩邊向下的斜面，氧化鐵皮向兩邊滑落不堆積，如圖2所示，改善板坯下表面的傳熱條件，提高板坯溫度。

圖2 水梁頂面改造示意圖

2.3 爐襯采用節(jié)能涂料

加熱爐內(nèi)部熱能的傳遞主要以輻射的方式進行，占熱能傳遞的80%以上，煤氣燃燒將熱能以輻射的方式傳給板坯和爐墻，當(dāng)爐墻把爐氣輻射的熱能由反射回爐膛時，因光譜特性的差異，反射的熱能大部分重新被爐氣吸收通過排煙帶出爐外，不能被板坯吸收[2]。

爐內(nèi)輻射的有效熱能大多數(shù)集中在1～5 μm波段，該波段的熱能極易被板坯吸收。湘鋼加熱爐在爐膛內(nèi)壁及水梁表面均勻噴涂一層高溫紅外節(jié)能涂料，該涂料以其優(yōu)異的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，不但提高爐墻的黑度增加爐墻的吸收率和輻射的發(fā)射率，而且改變自身輻射的波譜，增強了1～5 μm波段的紅外發(fā)射率,提高板坯加熱溫度，同時還可以起到降低排煙溫度的作用。

2.4 富氧燃燒改造

富氧燃燒技術(shù)是以氧氣體積分數(shù)大于21%的氣體做助燃劑的條件下的燃燒，于上世紀八十年被提出[3]，國內(nèi)目前在寬厚板軋鋼加熱爐上的應(yīng)用案例較少，與普通壓縮空氣作為助燃劑相比，具有加快燃燒速度、提高火焰溫度、減少排煙量、減少NOx的排放等優(yōu)點。為減少系統(tǒng)停機時間，湘鋼自主設(shè)計開發(fā)富氧燃燒系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 富氧燃燒系統(tǒng)示意圖

在加熱段空氣主管道中加入氧氣，混合了氧氣的壓縮空氣一起被送到燒嘴處進行燃燒，并在管道上安裝氧化鋯探頭測量混合氣體中的氧氣含量，作為氧氣流量控制的依據(jù)。通過應(yīng)用分析調(diào)查，富氧燃燒技術(shù)對節(jié)能的關(guān)鍵，一是提高火焰溫度，二是用少量體積的氧氣置換大量壓縮空氣，可以減少煙氣排放帶走的熱損失。

2.5 裝鋼塊數(shù)優(yōu)化

湘鋼連鑄板坯寬度以2 080 mm和2 280 mm為主，加熱爐的有效長度37 900 mm，額定加熱能力150 t/h。考慮兩塊板坯之間的間隙、裝出爐端基于設(shè)備安全設(shè)計的富余空間，加熱爐兩端板坯在爐子里面裝滿的塊數(shù)為30～32塊。爐內(nèi)板坯間隙大、富余空間多、板坯塊數(shù)少可以使坯料受熱面增加，板坯獲得的輻射熱流增大,從而縮短加熱時間提高加熱溫度。但是板坯間距過大、富余空間過多又使得爐內(nèi)單位面積擺放的板坯塊數(shù)減少，反而會降低生產(chǎn)效率，不能滿足軋制節(jié)奏的需求，因此需要獲得二者之間的最佳平衡。

調(diào)查分析設(shè)備功能富余量，實地測量爐膛長寬、水梁長度、出爐激光位置，在不違背原始設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，對板坯間隙、裝出爐段的富余空間進行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)在不新增投入、不停機改造的條件下實現(xiàn)了裝鋼塊數(shù)的增加，加熱爐的加熱能力提高約12 t/h，減少板坯待溫時間的效果明顯，為降低煤氣單耗提供了基礎(chǔ)（見表2）。

表2 裝鋼塊數(shù)改進效果對比

2.6 空、煤氣預(yù)熱器換新

單機架生產(chǎn)線軋鋼加熱爐使用的煤氣為高焦混合煤氣，預(yù)熱器自服役以來受多種因素影響一直未進行更換，高焦混合煤氣中含有大量焦油、粉塵，造成空氣預(yù)熱器外壁易粘連焦油等雜質(zhì)，降低換熱效果；煤氣預(yù)熱器不但外壁易被焦油等粘結(jié)，內(nèi)壁更易粘結(jié)，使得換熱效果降低，影響加熱爐能耗[4]。

對原有的4個煤氣預(yù)熱器和4個空氣預(yù)熱器進行換新，空、煤氣預(yù)熱溫度大為提高，排煙溫度明顯降低，起到較好的節(jié)能效果。

2.7 運輸車輛改造

湘鋼3 800 mm寬厚板單機架生產(chǎn)線受場地限制，沒有配置在煉鋼生產(chǎn)線之后，板坯從連鑄下線后需用汽車倒運到板坯庫，不能實現(xiàn)板坯直裝，特別是下雨天，板坯在路途運輸過程中相當(dāng)于一次淬火，巨大的溫降造成大量的熱能損失。為降低運輸途中的溫降，公司對板坯運輸車輛自行設(shè)計制造保溫罩，如圖4所示，運輸溫降可以控制到40℃。

圖4 車輛保溫罩實物照片

2.8 爐門半開動作優(yōu)化

加熱爐內(nèi)爐膛氣壓的一般按照微正壓控制，即爐內(nèi)氣壓略大于大氣壓力，避免爐外冷空氣吸入爐內(nèi)，再者保持合理的空氣過剩系數(shù)使煤氣得到充分燃燒。但在裝、出鋼爐門打開時，爐膛內(nèi)氣壓下降，冷空氣被大量吸入爐內(nèi)，引起爐溫波動、能耗增加。

加熱爐的出鋼爐門分成左右兩部分，出鋼時同時升降，造成爐膛壓力驟然降低，外界冷氣被快速吸入爐內(nèi)。通過優(yōu)化設(shè)計爐門打開和取鋼機動作，實現(xiàn)爐門只開啟出鋼位置的半邊，另外半邊不開啟，大為降低爐膛氣壓的損失，減少了外界冷氣滲入。

3 應(yīng)用效果

通過實施以上措施，湘鋼3 800 mm寬厚板單機架生產(chǎn)線的軋鋼加熱爐的熱效率提高，軋鋼煤氣單耗從1.4 GJ/t降低到1.1 GJ/t，年創(chuàng)效達到1 200萬元，加熱爐基本實現(xiàn)了穩(wěn)定運行，在提高產(chǎn)能、節(jié)能降耗方面有了較大的進步。