論軋鋼加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)

蘇劍

（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

軋鋼的節(jié)能是我國(guó)鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈和市場(chǎng)需求下節(jié)能降本的需求，也是響應(yīng)國(guó)家的環(huán)保戰(zhàn)略的重要措施。軋鋼加熱爐的能耗巨大，是鋼鐵生產(chǎn)中的重要消耗項(xiàng)。所以就要加強(qiáng)對(duì)軋鋼加熱爐消耗的研究，分析出其中存在的問題，并找出節(jié)能措施。

1 軋鋼加熱爐概述

1.1 設(shè)計(jì)軋鋼加熱爐的基本原則

軋鋼加熱爐的設(shè)計(jì)必須要結(jié)合企業(yè)的基本條件和需求，如投資計(jì)劃、加熱鋼種和規(guī)格、燃料的種類、爐子的產(chǎn)量和作業(yè)率、加熱的溫度、能耗等。只有明確了這些才可以確定軋鋼加熱爐的結(jié)構(gòu)和水平。

1.2 確定軋鋼加熱爐的結(jié)構(gòu)

如果企業(yè)大多是低熱值的煤氣，且需加熱的普通鋼種比較多，那么在選擇軋鋼加熱爐時(shí)應(yīng)選擇空氣、煤氣雙蓄熱的加熱爐；如果企業(yè)大多是高熱值的煤氣，且需要高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，則在選擇時(shí)應(yīng)選擇常規(guī)的換熱式的加熱爐；如果企業(yè)各種煤氣都有，那么在選擇時(shí)則要結(jié)合企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，來確定加熱爐的結(jié)構(gòu)。大型的鋼鐵企業(yè)，在選擇加熱爐的結(jié)構(gòu)時(shí)要以加熱爐的基本功能為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼坯的加熱質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并綜合考慮節(jié)能的效果。

1.3 確定軋鋼加熱爐的水平

加熱爐的水平高低直接關(guān)系到鋼坯的加熱質(zhì)量和能否達(dá)到節(jié)能效果。離開了檢測(cè)儀表和控制手段，只是依靠人工操作，是無法達(dá)到提高質(zhì)量并節(jié)能的效果的。所以還是要以發(fā)展的目光，將加熱爐的水平和智能化的、信息化的技術(shù)相結(jié)合。

1.4 軋鋼加熱爐的過程控制系統(tǒng)作用

（1）確保加熱的鋼坯達(dá)到相關(guān)的工藝指標(biāo)和參數(shù)要求。

（2）鋼坯的加熱時(shí)間和加熱溫度需要結(jié)合特定的工藝條件來確定，一般分為：①通過等溫的處理方法加熱鋼坯。要嚴(yán)格設(shè)置爐口溫度、保溫時(shí)間、加熱時(shí)間、爐口溫度的進(jìn)度，再通過預(yù)備熱處理來保溫，使組織晶粒分布地更均勻，進(jìn)而達(dá)到保障鋼材性能的效果；②控制鋼坯表面的碳化物。

1.5 在降低加熱耗能方面的作用

降低消耗的前提是要保證鋼坯的出爐溫度以滿足工藝的目標(biāo)。如果加熱爐無法完全滿足這個(gè)要求，則首要任務(wù)是保證產(chǎn)量，并且煤氣的使用量也不一定會(huì)比沒有優(yōu)化控制系統(tǒng)減少。但如果加熱爐能滿足最大的產(chǎn)能需求，則可以減少鋼坯的“過燒時(shí)間”，這樣就會(huì)有效地減少加熱鋼坯時(shí)用的煤氣。但是，不同的用戶，加熱爐的爐況也大多不同，鋼坯的燒損程度也大不相同。所以必須要正確地使用加熱爐的過程控制系統(tǒng)，以幫助用戶降低現(xiàn)有的加熱爐鋼坯的燒損降。根據(jù)結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的計(jì)算得出，加熱爐的過程控制系統(tǒng)可以幫助降低至少0.5%的燒損。對(duì)于100萬噸年產(chǎn)量的加熱爐，減少這0.1%的燒損量，將會(huì)降低很大的生產(chǎn)消耗。

2 軋鋼加熱爐在使用過程中存在的問題

2.1 盲目地依賴國(guó)外技術(shù)導(dǎo)致“水土不服”

我國(guó)的加熱爐的過程控制系統(tǒng)一般都是依據(jù)國(guó)外先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，但是發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)的生產(chǎn)環(huán)境存在明顯的不同，所以就存在“水土不服”的問題。“水土不服”一般表現(xiàn)為加熱爐不能正常運(yùn)行，或運(yùn)行后一段時(shí)間出現(xiàn)問題。

2.2 鋼鐵企業(yè)的“粗放型”管理模式

鋼鐵企業(yè)的管理模式存在“粗放型”。由于鋼材的市場(chǎng)需求量大，所以軋鋼的生產(chǎn)企業(yè)大多把精力放在產(chǎn)量的增加方面，而忽視了鋼坯的加熱質(zhì)量。甚至認(rèn)為不需要使用過程控制系統(tǒng)，人工操作就已經(jīng)足夠應(yīng)付了。

2.3 軋鋼加熱爐自身的缺陷

上述問題歸根結(jié)底是過程控制系統(tǒng)自身存在一些問題和缺陷。由于包括生產(chǎn)環(huán)境在內(nèi)的各種條件的限制，大多數(shù)情況下，并不能快速實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的加熱爐過程，導(dǎo)致使用效果大打折扣，開發(fā)商和客戶就會(huì)因?yàn)轭A(yù)期差異而產(chǎn)生矛盾，這就不利于軋鋼加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)的提高。

3 提高軋鋼加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)的途徑

3.1 降低軋鋼加熱爐熱損失

（1）減少加熱爐的爐底水管所帶走的熱量，如果支撐管和爐底的水冷滑管一起的水冷表面積是爐底面積40%~50%，就會(huì)使大量熱量被帶走。降低熱損失的有效措施之一就是將爐底的水管絕熱包扎，而水冷管最好的包扎方式是進(jìn)行絕熱復(fù)合包扎。

（2）減少加熱爐的爐體表面熱量的散失的最好辦法是改善加熱爐的爐襯的絕熱材料。

3.2 建立起“透明的加熱爐”

（1）實(shí)時(shí)更新爐內(nèi)鋼坯的狀態(tài)和位置，為操作人員提供清晰的景象和信息。

（2）實(shí)時(shí)更新爐內(nèi)的溫度和鋼坯的加熱狀態(tài)，以便操作人員了解并控制爐溫。

（3）參照加熱爐的最優(yōu)溫度來實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)爐溫偏差，并提醒操作人員調(diào)整爐溫。

（4）實(shí)時(shí)跟蹤加熱爐的爐道和鋼坯的運(yùn)行軌跡，這樣就可以合理計(jì)算鋼坯爐中的運(yùn)行速度，并將這個(gè)運(yùn)算結(jié)果當(dāng)作鋼坯溫度的邊界信息。

3.3 改進(jìn)爐子的設(shè)備

提高加熱爐的絕熱能力和輻射能力，絕大部分熱損失都產(chǎn)生于爐體的傳導(dǎo)過程。吊掛式的加熱爐的爐頂表面約有8%的無絕熱錨的固磚材料，并且是熱導(dǎo)率高的高鋁磚，這就很容易導(dǎo)致熱短路，散失大量熱量。所以可以在爐底內(nèi)、爐頂、爐墻粘貼上厚的高鋁纖維的毯子。

3.4 在設(shè)計(jì)加熱爐時(shí)采用新技術(shù)

（1）輻射傳熱的新技術(shù)。可以在加熱爐的高溫段側(cè)墻和爐頂涂刷高輻射率的涂料，即黑體涂料，或高反射率的涂料，即白體涂料，加熱爐的高溫段頂部安裝的高黑度系數(shù)的輻射體，可以把氣體輻射轉(zhuǎn)成黑體輻射。這樣大概可以降低加熱爐3%~5%的能耗。

（2）脈沖燃燒的新技術(shù)。軋鋼加熱爐的脈沖燃燒技術(shù)主要是數(shù)字量控制燃燒，使火焰的長(zhǎng)度和溫度的分布不受供熱負(fù)荷的影響，比較適合煤氣的熱值穩(wěn)定、爐內(nèi)溫度均勻情況。

（3）相變儲(chǔ)熱換熱的新技術(shù)。相變儲(chǔ)熱的材料的儲(chǔ)熱量是一般儲(chǔ)熱材料五倍以上，如果用于常規(guī)的蓄熱式的加熱爐，則可以延長(zhǎng)五倍以上的換向時(shí)間，進(jìn)而延長(zhǎng)換向閥得到壽命、減少煤氣損失。

（4）步進(jìn)爐、汽化冷卻的新技術(shù)。步進(jìn)爐具備減少加熱時(shí)間、操作靈活、氧化燒損少的優(yōu)點(diǎn)。汽化冷卻一方面可以減少軋鋼時(shí)的用水，另一方面可以回收利用生產(chǎn)蒸汽，以達(dá)到節(jié)能的效果。

（5）人工智能系統(tǒng)的新技術(shù)。該系統(tǒng)由知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取、推理機(jī)、解釋界面這四個(gè)部分組成。推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)作為核心，融合了基本的數(shù)學(xué)模型和專家以及操作工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。可以根據(jù)原料、加熱鋼種、軋制的規(guī)格、軋制的節(jié)奏變換、冷料、熱料等具體的情況，智能地推斷出加熱的制度，并生成和設(shè)定各段的爐溫、升溫的曲線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能指導(dǎo)自動(dòng)化操作。

3.5 建立科學(xué)完善的操作、維護(hù)、點(diǎn)檢、維修標(biāo)準(zhǔn)

進(jìn)行科學(xué)的操作離不開是完善的技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，一般來說，完善的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該包括加熱爐和它的附屬設(shè)備的信息、供熱負(fù)荷、烘爐和停爐、不同鋼種的不同加熱制度等。建立操作規(guī)程時(shí)，制定者要保證設(shè)備信息及制度的準(zhǔn)確性、有效性和即時(shí)性，并且要求操作者嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行，以便調(diào)整供熱負(fù)荷。軋鋼加熱爐進(jìn)行安全生產(chǎn)的最有效的保障就是建立起加熱爐的維護(hù)、點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，并且需要現(xiàn)場(chǎng)的維修人員、點(diǎn)檢人員嚴(yán)格遵守這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并要詳細(xì)地記錄下維護(hù)維修和點(diǎn)檢的流程和問題，以落實(shí)操作者的責(zé)任追溯并進(jìn)行量化考核。

4 結(jié)語

通過本文對(duì)中外鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能的比較分析，可以得出降低軋鋼系統(tǒng)的能耗應(yīng)該將重點(diǎn)放在加熱爐上。目前軋鋼加熱爐還是有節(jié)能潛力的，尤其是蓄熱式的加熱爐。可以通過加熱爐降低熱損失、改善設(shè)備、引進(jìn)新技術(shù)，如輻射傳熱、步進(jìn)爐、脈沖燃燒、汽化冷卻、人工智能等及完善標(biāo)準(zhǔn)等手段來提高軋鋼加熱爐的綜合節(jié)能技術(shù)。提高加熱爐的效率和產(chǎn)出質(zhì)量、降低消耗減少排出是所有鋼鐵企業(yè)的共同追求，但是也是系統(tǒng)化的工程，所以需要在設(shè)計(jì)方面、管理方面、操作層面達(dá)成一致、共同發(fā)力，并結(jié)合使用新技術(shù)，只有這樣，軋鋼加熱爐的節(jié)能效益才能達(dá)到最大化。