棒線材坯料加熱的節能減排技術發展探討

許穎波，舒云勝，武天壽，王東宇，楊章令

（紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自 661100）

某鋼廠現擁有1座雙蓄熱步進式加熱爐，1座雙蓄熱推鋼式加熱爐，步進式加熱爐最大加熱能力為160t/h（冷坯），加熱爐有效長度20880mm，有效寬度12644mm，加熱爐主要采用3段爐溫自動控制系統，采用蓄熱式側燒嘴，爐墻的內層采用納米絕熱保溫板貼附，第二層覆蓋20mm左右的隔熱甩絲毯，第三層采用耐火磚砌筑，外層（接觸火焰）采用耐高溫料噴涂，外部換熱原件工作區移到距離爐墻1.5米的外圍進行布置，爐頂除正常的耐熱澆筑層外錨固靶向加熱元件反射熱能，整個爐膛內安裝靶向加熱元件約11582個提高加熱能力。目前還沒有采用汽化冷卻，但水梁的使用壽命正常，爐墻各點溫度不超過110℃。在長期加熱過程中，加熱爐暴露了一些弊端和需要改進的地方，保溫材料不能屏蔽熱輻射，造成大量熱損失，燃料加熱需要的空間巨大，效率還不夠，探索新的加熱工藝極具必要性。

1 棒線材生產線加熱爐節能技術優化

1.1 選用適合生產的加熱爐結構

加熱爐設計應結合公司的基本條件和需求，如投資計劃，等級和規格加熱，燃料類型，加熱爐生產和可用性，加熱溫度和能源消耗。只有清楚這些才能確定軋機的結構和水平。

如果企業大多是低熱值燃氣并且有更常見的鋼被加熱，那么在選擇軋鋼爐時，必須選擇帶有空氣和燃氣的雙蓄熱爐。如果生產穩定，選擇傳統的熱交換爐，如果公司有不同類型的天然氣，結合公司的經濟效益來確定加熱爐結構。大型鋼鐵企業應根據加熱爐的基本功能選擇加熱爐結構，結合鋼坯的加熱質量和生產的穩定性，綜合考慮節能效果。

爐膛水平與鋼坯的加熱質量和節能效果直接相關。依靠手動操作，不可能離開儀表控制裝置來達到提高質量和節約能源的效果。因此，仍然需要將爐級和基于信息的智能技術與開發愿景相結合。

1.2 加熱爐新技術發展

1.2.1 高效、環保、低成本燃燒

作為加熱爐的核心部件，燃燒器受到越來越多的關注。隨著新環保法的頒布和實施，低NOx燃燒器已成為未來的發展趨勢，考慮到燃料燃燒效率和爐內溫度的均勻性。對于大型爐，低NOx可調火焰燃燒器，低NOx平焰燃燒器和高調節比平焰燃燒器應該是優選的。

爐膛智能燃燒技術是近年來發展起來的一種燃燒控制技術，它基于模擬燃燒控制改為數字燃燒控制，火焰長度和溫度分布不受熱負荷變化的影響。當氣體熱值相對穩定且爐內溫度場均勻時，氣體流量調節的過渡期是合適的，但當氣體熱值頻繁變化且不能穩定時不合適。優點是：燃燒器結構簡單，易于控制，溫度場均勻，燃料利用率高。

氧燃料技術的研究和推廣，氧燃料技術已應用于多家鋼廠，該技術的優點是：①燃料利用率高。由于煙氣量少，可以減少爐氣的相對流量，延長燃料在爐內的停留時間，提高燃料利用率；②產量會增加。在提高理論燃燒溫度的同時，它還提高了爐內的實際溫度，從而增加了功率；③減少了NOx排放。爐氣中的N2濃度降低后，廢氣中NOx的排放量大大減少，這是國內外燃燒行業人們的熱點，也減少了NOx的來源。這也是一種方式。

1.2.2 熱平衡轉化

熱交換器已廣泛用于軋鋼爐中，作為爐廢氣余熱回收的特殊節能裝置。空氣和燃氣預熱溫度高，投資和維護成本低，一直是公司關注的焦點。目前，主要有片狀管式熱交換器，管式插入式熱交換器和噴射式熱交換器。然而，一般的問題是由于空氣預熱溫度低（400℃～500℃），鋼軋制爐中煙氣余熱的回收率低。目前，中國的幾所大學和研究機構正在研究高效，低成本的熱交換器，這將使熱交換器的結構和材料發生重大變化，并在三到五年內預計將實現工業化。

隨著新型爐襯材料的發展，襯里材料逐漸發展為輕質，模塊化，高阻燃，襯里蓄熱損失低，因此上升速度和冷卻速度快，國內外大型加熱爐成為首選。真空保溫板是近年來發展起來的一種新型高效保溫材料，其導熱系數為0.003 W/（mK），是傳統耐火材料的1/10，厚度為1它只有/7。實現了1/10節能和節省空間的目標。在鋼鐵廠中，澆注料用作火表面的襯里材料，并且加熱爐外壁的溫度降低20℃，因為纖維模塊和真空隔熱板用作隔熱層。

在加熱爐的高溫部分的頂部和側壁上涂上高輻射涂層（黑體涂層）或高反射涂層（白體涂層），在加熱爐的高溫部分涂上高黑度因子散熱器以釋放氣體山。它被轉換為黑體輻射。上述技術的實施可以將加熱爐的單位消耗降低3%至5%。

2 棒線材加熱技術展望

2.1 感應加熱

隨著棒線材坯料斷面的不斷增大，對于目前常用的165*165方坯，工頻感應爐加熱深度為10mm～20mm，加熱溫度在900℃～1030℃，這需要充分利用鋼坯的自身余熱，配合更加快速地軋制速度來實現。

感應加熱設備、感應加熱生產線自動化控制程度及高可靠性要求在持續提高，必須加強感應加熱工藝成套裝置的開發。同時感應加熱系統正向智能化、小型化、節能化控制方向發展，具有智能控制和自動診斷，高控制性能的感應加熱系統正成為未來的發展目標。

2.2 智能電爐加熱

金屬材料強反射率對使得微波加熱不能很好應用，同時加熱溫度過低不能很好應用，而遠紅外加熱技術法向發射率大于92%，熱響應時間小于2分鐘，使用溫度在780℃～900℃之間，加熱層深度有限，不能很好的應用，而智能電加熱爐可以滿足不同斷面的坯料，加熱溫度能從0℃～1100℃任意調節，一般使用電阻和電子束加熱，在金屬內部直接生熱，升溫速度快，可根據不同鋼種的加熱溫度要求，實現整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱），在電加熱過程中，產生的煙塵、殘余物和以及其他排放物少，可保持被加熱物體的潔凈，不污染外部環境，實現減排目的。

2.3 清潔燃料燃燒加熱

使用清潔能源進行燃燒加熱，在氫氣、酒精等能源價格低廉時，使用清潔燃料進行替代。氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142，351kJ/kg，氫與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，燃燒生成的水還可繼續制氫，反復循環使用，目前主要是在分解和儲存中存在的難題未能突破，在低成本分解和儲存技術突破的同時，加熱能源以及加熱技術也將隨之發生變化，同時新的加熱循環利用技術也將帶來研究熱潮。

3 結語

我國軋鋼工序能耗和國外相比，還存在較大差異。在棒線材生產過程中，加熱技術與生產工藝統籌推進，從加熱溫度需求、加熱爐節能技術應用、新型加熱技術設計等方面提高能源利用率，實現節能生產。