軋鋼工藝節(jié)能技術(shù)研究

黃 敏

（馬鞍山鋼鐵集團 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，不僅并未實現(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國家資源外，也對環(huán)境造成一定污染，并增加企業(yè)生產(chǎn)成本，對企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展造成影響。因此，無論為加熱爐節(jié)能的改進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[1]。

1 加熱爐發(fā)展趨勢概述

加熱爐為軋鋼廠生產(chǎn)工序中最為重要的一項設(shè)備，同時也為生產(chǎn)工序中耗能最高的一項設(shè)備。因此，對加熱爐予以改進的主要目的即為，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，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，加熱爐改進方式眾多，而引進人工智能化則為一項較為理想的途徑。伴隨近幾年計算機技術(shù)及人工智能理論的發(fā)展，各項檢測設(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)象嚴重

通常情況下，加熱爐投入使用半年后，加熱爐蓄熱室將會產(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，除可對加熱爐護爐板造成損害外，若現(xiàn)象嚴重將會致使加熱爐報廢。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爐板焊接，蓄熱室、預制燒嘴磚結(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)一段時間使用后，接縫位置也會產(chǎn)生裂紋，甚至導致嚴重的煤氣泄漏現(xiàn)象[3-6]。

2.2 燒嘴磚破壞及擋板磚堵塞

實際使用過程中，擋板磚將會受加熱爐粉末、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。若氣孔堵塞嚴重，擋板磚將會產(chǎn)生彎曲變形，并會對加熱爐產(chǎn)量、爐溫等造成嚴重影響。除此之外，因燒嘴磚將會因煤氣雜質(zhì)侵蝕、高溫煙氣沖刷等因素，導致燒嘴磚自身強度降低，而燒嘴磚在加熱爐中運轉(zhuǎn)幾年后將會產(chǎn)生更為嚴重的損害現(xiàn)象。因燒嘴磚的損壞，工人勞動強度將加大，耗能升高，并對燃燒質(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，將會引發(fā)眾多耗能問題。首先為換熱器損壞。一旦換熱器導管封死，將會降低均熱段煅燒風量，而換熱器所產(chǎn)生的老化腐蝕現(xiàn)象，也會導致煤氣的自燃、泄露。其次，爐底結(jié)渣。當產(chǎn)生加熱爐爐壓未得以良好控制或加熱爐負荷提高時，加熱爐的吸冷風現(xiàn)象均會得以加劇，產(chǎn)生較為嚴重的爐底結(jié)渣現(xiàn)象。再次，爐內(nèi)閥門損壞、煤氣熱值波動及水管結(jié)構(gòu)均會導致加熱爐熱量流失。而加熱爐在長期超負荷運行下，將會減短自身使用壽命。

3 軋鋼廠加熱爐節(jié)能設(shè)計策略

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。如可先改進供油系統(tǒng)及供風系統(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)計算，此項改造完成后，加熱爐氧化燒損至少可減少0.5%個百分點。若以一個軋鋼廠每年年產(chǎn)量為150萬噸鋼材展開計算，則經(jīng)改造后，每年在成本支出方面則至少可節(jié)約一千萬元，雖此項改造工作較費時費力，但經(jīng)一個季度運轉(zhuǎn)后，便可收回改造所花費費用。隨后，應(yīng)改造燃燒系統(tǒng)中的霧化噴頭。設(shè)備運行過程中，燃燒器將會產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，據(jù)分析原因主要為因長時間的冷熱交替所導致的，因此，應(yīng)對此部分予以改造，除可將運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱損耗予以降低外，也可借助改造活動，提升燃料燃燒效率，提高經(jīng)濟收益。

3.2 改進水管支撐結(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%，存在較為嚴重的能源消耗現(xiàn)象。為改善此現(xiàn)象，可以改進包扎方式，如可選用具備良好絕熱性的新型復合包裝，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，但實際上排煙熱損失并未完全得以處理，所以，實現(xiàn)煙氣余熱回收為提升加熱爐效率的一項重要途徑。

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熱量部分及煙氣顯熱的化學熱量部分，同時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%。為將此項熱量損失降至較低，則需設(shè)計一項降低煙氣溫度、減少煙氣量的方式，如對燃燒過程中的空氣消耗系數(shù)予以正確控制，而當空氣消耗指數(shù)超出1時，伴隨n值加大，煙氣量也隨之增加，由煙氣所造成的物理損失，也會隨之增加，此狀態(tài)下，燃燒產(chǎn)物溫度將會降低，加熱爐熱耗升高；當空氣消耗指數(shù)低于1時，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，化學熱損失將會增加。所以，為保證對加熱爐可實行正確的燃燒控制，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。現(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)手段對爐內(nèi)廢氣予以回收，同時將余熱轉(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)熱損失的主要來源。爐底的水冷卻管承擔爐內(nèi)鋼坯的總體重量，但爐底的水冷卻管將會吸收爐內(nèi)大量熱量，并在鋼坯上留置大量水管黑印。而加強爐底水冷卻管絕熱能力為現(xiàn)階段降低熱損失的一項重要手段，同時借助絕熱包扎將會有效降低熱損失。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，伴隨新手段、新技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員將會研發(fā)出新型材料，對現(xiàn)階段水管支撐結(jié)構(gòu)予以替代，因此，無論為能源節(jié)約或能耗降低等方面，同現(xiàn)在相比均會有一定程度提高。

3.5 引入多功能爐襯的加熱爐

多功能爐襯為黑體強化輻射技術(shù)于軋鋼廠加熱爐內(nèi)的實際應(yīng)用，主要功能即在于加強加熱爐氣密性，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，對燒嘴磚、熱源裝置予以保護性處理，同時還應(yīng)強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，以此實現(xiàn)對熱射線的有效調(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，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

綜上所述，目前我國軋鋼廠中普遍存在能耗過大等問題，此也為導致我國軋鋼廠生產(chǎn)成本較高的一項重要原因。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，還可實現(xiàn)資源節(jié)約，推動企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展，并在一定程度上改善生態(tài)環(huán)境。