朱梅 馬欣

摘 要

東北特鋼扁鋼生產線的步進底式加熱爐，是用來軋制合金鋼扁坯的加熱設備，鋼坯種類多，對溫度的控制，節能等指標要求較高。本文通過對工況和技術參數分析，論述了在設計過程中采用的相關節能措施及其使用效果。

關鍵詞

扁鋼;步進底式加熱爐;節能措施

中圖分類號： TG307 ? ? ? ?? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.037

Abstract

The stepping bottom heating furnace of Northeast Special flat steel production line is a heating equipment for rolling flat alloy steel.The steels are of various types and have high requirements for temperature control， energy saving and other indicators.Based on the analysis of working conditions and technical parameters，the paper discusses the relevant energy-saving measures adopted in the design process and their application effects.

Key Words

Flat steel;The stepping bottom heating furnace;Energy-saving measure

0 前言

扁鋼步進底式加熱爐是東北特鋼集團扁鋼生產線中的重要配套設備。扁鋼生產線是一條由煉鋼、連鑄、加熱和軋鋼組成的短流程生產線。生產線年成品扁鋼產量規模10萬噸，年用坯料13萬噸。主要產品規格：寬100～850mm、厚5～300mm、長4000～8000mm。

1 爐況概述

扁鋼步進底式加熱爐是一座用于合金鋼扁坯（含連鑄坯、軋制坯和鍛坯）軋前加熱的、空氣單預熱的蓄熱式步進底加熱爐。爐型結構分為預熱段、加熱段和均熱段，均熱段與加熱段之間設有無水冷隔墻。加熱爐燃料采用熱值為1400×4.18 kJ/N·m3的冷發生爐煤氣。裝料方式是端進料，裝鋼機裝料，單排布料。入爐鋼坯有冷料和熱料，熱裝比例：50%。冷料坯為環境溫度;熱料坯表面溫度≥600℃;步進爐的活動底梁及固定底梁均采用強制循環水冷卻。爐子設置兩種排煙方式：{1}強制排煙：60%～65%的煙氣量在引風機的抽力作用下，通過燃燒裝置的蓄熱室排出。{2}自然排煙：35%～40%的煙氣量在煙筒的抽力作用下，通過設置在爐子進料端的排煙口排出。

2 節能措施

2.1 加熱制度的合理設計

鋼坯的裝爐溫度、加熱速度、均熱（保溫）時間、出爐溫度取決于鋼坯種類、形狀規格和工藝要求。該加熱爐加熱的鋼坯絕大多數屬于合金鋼和高合金鋼，還有少量高溫合金。

料坯中連鑄坯（占41.6%）、軋制坯和鍛坯（占58.4%）。鋼種主要有：

碳素結構鋼、碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼、高速鋼、以及高溫合金鋼。根據需加熱鋼種的組分及金屬學性能把加熱工藝分為四大類：

（1）對裝爐溫度和升溫速度沒有嚴格限制，例如：優質碳素結構鋼，低合金結構鋼。

（2）對裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴格限制，絕大多數中合金鋼和高合金鋼屬于此類。

（3）對裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴格限制，還要求高溫下應有很長的保溫時間，例如：軸承鋼就屬于此類。

（4）對裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴格限制，還要求在鋼坯斷面溫差符合要求的同時，高溫下停留時間盡量短，以便降低脫碳層深度，例如：彈簧鋼。

以牌號為Cr12MoV的高合金工具為例，其金相組織為馬氏體，合金成分含量較高，低溫（600℃以下）導熱率很低，料坯較厚，加熱時需要的透熱深度較大，要求出爐前鋼坯斷面溫差較?。?0℃）。依據這些特點，采取如下加熱制度和爐溫制度：

——鋼坯裝爐溫度：環境溫度;

——裝爐爐溫：控制在600～700℃;

——加熱速度：低溫（600℃以下）時嚴格控制升溫速度;

——鋼坯出爐斷面溫差：20℃（工藝要求）

——均熱時間：1.5～2 h

——鋼坯出爐溫度：1150～1200℃

為了滿足上述加熱制度，制定的相應的爐溫度制度如圖1所示。

2.2 加熱爐的數字化蓄熱式燃燒系統

（1）數字化燃燒方式

數字化燃燒方式與傳統燃燒方式根本區別是調節供熱量的手段不同。

傳統燃燒方式供熱量的調節是通過改變燃料和空氣閥門的開啟度，進而改變燃料和空氣的流量來實現的。火焰是連續的，火焰特性（如：尺寸、動量、溫度等）隨供熱量大小而改變。

數字化燃燒方式，供熱量的調節是通過改變燃燒時間來實現的。火焰不是連續的，是斷續的，火焰特性（如：尺寸、動量、溫度分布、空燃比等）不隨供熱量大小而改變。

數字化燃燒方式的主要特點是火焰始終保持穩定的、滿足工藝要求的最佳特性，有利于鋼坯長度方向的溫度均性。且供熱能力的調節比相當大，一般可達1：10以上，適用于需要大幅度調整供熱量場合。

（2）蓄熱式燃燒方式

現代蓄熱式燃燒方式是，將小型蓄熱室與燃燒器有機結合起來，形成蓄熱式自身預熱式燒嘴。依靠蓄熱體的蓄熱與放熱，將排煙溫度降低到150～180℃，可以將空氣預熱到1000℃以上。與傳統的燃燒方式相比，具有更高的理論燃燒溫度，可以使用像高爐煤氣這樣的低熱值燃料，并且可以加快鋼坯的加熱速度，縮短加熱時間。且具有更高的煙氣余熱回收率和燃料節約率，更低的溫室氣體排放率。

但是，常規蓄熱式燃燒方式仍然是采用連續調節方式調整供熱量的大小。

（3）數字化蓄熱式燃燒方式

數字化蓄熱式燃燒方式是，將蓄熱式燃燒方式與數字化控制方式有機結合在一起形成的，集兩者的優勢于一身，所以兼備兩者的特點。

理論上，數字化蓄熱式燃燒系統的燃料節約率等同于常規蓄熱式燃燒系統。但是，由于數字化蓄熱式燃燒方式的調節比相當大，遠遠超過常規蓄熱式燃燒方式，使得控制系統對熱負荷的調節更加及時、準確、可靠，再加上最大限度地減少換向造成的煤氣損失，所以，實際上的燃料節約率應該大于常規蓄熱式燃燒系統。

2.3 鋼坯氧化脫碳的控制

鋼坯氧化降低鋼材產量，其金屬損耗的經濟損失幾乎相當于加熱鋼坯消耗的燃料費用。鋼坯表面的氧化鐵皮，軋制時一旦壓入鋼坯，將嚴重影響鋼材質量。氧化鐵皮在爐內脫落，不但侵蝕爐體，影響爐子壽命，而且在清除時增加了繁重的體力勞動，以及嚴重影響爐子作業率。

加熱爐采取以下技術措施，盡量減少氧化燒損率和脫碳層深度，使金屬燒損率<1.2%。

（1）數字化蓄熱式燃燒單元的組成，上加熱煤氣在下空氣在上，下加熱煤氣在上空氣在下，盡量促使與鋼坯表面接觸的氣體形成還原性或弱還原性氣氛。

（2）自動化系統設置可靠的煤氣、空氣壓力調節閉環回路，確保數字化蓄熱式燃燒系統始終以最佳空燃比燃燒和供熱。

（3）根據不同的產量、品種、規格，采用不同的供熱制度、溫度制度和加熱制度，盡量減少鋼坯在爐內高溫區的停留時間。

（4）建立可靠的爐壓控制系統，避免爐子（尤其是出料端）吸入冷風。

（5）停軋、待軋、保溫期間，嚴格遵守降低熱負荷的操作制度。

2.4 爐體絕熱技術

合理設計進料爐門和出料爐門，側墻除了少數檢修爐門和除渣門外不再設置操作爐門，檢修爐門和除渣門平時假砌，以及合理有效地控制爐壓，盡量減少溢氣和吸冷風造成的熱損失。

爐頂、爐墻和爐底采用整體澆注的或砌筑的復合結構，出料門內襯輕質澆注料，裝料門內襯陶瓷纖維，既考慮了使用狀態下的溫度與強度，又具有良好的絕熱性能，最大限度降低爐體外表面溫度和爐體散熱損失。正常情況下，爐頂外表面溫度不高于120℃，爐墻外表面溫度不高于100℃。

3 小結

東北特鋼的扁鋼生產線上的這臺加熱爐運行狀況良好，金屬燒損率<1.2%;單位熱耗低于3.8GJ/t;最大燃料消耗量≤4400N·m3/h。節能措施中采用的數字化蓄熱式燃燒方式，是其關鍵技術，在大幅度節約燃料的同時，大幅度降低溫室氣體排放量。此外，通過合理組織燃燒過程，達到了抑制NOx生成，控制NOx排放量大大滿足國家標準。

參考文獻

[1]羅國民.蓄熱式高溫空氣燃燒技術[M].北京：冶金工業出版社.