電鍍鋅工序降低能源消耗的研究

周林濤 江鶴群 陳瑩瑩

(武鋼有限公司冷軋廠 湖北 武漢：430080)

隨著國家政策的調控和市場經濟的發展，節能減排對鋼鐵企業發展帶來嚴峻考驗，無論是政策對鋼鐵企業的要求，還是鋼鐵企業自身發展的需要，降低能源消耗已是鋼鐵企業必走之路。工序能耗是一項衡量鋼鐵企業綜合能耗的技術經濟指標，也是一個鋼鐵企業生產水平、管理水平的重要反映[1]。鋼鐵企業應該通過建立符合自身特點的節能管理體系，應用技術手段，挖掘和利用節能實踐與經驗，降低工序能耗。本文探討了某鋼廠電鍍鋅工序降低能源消耗的一些舉措。

1 電鍍鋅機組工藝流程

電鍍鋅板因其優異的成形性、耐蝕性、焊接性及涂裝性能而廣泛應用于汽車、家電等行業，其中家電外板以耐指紋板為主，而預磷化產品則多用于汽車行業。某鋼廠電鍍鋅生產線于2010年投產，生產線關鍵工藝設備系國外引進，輔助設備系自主集成，采用奧地利andritz公司的重力法電鍍鋅，生產能力為30萬噸/年。該機組全線工藝段共配有16個電鍍槽，具備高效節能的兩級閃蒸裝置和完善的電鍍循環系統，主體設備有焊機、拉矯機、電鍍系統、循環系統、輥涂機、烘干爐和靜電涂油機[2]。電鍍鋅工藝段由預處理段、電鍍段和后處理段組成。預處理段為電鍍段提供具有優良板形和表面清潔的帶鋼。電鍍前設拉矯機，可改善帶鋼平直度，避免帶鋼在運行過程中因浪形與陽極接觸發生短路，損壞陽極。清洗段采用堿噴洗+堿刷洗+電解清洗，能夠清除帶鋼表面的殘余油脂。電鍍段每個電鍍槽由導電輥、沉沒輥、陽極箱及陽極板組成。后處理段根據用戶要求對電鍍鋅板進行表面處理，包括磷化、鈍化、耐指紋處理或涂油處理。活化磷化采用噴涂工藝，鈍化或耐指紋采用輥涂技術，涂油采用靜電涂油機[2]。

2 降低工序能耗對策

在電鍍鋅工序能耗成本中，電耗、蒸汽、煤氣占據主要地位，三者所占比例達到94%。電鍍鋅工序能耗成本中，電耗成本占64%，蒸汽成本占16%，煤耗成本占的11%[3]。與國內其他電鍍鋅線相比，該電鍍鋅工序存在能源管理制度體系不完善、煤氣烘干爐溫度偏高、質量缺陷降速和設備狀態降速頻繁發生的情況。這些現象的存在，降低了生產效率，也造成能源消耗的增高及生產成本的增加，不利于電鍍鋅產品市場競爭力的提高。為了降低能源消耗，電鍍鋅工序采取了以下措施：

2.1 管理節能

2.1.1 完善能源管理制度體系

能源管理貫穿產品生產的全過程，能源利用效率與生產組織安排、用能設備狀態、用能管理水平等多因素相關。以能源計量、統計分析為基礎，能耗減降指標為方向，以管理手段、過程方法、節能技術為支撐，不斷完善能源管理制度體系建設，實現持續改進[4]。

(1)由于降低能源消耗需要參考真實可靠的計量數據，所以，電鍍鋅工序要想實現能源消耗減降目標，一定要注重對能源計量工作的管理。電鍍鋅作業區將能源計量平臺的使用推廣到班組、到崗位，建立過程監控和統計能源實際使用數據的崗位責任制度。

(2)技術人員對能源計量平臺的數據進行整合、分析，并據此對生產環節進行指導，及時察覺其中的問題和紕漏，加強節能降耗的過程控制。

(3)對各班組職工開展節能降耗教育和培訓，不斷提高操作人員的節能意識和操作水平，確保每個員工對能源消耗都有明確的概念和指標認知，保證機組安全、經濟運行。

2.1.2 修定電鍍鋅機組停機停能制度

規范電鍍鋅工序能耗源辨識管理工作，以最大程度降低機組停機期間能源消耗為目標，組織開展了修定電鍍鋅機組停機停能標準工作，工藝首席及技能大師全程參與了標準修定及審核，執行標準生產方與設備方達成一致，在確保工藝和安全前提條件下，所有能源介質做到應停盡停。

(1)針對電鍍鋅機組檢修停機期間的異常電耗，依據檢修計劃的停機時長，制定對應的電力停供方案，將不必要的液壓泵站、傳動設備全部關停。

(2)排風系統延時停運。電鍍過程中會產生氫氣，為防止發生爆炸，原設計對應的排風系統一直處于持續開啟狀態。經過實地監控，在確保安全的情況下，制定出檢修期間排風系統延時停運措施。

(3)修改電機控制程序。電機原始的設計控制程序在即使處于電機不工作不耗電的狀態下，電機配套的風機也一直運轉，會產生不必要用電。將控制程序進行修改，電機停止運轉后配套的風機也停止運轉。

(4)檢修停機和待料停機后，關閉煤氣烘干爐及相關煤氣閥門，封堵盲板；檢修停機和待料停機后，直接關機組蒸汽總管網，杜絕所有蒸汽浪費；冷凝水泵停機位到位后關停，需要開啟使用再啟動。

2.2 工藝技術節能

2.2.1 確保陽極箱位置精確

電鍍鋅電鍍耗電量大，電耗成本占64%[3]。加強對陽極箱的管理和維護，對于電鍍鋅生產中的節能降耗具有十分重要的意義[5]。根據電鍍原理，增大陰陽極之間的距離，可以促使電流在陰極上均勻分布，提高鍍液的分散能力，達到鍍層厚度均勻的目的。但是，增大陰陽極之間的距離，在采用相同的電流密度操作時，電鍍所需要的外電壓也需增大，這樣就要多消耗電能[6]。因此，陰陽極之間的距離，要視電鍍產品的具體情況而定。提高陽極箱位置的精確性，可以減少寬位電鍍造成過多的電耗損失。為了降低電能的消耗，對標標桿機組陽極箱位置調整方法，根據電鍍鋅產品規格、速度以及鍍槽長度等情況，精確調整陽極箱位置。

2.2.2 烘干、冷卻分季節控制

電鍍鋅生產過程中有效的板溫控制是實現電鍍鋅產品性能的關鍵。原始的工藝設計烘干溫度及風機開啟臺數均為恒定值，沒有考慮環境溫度的影響。經過試驗驗證，將烘干溫度、風機開啟臺數與環境溫度實行連鎖控制：根據產品板溫優化了煤氣烘干爐溫度，制定烘干爐溫分季節和規格控制標準；環境溫度在30℃以上開4臺風機，在10℃-30℃只需要開3臺風機，在10℃以下兩臺風機就能保證下線卷溫。與實施前相比，烘干、風機日耗電量降低2000kW/h。

2.3 提高生產效率節能

(1)推動幾種影響大規模降速的質量問題改進：2019年7月-11月，熱軋來料絲斑嚴重，機組降速生產，小時產量遠低于目標值。通過開展絲斑缺陷全流程聯合攻關，絲斑發生率從2019年的1.8%降到2020年的0.4%；通過對困擾電鍍鋅多年的白斑缺陷進行攻關，鎖定了缺陷產生工序，找出了過程控制點；持續推進電鍍鋅工序輥系管理和通道線管理，減少機組壓印、輥印發生概率，避免壓印、輥印缺陷的異常降速。

(2)優化計劃排程，最大程度的減少切換：原料按照廠內原料預排計劃，協調計劃處按照批次供料，電鍍鋅工序聯動上下工序生產。能排入一個計劃的卷子隨時收回來插進計劃跟隊生產，做大一個批次的生產量，減少工藝切換。

(3)整理匯總機組近年來典型生產、設備故障停機事故，形成案例，組織作業區職工學習，提升班組崗位人員操作技能和處置異常狀況能力，減少責任性和重復性停機事故。設備作業區加強設備點檢和設備功能精度維護，及時發現并解決異常設備問題。生產作業區嚴格執行原料驗收把關制度，精心操作減少停機事故發生。提高電鍍鋅機組日作業率，保持能耗的有效利用，減少因故障停機導致能源介質的空耗。

通過對影響降速的質量問題改進、優化計劃排程和減少設備故障，機組速度大幅提升，速度達標率從2019年的92%提升到現在的102%。電鍍鋅工序小時噸鋼產量提升7噸，生產效率提升23%。

2.4 加強用能設備改造、維護

(1)實施項目節能改造，如照明系統將大功率照明燈更換為LED節能燈，并加裝分時開關，根據現場光線情況進行開關控制；淘汰高能耗電機，替換為低能耗電機；導電輥清洗水回用；調整噴嘴角度提高吹掃效率等。

(2)加強鍍槽、煤氣烘干爐、大功率電機、大風量風機的設備狀態監測，及時處置設備異常。

(3)對各類設備及能源管網進行巡視，能源介質中的雜質會逐漸堵塞管道的閥門、過濾網，影響介質流量，因此機組必須定期對能源介質管道閥門、過濾網進行清理，更換破損老化閥門和管道，重新做管道的保溫包裝，及時發現并消除“跑冒滴漏”等浪費能源的現象。

3 整體工序能耗節能效果

經過一系列節能措施改進，2020年電鍍鋅工序能源從2019年的月均67.15kgce/t下降到49.63kgce/t，降幅約26%，工序能耗降低效果明顯，詳見表1。

表1 2019～2020 年噸鋼能耗對比表

4 結語

在鋼鐵產品產能過剩的大市場環境下，節能降耗已經成為影響鋼鐵企業生存和發展的重要措施，節能增效是大勢所趨。武鋼有限電鍍鋅工序通過管理節能、工藝技術節能、提高生產效率節能等措施降低工序能耗。2020年工序能源從2019年月均67.15kgce/t下降到49.63kgce/t，降幅約26%，大幅提升了電鍍鋅產品市場競爭力。