2 250熱軋加熱爐降低單位燃耗途徑分析與實(shí)踐

王 云

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司熱軋廠，河北 邯鄲 056015)

在軋鋼工序，加熱爐作為鋼坯軋制前加熱耗能設(shè)備，其單位燃耗一般占到軋鋼工序能耗的70 %左右[1]，降低加熱爐單位燃耗對(duì)于降低軋鋼工序生產(chǎn)成本具有重要意義。而某鋼2 250 mm熱軋廠加熱爐單位燃耗一直居高不下，與國(guó)內(nèi)同類型生產(chǎn)線加熱爐相比，其單位燃耗偏高較多。因此，對(duì)影響2 250 mm熱軋廠加熱爐單位燃耗的原因進(jìn)行了較全面的分析，制定了相應(yīng)的措施并實(shí)踐，其單位燃耗有了較大程度下降，降低了熱軋工序單位生產(chǎn)成本，收到了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 加熱爐概況

2 250 mm熱連軋生產(chǎn)線于2008年建廠投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為480萬 t。配備了四座步進(jìn)梁式加熱爐，采用空氣單預(yù)熱技術(shù)，使用燃料為高、焦、轉(zhuǎn)爐混合煤氣，其溫度為常溫，水梁采用汽化冷卻技術(shù)，其燃燒控制方式為脈沖式數(shù)字化燃燒方式。單爐冷裝產(chǎn)量為375 t/h，有效爐長(zhǎng)54.85 m，爐子內(nèi)寬為12.1 m。沿爐長(zhǎng)方向由熱回收段、預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段和均熱段組成，其中熱回收段長(zhǎng)度為24 m。燃燒控制段均采用側(cè)向上下加熱，二加熱段和均熱段采用可調(diào)焰燒嘴。

2 影響加熱爐單位燃耗的原因分析

分析加熱爐燃料消耗的主要方法是熱平衡法。軋鋼加熱爐爐膛熱平衡簡(jiǎn)化方程式為

Qs+Qk=Qx+Qft+Qst

(1)

式中：Qs為燃料的燃燒熱，kJ/m3；Qk為空氣帶入的物理熱，kJ/m3；Qx為鋼坯獲得的有效熱，kJ/m3；Qft為爐膛廢氣帶走的物理熱kJ/m3；Qst為爐膛各種散熱損失熱，kJ/m3。

Qx=Qcg-Qzg-Qf

(2)

式中：Qcg為鋼坯出爐時(shí)帶走的物理熱，kJ/m3；Qzg為鋼坯入爐時(shí)帶入的物理熱，kJ/m3；Qf為鋼坯氧化放出的熱量，kJ/m3。

根據(jù)式(1)、式(2)可以得知，影響加熱爐單位燃耗的幾個(gè)主要方面為Qk、Qcg、Qzg、Qft、Qst。因此，從以上幾個(gè)方面著手分析影響2 250熱軋加熱爐單位燃耗的具體原因。

2.1 鋼坯入爐溫度偏低

鋼坯整體入爐溫度偏低的主要原因就是熱裝熱送比例偏低，提高熱裝熱送率，可以大幅提高鋼坯入爐溫度，可以充分利用鋼坯自身顯熱，這樣可以大幅度降低加熱爐單位燃耗[2]。熱裝與冷裝相比，鋼坯提高100 ℃，加熱爐節(jié)約5%～6%燃料。500 ℃熱裝可減少燃耗30%，800 ℃熱裝可降低燃耗50%[3]。

鋼坯的入爐溫度與鋼坯從煉鋼連鑄機(jī)切斷時(shí)刻開始到鋼坯進(jìn)入加熱爐時(shí)刻的間隔時(shí)間有直接的關(guān)系[4]。鋼坯傳擱時(shí)間越短，入爐溫度越高。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)大量鋼坯的傳擱時(shí)間與鋼坯入爐溫度的關(guān)系，得出表1中對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 鋼坯的傳擱時(shí)間與入爐溫度關(guān)系

統(tǒng)計(jì)熱軋廠2019年7月—2020年6月期間的不同傳擱時(shí)間段下的鋼坯入爐比例，傳擱時(shí)間≤6 h的比例僅為4.87 %，6 h

而同類型熱連軋加熱爐熱裝熱送率已高達(dá)80 %以上[5]，熱裝熱送率偏低必然會(huì)導(dǎo)致鋼坯整體入爐溫度偏低，從而造成加熱爐單位燃耗偏高。而造成熱裝熱送率偏低的原因，經(jīng)過分析主要有以下幾點(diǎn)。

2.1.1 外購(gòu)坯生產(chǎn)影響

近幾年，受環(huán)保限產(chǎn)等原因，軋鋼上游工序滿足不了2 250 mm熱軋鋼坯原料。因此從外公司采購(gòu)鋼坯原料，每月大約生產(chǎn)近3萬t外購(gòu)鋼坯，使熱裝熱送率大約降低了5%。因外購(gòu)鋼坯是通過火車長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)綇S，其內(nèi)外溫度均為常溫，屬于完全冷料，加熱爐加熱時(shí)單位燃耗非常大，且需要的在爐時(shí)間還要增加，大幅增加了單位燃耗，外購(gòu)坯單位單耗達(dá)到了160 m3/t。

2.1.2 生產(chǎn)組織方式的影響

改進(jìn)前，對(duì)熱裝熱送計(jì)劃組織力度不夠，因煉鋼拉速較慢，1臺(tái)連鑄機(jī)切割板坯支撐DHCR計(jì)劃的執(zhí)行，其節(jié)奏滿足不了熱軋加熱爐裝鋼要求[6]。往往是將熱裝熱送計(jì)劃先下線入庫(kù)，待全部入庫(kù)后再組織上料入爐。熱裝熱送計(jì)劃傳擱時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致入爐溫度和熱裝熱送率都雙雙下降。另外在鋼坯庫(kù)存較高的情況下，板材室為了合同兌現(xiàn)率，一般都先編排庫(kù)內(nèi)鋼坯，從而導(dǎo)致熱裝熱送計(jì)劃不能生產(chǎn)，形成了“死循環(huán)”，降低了熱裝熱送率和入爐溫度。

2.2 鋼坯出爐溫度偏高

鋼坯加熱出爐溫度愈低，燃料愈節(jié)省[7]。但是不能一味地降低出爐溫度，在降低出爐溫度的同時(shí)，需要保證鋼坯出爐黑印溫差才可以保證低溫穩(wěn)定軋制。當(dāng)前，2 250 mm熱連軋廠生產(chǎn)低碳鋼系列產(chǎn)量占當(dāng)月總產(chǎn)量的40 %以上，且平均出爐溫度高達(dá)1 220 ℃，R2Dt平均溫度高達(dá)1 050 ℃。結(jié)合低碳鋼延伸率好、導(dǎo)熱率高的特性，低碳鋼較易加熱和軋制，因此通過降低低碳鋼爐內(nèi)熱焓增量，也就是降低出爐溫度，對(duì)于降低單位燃耗和提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量具有非常重要意義。

2.3 助燃空氣預(yù)熱溫度降低

理論燃燒溫度的計(jì)算公式為

tl=(Qd+Qk+Qr)/V0·cp

(3)

式中：tl為理論燃燒溫度， ℃；Qd為燃料的低發(fā)熱量，kJ/m3；Qk為空氣帶入的物理熱，kJ/m3；Qr為燃料帶入的物理熱，kJ/m3；V0為燃燒產(chǎn)物的體積，m3；cp為燃燒產(chǎn)物的比熱容，kJ/m3· ℃。

根據(jù)理論燃燒溫計(jì)算公式可知，在燃料低發(fā)熱量已定的條件下，助燃空氣預(yù)熱溫度高，向爐內(nèi)帶入的物理熱就愈多，能夠達(dá)到的理論燃燒溫度和愈高，從而熱效率也愈高[8]。2 250 mm四座加熱爐只采用空氣單預(yù)熱技術(shù)，設(shè)計(jì)投產(chǎn)時(shí)助燃空氣預(yù)熱溫度為550 ℃，目前因空氣預(yù)熱器經(jīng)十多年的運(yùn)行，預(yù)熱器管束壁結(jié)垢較為嚴(yán)重，且在管束底部積攢了較厚灰塵，預(yù)熱器預(yù)熱效能下降，當(dāng)前預(yù)熱空氣僅有450 ℃，下降了近100 ℃，理論燃燒溫度因此降低了約50 ℃，降低了熱效率，隨之增加了燃料消耗量。

3 降低單位燃耗的主要措施與實(shí)踐

3.1 提高熱裝熱送率

3.1.1 優(yōu)化外購(gòu)坯生產(chǎn)方式，降低外購(gòu)坯單位燃耗

利用爐內(nèi)煙氣預(yù)熱鋼坯,提高爐子熱效率，盡量減少和充分利用爐膛廢氣,乃是加熱爐節(jié)能的關(guān)鍵[9]。想要降低外購(gòu)坯單位燃耗，唯一辦法就是將外購(gòu)坯在不使用燃料的前提下進(jìn)行預(yù)熱。2 250 mm加熱爐有24 m長(zhǎng)的熱回收節(jié)能段，可以充分利用廢煙氣來進(jìn)行外購(gòu)坯預(yù)熱。

利用每周計(jì)劃好的日修、定修期間，將外購(gòu)坯裝到節(jié)能段，然后利用加熱爐保溫期間的廢煙氣將外購(gòu)坯在熱回收段進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱后的鋼坯在進(jìn)入供熱段時(shí)，可按熱裝工藝制度進(jìn)行爐溫控制。

經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，將外購(gòu)坯利用節(jié)能段預(yù)熱后，單位燃耗減少了約42.7 m3/t，見表2。每次可安排預(yù)熱外購(gòu)坯約2 000 t，每周可安排三次，因此，可基本將每月3萬t的外購(gòu)坯進(jìn)行預(yù)熱生產(chǎn)，每月能夠減少約12.8萬m3混合煤氣。

表2 外購(gòu)坯預(yù)熱試驗(yàn)對(duì)比 m3/t

3.1.2 優(yōu)化熱裝熱送計(jì)劃生產(chǎn)組織，提高熱裝熱送率和入爐溫度

積極與制造部協(xié)調(diào)，不論鋼坯庫(kù)存高低，優(yōu)先執(zhí)行熱裝熱送率。同時(shí)，在鋼坯庫(kù)上料崗位上推行冷裝計(jì)劃“熔斷”機(jī)制。當(dāng)熱裝熱送計(jì)劃煉鋼生產(chǎn)出計(jì)劃總數(shù)的半數(shù)時(shí)，鋼坯庫(kù)上料崗位人員向當(dāng)班運(yùn)行作業(yè)長(zhǎng)上報(bào)并做好記錄，由運(yùn)行作業(yè)長(zhǎng)判斷計(jì)劃結(jié)構(gòu)來決定當(dāng)前冷裝計(jì)劃是否“熔斷”，然后執(zhí)行熱裝熱送計(jì)劃。通過此項(xiàng)措施的執(zhí)行與實(shí)踐，鋼坯傳擱時(shí)間在6 h以下的熱送率比改進(jìn)前提高了328 %，鋼坯傳擱時(shí)間在22 h以下的總體熱裝熱送率提高到了82 %，提高了22.5 %。

3.2 降低低碳鋼出爐溫度，降低單位燃耗

低溫軋制技術(shù)是一項(xiàng)可提高熱軋帶鋼表面質(zhì)量，降低燒損和能耗的有效措施[10]。低溫軋制技術(shù)的實(shí)施首先需要降低鋼坯出爐溫度。適用于低溫軋制的鋼種較多，從低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼到調(diào)質(zhì)鋼等，但對(duì)于合金含量較高的鋼種，軋制變形抗力大，不適合用低溫軋制。

當(dāng)前2 250 mm熱軋廠每月生產(chǎn)低碳鋼比例達(dá)到30 %以上，推進(jìn)降低以低碳鋼系列為主的出爐溫度，對(duì)于降低單位燃耗具有顯著潛力。充分利用低碳鋼傳導(dǎo)系數(shù)高的特性，優(yōu)化調(diào)整了低碳鋼加熱制度，加熱低碳鋼時(shí)關(guān)閉預(yù)熱段，一加段爐溫目標(biāo)溫度下調(diào)了50 ℃，二加段下調(diào)了30 ℃，均熱段下調(diào)了30 ℃。使低碳鋼平均出爐溫度下降到了1 200 ℃，下降了近20 ℃。優(yōu)化后的低碳鋼加熱制度見表3。

表3 優(yōu)化后低碳鋼加熱制度 ℃

3.3 利用爐修將空氣預(yù)熱器下機(jī)清洗，提高空氣預(yù)熱溫度

為了提高空氣預(yù)熱溫度，利用爐修將空氣預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口彎頭拆除，將空氣預(yù)熱器吊出地坑，然后先將預(yù)熱器管束底部的大量積灰清理。再將空氣預(yù)熱器放入到預(yù)先制作好的藥水池內(nèi)浸泡清洗，最后進(jìn)行打壓側(cè)漏重新上機(jī)運(yùn)行。通過此項(xiàng)措施，空氣預(yù)熱溫度由450 ℃提高到了500 ℃，提高了50 ℃。

4 效 果

通過以上主要措施的實(shí)踐，2 250 mm熱軋加熱爐的單位燃耗有了明顯降低，并使每月單位燃耗穩(wěn)定在了43 kgce/t左右，2019年7月—2020年6月份加熱爐單位燃耗為45.6 kgce/t，攻關(guān)后，2020年7月—2021年6月單位燃耗完成為43.4 kgce/t，比攻關(guān)前的單位燃耗減少了2.2 kgce/t，見表4。

表4 加熱爐單位燃耗攻關(guān)前后對(duì)比 kgce/t

5 結(jié) 論

通過對(duì)2 250 mm熱連軋加熱爐單位燃耗偏高的原因分析，制定并采取了有針對(duì)性的措施。通過實(shí)踐表明以上這些措施對(duì)降低加熱爐的燃耗具有很好效果，并已將相應(yīng)的措施固化到了加熱爐工藝制度中，對(duì)同類型熱連軋加熱爐節(jié)能降耗方面提供了借鑒。

(1)推進(jìn)冷裝計(jì)劃“熔斷機(jī)制”，可優(yōu)先實(shí)現(xiàn)熱裝熱送計(jì)劃的執(zhí)行，有效提高了熱裝熱送率和鋼坯入爐溫度，提高鋼坯帶人爐內(nèi)顯熱，實(shí)現(xiàn)降低單位熱耗。

(2)推行了外購(gòu)坯冷裝計(jì)劃優(yōu)先預(yù)熱的生產(chǎn)組織方式，利用軋線日修、定修等有計(jì)劃性的停車，將外購(gòu)坯裝入爐內(nèi)利用熱回收段廢煙氣進(jìn)行預(yù)熱來實(shí)現(xiàn)降低單位熱耗的目的。

(3)生產(chǎn)低碳鋼系列產(chǎn)品，推進(jìn)低溫軋制技術(shù)，優(yōu)化下調(diào)加熱爐各段爐溫設(shè)定值，從而降低低碳鋼出爐溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

(4)利用爐修，可將空氣預(yù)熱器下機(jī)進(jìn)行清洗，然后重新上機(jī)運(yùn)行，可提高助燃空氣溫度約50 ℃。