軋鋼加熱爐節能降耗方法分析

陳弘杰

（江西新科環保股份有限公司，江西 萍鄉 337000）

節能降耗，降本增效是當前市場經濟條件下對企業提出的新要求，節能降耗就是節約能源，降低消耗，通過合理利用、科學管理、技術改進等綜合途徑，減少生產過程中的損失和浪費，減少企業生產成本，增加企業生產效益。而在鋼鐵企業中，能源費用占制造成本25%以上，能源費用占比非常大，節能降耗工作刻不容緩。

在大型長流程鋼鐵企業中，軋鋼加熱爐的能源消耗占鋼鐵企業總能源消耗10%左右，其中軋鋼加熱爐又占了軋鋼廠能源消耗的65%~75%，是鋼鐵企業軋鋼廠最大的用能設備，其能耗水平直接影響軋鋼廠生產成本，但目前加熱爐其熱效率一般只有20%~30%，有70%~80%的熱損失，其中在整個加熱爐區域中，煤氣消耗占比75%左右，所以加熱爐煤氣消耗節約潛力非常巨大。在加熱區域除了節約煤氣消耗，還有一塊節能降耗大頭是降低氧化燒損，目前國內大部分鋼廠加熱爐氧化燒損普遍在0.8%~1.5%范圍內波動，少數鋼廠控制在1.5%以上，以一座年產120萬噸棒線材加熱爐為例，如果氧化燒損全年降低0.1%就能增加成品產量1 200噸，鋼材成品與氧化鐵皮按當前3 000元每噸差價計算，全年氧化燒損降低0.1%，將會增加360萬元左右效益，如若全年氧化燒損降低0.2%，將會增加720萬元左右效益，這是一項非常大效益。

1 軋鋼加熱爐目前存在情況

在長期與全國大多數軋鋼廠蓄熱式加熱爐打交道過程中，發現很多軋鋼廠加熱爐在使用過程中存在很多問題，比如有氧化燒損嚴重，最嚴重的見過2.5%；有些爐壓大，冒火嚴重，甚至進出鋼爐門冒火3米遠，周圍附屬設備燒壞非常嚴重；有些加熱爐煤氣消耗比其他鋼廠同類型大20%以上；有些加熱爐爐皮表面、爐頂和爐底溫度偏高，爐皮漆脫落嚴重，根本不敢用手區觸摸，熱量損失嚴重；有些加熱爐操作工上班就是在操作室，燒懶人鋼，缺乏溝通；鋼廠技術人員缺乏，技術人員技術水平較低，加熱爐管理工作不到位等這些問題，這些問題的存在或多或少影響加熱爐的節能降耗和使用效率，甚者還影響加熱爐的使用壽命。

2 針對上述問題，制定相應措施

加熱爐熱平衡分析是根據熱力學第一定律建立起來的，表示在一定時間內加熱爐熱量收入和熱量支出在數量上的平衡關系，通過對熱平衡詳細分析，加熱爐熱量的支出主要是鋼坯吸收熱量、煙氣散失熱量和加熱爐本體散失熱量，所以通過加強加熱爐日常的管理和工藝優化減少煙氣和加熱爐本體散失的熱量，降低加熱爐煤氣消耗。

2.1 選擇合理的爐型結構

在設計時，選擇的爐型結構對加熱爐能耗影響非常重要，根據各個廠具體情況選擇合適的爐型結構，因此在加熱爐新建或改造時應該盡量綜合考慮到加熱爐節能的需要，只有盡量減少加熱爐爐膛煙氣和爐體損失的熱量，盡量將煙氣余熱回收到爐內來，提高煤氣的利用系數，減少爐子熱量損失，這樣才能提高爐子熱效率，減少加熱爐能耗損失。

（1）長遠考慮盡可能選擇步進式加熱爐。雖然步進式加熱爐比推鋼式加熱爐造價相對高，設備制造和安裝技術要求較高，基建施工量大，機電設備維護水平高，但經過多年步進式加熱爐的實踐表明，它與傳統推鋼式加熱爐相比有很多優點：鋼坯與鋼坯之間留有一定間隙，鋼坯四面受熱，鋼坯受熱均勻，有利于消除水冷黑印，鋼坯表面不劃傷，生產出成品質量相對更好；步進式加熱爐有漏渣孔，相比推鋼式加熱爐爐渣不易積聚，生產到一定時間后爐渣堆不高，清渣檢修不像推鋼式加熱爐頻繁，可減輕繁重的清渣體力勞動；鋼坯加熱溫度均勻，操作靈活，可前進、后退或踏步，在換鋼種或停機檢修情況下可以清空爐內鋼坯，減少爐內鋼坯鋼化燒損。

（2）根據現場情況適當延長加熱爐長度。加熱爐長度是由總加熱能力決定的，但為了提高爐子熱效率，降低煤氣燃耗，可以根據現場情況適當延長加熱爐長度。如果加熱爐長度短，產生的高溫煙氣利用率大大降低，排出的煙氣就要帶走大量的熱量造成熱量損失。因此，適當延長加熱爐長度，可關閉在靠近端墻預熱段2~3 m處的燒嘴閥門，通過高溫段的煙氣溢到預熱段，達到提前預熱鋼坯的目的，同時增加了爐長，鋼坯溫度更均勻，減少煤氣消耗和氧化燒損。

2.2 選用合適的蓄熱體

在進入20世紀90年代，在原有的高效技能技術的基礎上出現了以蜂窩體型的蓄熱式燃燒系統，該燃燒系統是將蜂窩體與燒嘴置于一體，較之前通道式蓄熱減少了爐墻厚度，增加了爐膛面積，且蜂窩體型蓄熱體與老式通道式蓄熱小球相比表面積大通孔系數高，余熱回收更完全。蓄熱式燃燒技術所帶來的節能效果非常明顯，能最大限度將高溫煙氣的熱量吸收，避免了熱量浪費，回收后的熱量用于預熱空氣和煤氣，加熱爐理論燃燒溫度提高，可以利用低熱值高爐煤氣。近些年，以蜂窩體蓄熱式加熱爐發展迅速，市場占有率逐步提高，這項具有中國特色的換熱燃燒技術很快在中、小型私營鋼鐵企業得到推廣應用。而蜂窩蓄熱體作為蓄熱式高溫燃燒技術的關鍵和核心部件，蜂窩體的選用非常關鍵，選用不當會使用過程中出現堵塞、燒損、坍塌等現象，造成鋼溫速遞上升慢，燒不上溫度，嚴重者造成停爐事故，即影響生產又增加煤氣消耗。所以在選用蜂窩體時，除了考慮蜂窩體耐急冷急熱、荷重軟化溫度、耐壓強度、熱膨脹系數和耐熱沖擊等指標外，還需考慮蜂窩體蓄熱放熱特性，需在選用比表面積適宜的情況下，選用比重大、黑度大、熱容大和導熱快等材質的蜂窩體，這樣蜂窩體吸熱放熱更快、更多，能夠有效吸收煙氣的熱量，顯著的增加煤氣、空氣預熱溫度，提高加熱爐燃燒溫度，達到降低煤氣消耗的目的。

2.3 減少加熱爐散熱損失

2.3.1 選用合理的隔熱保溫材料

加熱爐的爐襯耐火保溫材料由于長時間在高溫下工作，其內部由于晶型轉變，容易粉化脫落，造成爐墻保溫效果降低，熱量損失大大增加，嚴重時爐墻內會出現裂縫，裂縫還造成了爐皮鋼板高溫蠕變，造成爐皮溫度升高，降低了加熱爐熱效率，甚至將部分爐墻燒穿，損壞加熱爐爐體。

近年來，我國隔熱保溫材料發展十分迅速，產品越來越多，同時材料的絕熱等級和導熱系數越來越優良。因此，需要根據加熱爐的使用條件，進行計算節能效果，并分析對比，選擇合適的質量好的隔熱保溫材料。針對加熱爐爐墻、爐頂、爐底和爐筋管保溫材料，需選用導熱率低、蓄熱少的絕熱耐火材料，如有需要可適當增加保溫層厚度，降低熱量損失。

2.3.2 減少孔洞的熱量散失

軋鋼加熱爐進出料爐門、觀察孔、耙渣孔和落渣孔等孔洞，由于輻射熱量、吸入冷風、冒火所造成的熱損失之和非常大，對于端進出料的軋鋼加熱爐尤為嚴重。生產過程中加熱爐進出鋼爐門打開開度需適宜，在停機過程中要及時關閉進出鋼爐門，最好能做到自動啟停，減少冷風的吸入和內部熱量的溢出，造成燒壞設備，減少熱量損失。對于步進式加熱爐，要時刻關注水封槽水封情況，防止因為水封槽缺水而導致熱風熱量從落渣孔散失。

2.4 加強加熱爐日常操作管理和工藝優化

（1）加強宣傳教育，樹立節約用水意識，推行全新的節能思想，加強日常工作中的跑、冒、滴、漏，提高員工的節能意識和責任心，建立巡視和檢查制度，明確責任和目標，實行節獎勵超重罰等制度，制定加熱爐操作工收入與加熱氧化燒損和煤氣消耗目標掛鉤等制度。

（2）優化鋼坯熱送熱裝溫度工藝技術和管理，實施直接裝爐-軋制技術。對煉鋼熱坯熱送率設定考核目標，鋼坯熱送熱裝溫度每提高100 ℃，加熱爐可節約煤氣5%~6%，在送坯輥道上做好相應鋼坯保溫措施，減少鋼坯溫度熱量損失。當爐子熱送和熱送溫度較高時，可適當降低加熱爐各段溫度，鋼坯加熱質量好且溫度均勻，氧化燒損率和軋機故障率將會明顯降低。

（3）優化加熱爐的燃燒控制，目前我國少數加熱爐實行了自動燃燒控制，煤氣和風的供給按配比自動調節。但大多數軋鋼加熱爐仍為人工控制煤氣和風的供給量和空燃比，由于受操作者的技能、生產連續性、煤氣壓力波動等影響，空燃比的控制往往難以達到最佳狀態，空燃比低時導致煤氣進氣較多不完全燃燒，增加煤氣消耗，空燃比高時，空氣進氣量多，出現氧化性氣氛氧化燒損嚴重，產生NOx含量高的煙氣。同時在實際操作中多觀察爐內燒嘴的燃燒狀況及爐氣狀況，一般來說，燃燒完全爐氣略帶霧狀，表示燃燒控制較好；如果爐氣很明亮，則表明空氣配比過大，氧化燒損會增加；如果爐氣里較多的煙霧，則表明空氣不足，燃燒不完全，較多燃燒不完全煤氣被引風機排出，增加煤氣消耗。因此必須根據煤氣熱值合理控制空燃比，在加熱爐各段必須嚴格控制爐內為微還原性氣氛，尤其在高溫加熱段、均熱段。同時可采用氧化鋯殘氧分析儀對煙氣殘氧量進行檢測，并將該量作為參考值對空燃比進行修正，達到降低氧化燒損，節能降耗的目的。

（4）合理制定加熱爐鋼坯溫度，鋼坯加熱溫度并不是越高越好，適當鋼溫就行。加熱溫度和爐內氣氛是鋼坯表面氧化主要因素，隨著加熱爐爐內溫度的升高，鋼坯表面氧化速度逐漸加快。如圖1所示，普碳鋼加熱溫度與燒損量關系成拋物線變化規律。當溫度低于600 ℃時，鋼坯氧化燒損量非常少，基本可忽略不計；當溫度在700~800 ℃時，氧化燒損量較小；當溫度超過900 ℃時，氧化燒損量開始緩慢增大；當溫度在1 000~1 200 ℃時，鋼坯表面各組分的擴散速度快速增加，鋼坯鋼氧化燒損量快速增加；當溫度超過1 200 ℃時，鋼坯表面氧化鐵皮開始熔化，氧化燒損量急劇增大，同時溫度過高，消耗的煤氣也大幅增加。適當降低鋼坯加熱溫度不僅有利于提高鋼材產品質量，同時減少煤氣消耗和減少氧化燒損。嚴格控制加熱溫度與加熱時間，在工藝允許條件下，采取低溫加熱，減少鋼坯在高溫區的停留時間。圖2為不同溫度下，加熱時間與氧化燒損關系圖。從圖2可以看出，同一加熱制度條件下，隨著加熱時間的延長，鋼坯表面氧化燒損量逐漸增加，其燒損量成拋物線變化規律變化。

圖1、圖2分別為研究人員測得加熱爐加熱溫度與氧化燒損關系和不同溫度下加熱時間與氧化燒損的關系。所以控制鋼坯加熱溫度和加熱時間對氧化燒損至關重要，在盡可能條件下，快速加熱減少鋼坯在爐內停留時間。

（5）爐內氣氛除了氧氣影響氧化燒損，同時爐內中水汽和SO2含量也影響氧化燒損，所以除了控制空燃比還必須減少煤氣帶入的水汽和SO2含量，在煉鐵上道工序中盡可能除去煤氣中的水汽和SO2，同時在加熱爐主管道設置存水彎，存水彎處安裝定時排水器，這樣煤氣中的水汽將冷凝在存水彎處，可有效減少煤氣中的水汽進入加熱爐爐內，減少水汽進入爐內與鋼坯發生反應，降低加熱爐氧化燒損，同時也可提高加熱爐閥門、管道和氣動機構等設備使用壽命。

（6）加強加熱爐操作工責任心，做好“三勤”操作，勤觀察、勤聯系、勤調整，不能一直長期待在加熱爐控制室燒懶人鋼，應出去多觀察加熱爐火焰顏色、出鋼溫度、氧化鐵皮厚度，與上下工序勤聯系，多溝通。在生產工程中，必須控制好爐膛壓力，保持為微正壓，避免冷風吸入，同時根據鋼種的變化，可不同程度地加熱各種鋼種出爐溫度。當生產出現故障，停機待坯時，根據停機時間長短適當降低加熱爐各段溫度，并適當關小引風機和鼓風機。例如當停機時間10~30 min左右，應適當降低預熱段、加熱段溫度，保證均熱段；停機30 min以上只保證均熱段鋼溫即可，預熱段和加熱段煤氣和空氣閥門應盡量關小，同時根據爐壓，關小引風機和鼓風機。如有大量冷坯入爐，在入爐前，提前升高預熱段溫度，這樣科技減少悶爐時間甚至不悶爐，減少鋼坯在加熱爐內停留時間，減少鋼坯氧化燒損。

3 結束語

綜上所述，軋鋼加熱爐節能降耗潛力巨大，在我國鋼鐵企業的發展中起著重要的作用，通過對加熱爐的選型，加熱爐保溫材料和蓄熱體的選擇，在優化工藝的同時，加強加熱爐操作管理，定能夠將加熱爐氧化燒損和煤氣消耗控制在較好的水平。