轧钢厂加热炉的节能措施

宫绍华

赛能杰合达热风炉技术有限公司，北京 100083

钢铁需求量和生产量的迅速增长使钢铁工业的能源消耗越来越多，钢铁工业总能耗在近几年一直在全国总能耗的15%以上。钢铁工业产品品种和质量的升级并没有带来能源的节约，反而加重了轧钢工序的能耗增加。加热炉一直是轧钢厂最主要的耗能设备，其能耗占据了轧钢厂总能耗的70%左右。轧钢厂加热炉高居不下的能源消耗不仅浪费了国家的能源，污染了环境，还加大了企业的生产成本，不利于企业的长远持久发展，无论是轧钢厂加热炉的能耗降低还是加热炉节能的改进都是势在必行的。

1 轧钢厂加热炉存在的问题

加热炉是把金属加热轧制到锻造温度的专业工业炉，包括室式加热炉和连续加热炉等等，钢坯在锻造和生产的过程中能够在加热炉火焰的氧化中得以加热。但是加热炉对钢坯加热的温度比较高，释放的热气不仅带走了大量的热量，造成了能源的白白浪费，大量未燃烧燃气的流失也造成了能源的无故浪费。

1）加热炉漏火漏气严重。加热炉蓄热室漏火漏气的现象一般出现在加热炉投入使用的半年以后，加热段和均热段局部的漏火漏气不仅能够导致加热炉护炉板的损坏，严重的情况下还会导致加热炉报废。一般蓄热室的结构是导致该现象的原因之一，蓄热室里面是纤维板的保温层，外面的钢板则和护炉板焊接在一块，预制烧嘴砖的结构和蓄热室不能形成统一的整体，两者接缝的位置很容易在高温的作用下变形。同时，接缝位置太薄的浇筑层在使用一段时间以后也会出现直通的裂纹，煤气泄漏现象严重；

2）挡板砖堵塞和烧嘴砖损坏。挡板砖在使用的过程中因为受到烟气杂质、煤气含尘和加热炉粉末等的影响，很容易出现挡板砖气孔的堵塞现象。堵塞严重的气孔会导致挡板砖的弯曲变形，加热炉的炉温和产量都会受到严重的影响。此外，高温烟气的冲刷以及煤气杂质的侵蚀还会导致烧嘴砖强度的降低，烧嘴砖在加热炉运行几年以后会出现严重的损坏。烧嘴砖的损坏导致了燃烧质量的下降、耗能的增高、氧化铁皮的增多以及工人劳动强度的加大；

3）其他方面的问题。加热炉是比较大型的煅烧加热设备，设备很多零件的损坏都会导致加热炉功能的降低，除了漏火漏气、堵塞损坏之外，还存在很多耗能的问题。首先，换热器的损坏。换热器导气管的封死会导致均热段煅烧风量的减少，换热器的腐蚀老化也会造成煤气的泄露和自燃。其次，炉底的结渣。加热炉负荷的提高和加热炉炉压控制不好的问题都会加重加热炉吸冷风的现象，炉底结渣比较严重。再次，炉内水管的结垢、阀门的故障和损坏、煤气压力和热值的波动都会将加热炉内的热量带走，加热炉在长期的超负荷作用下，其使用的寿命会逐渐缩短。

2 传统的加热炉节能措施

在传统能源浪费与消耗的现实压力下，国家已经将能源的节约和利用提升到战略发展的角度上来，节能已经成为我国能源政策的核心组成部分，新技术新手段的利用已经将我国的能源节约提升到新的高度。但是和发达国家相比，我国传统的节能措施还是每年多消耗掉几亿吨煤。

1）筑炉材料的改变。在上世纪七十年代起，耐火纤维和各种轻质的耐火材料便被用来做复合炉衬，轻质材料已经成为当下最为流行和主要的筑炉材料。原有的加热炉材料蓄热和散热的损失高达70%以上，而加热工件的热能利用率也仅在30%左右，轻质的耐火材料可以减少炉衬对热量的过多吸收，能够有效的减少加热炉的蓄热损失，加热炉的隔热与保温功能还同时得到增强。但是这种“新型”的节能材料只是减少了炉内热量的流失，炉内热量利用率较低的这一问题仍然没有得到解决；

2）自动控制系统的设置。轧钢厂加热炉的自动控制系统主要由两部分组成，即换向控制和燃烧控制系统。自动控制系统有效的完成了加热炉现场数据的采集和处理，利用输出控制和报警功能实现了对设备工作状态的控制，实现了设备燃烧和换向的手动和自动功能。其中换向系统控制包括了换向控制原理、煤气燃烧安全的控制以及气动快切的报警系统，而燃烧系统控制则包括了燃烧控制原理、数据的处理与显示以及汽化冷却的自动控制。加热炉自动控制系统的采用有效的减少了炉内热量的损失，对加热炉的炉温和蓄热室的温度都实现了有效的控制；

3）加热炉装炉技术的改善。该技术从上世纪60年代中期就开始采用，原有的施工方法是对不定形的耐火材料进行现场的捣打、浇灌和预制构件的吊装，增强了炉墙的气密性，延长了炉衬的寿命。近几年加热炉热装炉技术还通过提高连铸坯质量、对连铸机和加热炉进行有效衔接、协调轧钢机和连铸机的生产节奏等方面进行了改进，连铸机偏析的问题和废气热损失的问题都在一定程度上得到了改善；

4）其他方面的改善。传统的加热炉节能技术还对燃烧系统节能进行了改进和完善，不仅加大了燃料热能的有效释放，还确保了加热工件对热能的有效吸收，能源的浪费和热量的损失都在一定程度上得到了改善。此外，传统的节能措施还包括对炉子冷却系统的完善，各种技术上和非技术上的措施都有效的改善了传统加热炉的损失。但是这些传统的加热炉节能技术应经遇到了发展的瓶颈，加热炉节能要想实现新的发展已经非常困难。相关技术人员还要采取新的技术和措施来改善这些问题，进一步提高工业加热炉的热效率。

3 轧钢厂加热炉节能措施的新发展

如上所述，能源的浪费已经成为国家明令禁止的问题，相关技术部门和人员也对轧钢厂加热炉的能源消耗问题进行了研究，无论是加热炉材料还是燃煤的技术都进行了进一步的发展和完善，但是传统的加热炉节能技术已经很难再有新的突破，加热炉节能技术还要寻求新的发展。

1）多功能炉衬的加热炉。多功能炉衬是黑体强化辐射技术在轧钢厂加热炉内的应用，它的功能在于增强加热炉的气密性，提高工件的加热效率。多功能炉衬是在炉壁和炉顶设置大量的黑体元件，对热源装置和烧嘴砖进行保护性的处理，对加热炉的整体炉墙进行强化处理。不同炉型和不同使用温度的黑体元件不仅能够增大炉膛传热面积，提高炉膛的黑度，还能对热射线进行有效的调控，提高传热的效率，增大辐射传热比例。但是黑体元件本身并不是加热炉的热源，黑体元件和炉内的燃料能起到相辅相成的作用。经过研究发现，多功能炉衬节能在20%以上，生产率可以提高20%以上，炉温的均匀性和炉衬的使用寿命都得到了显著的提高；

2）加热炉废气热量的回收。轧钢厂加热炉的余热资源可以分为气体、固体和液体三类，烟气余热是最主要的气态余热，占到了余热资源的50%以上。余热回收的主要手段是对炉内的热量进行充分的利用，尽量不要让热量流失以后再进行回收，那样不仅会加大成本还会有更多技术上的难题。目前蓄热式的工业炉是新型的废气余热回收技术，它主要是利用技术手段来将炉内的废气进行了回收，并将余热作为助燃加热的空气，这样不仅提高了煤气资源的利用效率，还减少了废气资源对环境的污染，节约了企业的成本；

3）水管支撑机构的改变。传统的加热炉水管是单层包扎砖形式的包装，高温抵御能力和绝热性都比较差，因为炉内水管造成的能量损失占据了总损失的10%左右，能源浪费问题严重。水管新型的复合包装具有较好的绝热性，空气流动消耗的热量比较低，炉子排烟的温度也有所下降。随着新技术和新手段的利用，还会有新的材料来代替现在的水管支撑结构，无论是能耗的降低还是能源的节约都会有新的提高；

4）炉膛内热损失的减少。炉体散热损失、挡板砖和烧板砖损坏的热量损失以及炉底水冷却管的损失都是炉膛内热损失的来源。炉底的水冷却管承担着炉内钢坯的整体重量，这些冷却管不仅吸收了炉内的大量热量，还在钢坯上留下了大量的水管黑印。对炉底的水冷却管绝热能力进行加强是目前减少热损失的主要手段，绝热包扎有效的减少了热损失。此外，热性能好和绝热性好的材料也是减少炉内蓄热损失的主要办法。

4 结论

综上所述，能源的节约已经成为新时期经济发展的重要组成部分，轧钢厂加热炉由于设备材料和使用方法上的问题而存在能源浪费严重以及能源消耗严重的问题，这不仅没有做到能源的节约，还加大了企业的成本。传统的加热炉节能措施已经遇到了发展的瓶颈，加热炉能源浪费的问题依然严重。新时期还要加大人力和物力的投入，采取新的节能措施来提高加热炉生产率。

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