轧钢加热过程的节能

董 涵

（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津 300201)

轧钢加热过程的节能

董 涵

（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津 300201)

从轧钢加热炉炉体及设备的节能、余热余能高效回收利用、合理科学组织生产、优化加热工艺及操作方式、蓄热式燃烧技术及步进式加热炉的应用五个方面介绍了轧钢加热过程的节能方法和具体措施，探讨了轧钢加热过程节能技术的主要发展方向。指出强化炉内辐射换热、做好炉内纵横水管绝热、强化余热回收、适当延长加热炉炉体、合理进行生产调度、优化钢坯出炉目标温度的加热工艺曲线、合理选用蓄热式燃烧技术和步进式加热装置有利于实现加热过程的节能降耗。

轧钢 加热炉 节能技术 优化 步进式蓄热

1 引言

在钢铁行业竞争激烈的时代，为了实现可持续发展，降低生产运行成本至关重要。众所周知，能源消耗在钢铁生产成本当中占有较大的比例，因此有必要认真研究和分析降低能源消耗的潜力和方法。在国家调整钢铁产业结构、节能减排和淘汰落后产能的产业政策引导下，钢铁工业向低能耗、短流程和提高产品附加值的方向发展。由于在整个钢铁工业综合能耗中轧钢系统所占比重较低和产品利润较高，因此轧钢生产能力增长迅速。伴随轧钢产品质量、品种的升级，深加工层次的不断增长，轧钢系统总的能耗也在呈现上升趋势。轧钢加热炉是轧钢系统的主要耗能设备，约占整个轧钢系统能耗的60%～70%。因此，研究、推广和应用轧钢加热过程和加热炉节能技术，对轧钢系统的节能工作有着重要意义。

2 炉体及设备的节能途径

2.1 合理选择炉体保温层并强化炉内辐射换热

2.1.1 保温材料的选用及炉体局部养护

加热炉炉体散热损失可占整个热支出的2%～6%，加热炉炉体保温层的优化除了节能外，对于提高加热炉的使用寿命，保证机械、电控设备的长期安全运行及提供良好的作业环境非常重要。炉体的保温对钢结构，特别是锚固砖的承重结构十分重要。如果发生炉体变形，很容易将炉体内锚固砖拉断造成炉顶下沉，破坏炉体，甚至影响生产。新建的加热炉在选用保温材料时，保温层厚度一般应不低于150 mm，确保炉体外炉皮温度低于80℃，虽然基建投资相对多一些，但综合效益好。

在加热炉使用过程中，炉内侧墙、炉顶受高温、火焰气流冲刷及气体腐蚀作用的影响，容易使局部耐火材料脱落，导致炉体外表面温度升高，增加了炉体表面热损失，浪费能源。应及时采用快干浇注料或高温补炉料，对受损部位进行修补、对裂缝处进行喷补灌浆或附粘耐火材料予以修复，以延长炉体寿命，降低能源消耗。

2.1.2 强化炉内辐射传热

在炉膛内设置用耐火材料制作而成的砌体，相当于在原有的炉膛空间内增加了炉墙和炉顶的表面积，增加了辐射换热面积。在炉内适当设置隔墙可以起到稳定炉压、组织烟气流动、控制炉温、减少烟气热量外溢、降低排烟温度和减少炉口吸入冷风等作用。经轧一集团东益公司及联升公司实践运行证明，此方法可以实现节能，并有改善钢坯加热质量的效果。

在加热炉内炉墙上涂一层厚度3～5 mm的高温高辐射涂料，增加炉墙表面凹凸不平度，强化炉内的辐射传热，提高炉内辐射系数，有助于热量的充分利用。实践经验表明，采取该措施可以实现节能3%～5%，同时可以保护加热炉内衬表面，延长炉体寿命，是节能效果比较显著的节能方法之一。

2.2 合理选用耐热滑块及做好炉管绝热

2.2.1 使用孔洞式全热滑块

一般推钢式连续加热炉多用厚壁无缝钢管作纵水管，顶部焊有圆（方)钢（高度在40 mm左右)或者半热滑块（高度在70 mm左右)作推钢滑道。这类结构对坯料的冷却作用强，坯料“黑印”突出，对坯料进一步轧制带来一定困难。为了提高加热炉中钢坯的加热质量，改善坯料轧制过程，采用孔洞式全热滑块作为滑道，并错位交替排列，可有效减轻水管对坯料的冷却作用，进而减轻或消除水管黑印问题。天津冶金轧一集团东益分公司、津安分公司及天津任通钢铁公司热轧带钢生产线应用实践表明，与使用耐热圆（方)钢或半热滑块相比，可实现节能10%以上。

2.2.2 炉管绝热

加热炉冷却水带走的热量可以达到整个热支出的5%左右，因此做好加热炉炉管、水梁的包扎非常重要。一般多采用包扎瓦与纵横水管焊接相连，起到炉内纵横水管绝热作用。而采用较为先进的自流平浇注料整体包扎技术更有利于炉内纵横水管绝热。该技术采用自流平浇注料对炉内纵横水管进行整体包扎，并在上部形成“八”字形斜坡，以便坯料脱落的氧化铁皮下滑。但是，该部位耐火材料因坯料在行进过程当中振动而最容易脱落，因此在施工当中要焊好锚固钉并保证一定的密度，包扎耐火纤维粘后必须使锚固钉露出30 mm左右，并在锚固钉上刷一层沥青，确保热涨空间。浇注料浇注过程当中要严格执行耐火材料施工工艺要求。

2.3 加强运行参数的检测

生产过程中，要通过热平衡测试试验和跟踪加热炉能源消耗指标变化等手段，及时了解加热炉内燃料燃烧、炉体散热和能源利用情况，采用合理的操作和检修等手段及时解决影响加热炉能源消耗升高的问题，最大幅度发挥加热炉的技术性能，达到降低加热炉单耗的目标，从而实现加热炉节能。

2.4 加强余热余能的回收利用

烟气带走的热量占燃料总供热量的30%～60%，充分利用空气换热器降低排放的高温烟气的温度，提高助燃空气温度，对提高炉子的热效率，降低加热炉能源消耗能起到重要的作用。根据轧钢生产实践的经验可知，每提高助燃空气温度100℃，可实现加热炉节能5%。受到换热器设备成本的影响，常规加热炉的助燃空气温度一般控制在450℃左右，综合效益最佳，应当采取综合措施，尽量保证助燃空气温度处于上述最佳值附近。在日常操作中，要防止燃料不完全燃烧而随烟气进入烟道在换热器处燃烧，进而恶化换热器的工作环境，降低换热器的使用寿命。要利用检修期间检查换热器，出现损坏及时修补或更换，确保烟气余热的回收利用。结合实际情况，在满足加热炉自身余热回收外，可考虑增设余热锅炉产生蒸汽供生产、生活使用，提高能源综合使用效率。

2.5 延长炉体

在加热炉设计时，可考虑通过延长炉体提高加热效率。但由于推钢式加热炉是受最大推钢比限制的，所以延长炉体要综合考虑。炉底强度在500～600 kg/m2·h时，供热点集中在炉子前部，延长不供热的预热段，充分发挥预热段的预热温度，可有效地降低出炉烟气温度，提高炉子的热效率，降低燃料消耗;炉底强度为800～900 kg/m2·h时，炉子延长1 m，钢坯温度上升25～30℃，出炉烟气温度降低约30℃，能源消耗降低1.2%～2%。但是，随着炉体延长，炉气温度下降，炉气对钢坯的辐射传热量急剧下降，对流传热量降低，炉底管和砌体表面积增大，炉子热损失增加，又使炉子热效率降低[1]。而且炉子加长后，设备、材料投资费用增加。同时，推钢式加热炉的延长受推钢比限制，一般情况下延长炉体可以节能，但并不是炉体越长越好，要纵观设备及材料投资、燃料节约、经济效益回收等因素，以取得最大的经济效益。

3 优化生产组织及操作方式

3.1 合理组织生产

加热炉是一个热滞后、热惯性很大的设备，不论对设备寿命的延长、对产品质量控制还是对降低消耗而言都不应频繁大幅度调整炉温。因此，批量生产无疑是降低成本的重要途径。应当做好生产调度工作，将销售合同进行整合，变成一个大的生产计划来组织才有利于降低消耗。

3.2 细化合理的坯料出炉温度

坯料的出炉目标温度是根据轧线设备和工艺来确定的，目的是保证轧线轧制的安全、稳定，保证坯料在各个工序的温度，保证产品的质量。有资料显示，坯料的目标温度降低30℃，对于热效率40%的加热炉而言，可以节能1.72 kg标煤每吨钢。出炉目标温度应该尽可能细化，坯料的尺寸、材质、轧制的规格对坯料的目标温度的确定都有很大影响，因此通过调整和优化钢坯出炉目标温度，还会有很大的能源节约的空间。

实践中，可通过减少轧制过程中的温降来达到降低钢坯出炉的目标温度以节约能源的目的，具体方法有：（1)防止由于除鳞、轧辊冷却过分造成的温降;（2)通过辊道加玻璃纤维保温罩等方法减少轧制过程温降;（3)提高轧制速度，加大轧机功率等。

3.3 操作方式及工艺的改进

3.3.1 合理制定加热升温曲线

轧钢生产过程中，每一块坯料应该有一个相对确定的轧制节奏。要根据轧制节奏来确定如何控制炉温。坯料入炉后就能够确定该坯料在炉内加热的时间以及在各个加热段的停留时间。对于轧制薄、难规格产品，轧制时间长，坯料在炉时间也就相对较长，节能工作应注重适当降低加热温度、燃料分配以加热段和均热段为主。对于厚、易轧品种，轧制时间短，加热炉的能力相对不足，必须把预热段的量给足。所以各种状态下的升温曲线是不同的，生产中应根据具体情况进行合理选定。需要特别注意的是，炉膛温度不宜过高，特别是高温炉段的炉膛温度不宜过高。

对于加热炉的燃料分配，应尽量放大预热段的用量，增加预热段的炉膛温度。除高碳钢和特殊合金钢外，都可以提高预热段炉膛温度。在预热段，坯料温度低，传热强度大，提高炉膛温度有利于加热。重要的是此时坯料温度低，不易氧化，提高预热段炉膛温度对于钢坯表面质量的影响较小。坯料在预热段加热到一定温度后，到加热段就不需要过高的温度，而且要尽量减少坯料在高温区的停留时间。

3.3.2 加强对炉内含氧量、炉压和尾部烟气监控

保持炉内微正压操作，合理控制炉内氧气氛和烟气残氧量。在确保燃烧完全的情况下，尽可能降低空燃比，控制过剩空气系数为1.05左右，烟气残氧量应低于3%，炉压应控制在0～20 Pa，可以降低烟气带出的热损失，减少炉头炉尾吸冷风和防止冒火问题。

3.3.3 加强加热炉管理和操作节能

在防止跑、冒、滴、漏的基础上，推广加热炉优化操作，如“三勤”（勤观察、勤联系、勤调整)操作法，蓄热式加热炉的“供热量与排烟量、蓄热式温度与炉温、空燃比与排烟温度”三协调操作法等。建立加热炉节能降耗与奖励挂钩的机制。

4 蓄热式燃烧技术及步进式加热炉的推广与应用

4.1 使用蓄热式燃烧技术

采用蓄热式高温燃烧技术，将空气、煤气双蓄热预热到较高的温度（一般预热到1 000℃左右)，使煤气在炉内形成弥漫式的燃烧[2]，火焰燃烧的边界几乎可以扩展到炉膛的边界，从而使炉内温度分布均匀，一方面提高了加热质量，另一方面延长了炉膛寿命。通过采用蓄热体换热技术，将排烟温度降低到120℃以下，可以最大限度地利用烟气预热，降低燃耗。实践证明，采用蓄热式燃烧技术比常规的燃烧技术，使加热炉热效率提高了30%左右，也是目前新建加热炉节能措施的主要方向。

4.2 步进式加热炉代替推钢炉

推钢式加热炉长度短、产量低、烧损大、操作不当时会粘钢，造成生产事故，难以实现管理自动化。而步进式加热炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送坯料，坯料之间可以留出空隙，坯料和步进梁之间没有摩擦，通过托出装置出炉，采用优化水梁结构，减少对坯料下部的遮蔽，减轻了水梁对钢坯“黑印”影响。步进式加热炉具有钢坯加热断面温差小、加热均匀、炉长不受限制、产量高、生产操作灵活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能以及生产操作自动化的工艺要求[3]。

目前，推钢炉所占比例逐年减少，步进炉和蓄热式燃烧技术的应用在不断增加，是加热炉节能的发展方向。

5 结束语

轧钢加热过程的节能是一个系统工程，涉及的工作较多。合理组织生产、细化生产工艺特别是加热工艺、选用上下加热步进梁式蓄热加热炉、采用先进的加热燃烧技术、做好余热回收利用是做好轧钢加热过程节能的重点，必须在生产实践中予以充分重视，认真实施，，进而最大限度地节约能源，为降低生产运行成本发挥出最大作用。

[1]蔡乔方.加热炉[M].北京:冶金工业出版社，1983：178.

[2]周开峰.蓄热式加热炉控制模型研究[D].上海：上海交通大学工学，2009.

[3]张文学.蓄热式步进梁式加热炉的开发和应用 [J].工业炉，2003，25（4)：30-32.

Energy Saving in Heating Process of Steel Rolling

Dong Han
(Tianjin Metallurgical No.1 Steel Group,Tianjin 300201,China)

The author introduces energy saving methods and specific measures in the heating process of rolling mill from perspectives of furnace and its equipment energy saving,high efficient recovery and utilization of waste heat and energy,rational and scientific production organization,heating process and operation manner optimization,regenerative combustion technique and stepping furnace application,and discusses main development orientation of energy saving technique in rolling as well.It is also pointed out that the energy saving and emission reduction can be realized easily byenhancing radiative heattransferin furnace,improving good heat insulation of longitudinal and traverse pipes,strengthening waste heat recovery, properly scheduling production,optimizing the heating curve ofbilletdischarge aimed temperature and reasonably selecting regenerative combustion technique and stepping heating facilities.

steel rolling,reheat furnace,energy saving technique,optimization,stepping,regenerative combustion

董涵（1961—)，男，天津人，工程师，主要从事加热炉研究与实践、设计及基建工作，节能技术的研究工作，热轧带钢基建、热轧工艺研究、技术管理和生产管理等工作，天津冶金轧一钢铁集团有限公司副总经理，天津冶金轧一钢铁集团有限公司静海分公司总经理。

（收稿 2012-02-25 编辑 潘娜)