热连轧机组加热炉降低能耗的生产实践

孙广辉 刘社牛 李娜 李翠玲 段云

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

在热轧生产中，加热炉的燃料消耗占整个热轧工序能耗的50% ～60%，因此，降低加热炉的燃耗成为各轧钢产线节能降耗工作的重中之重。2007年安钢1780 机组投产以来，加热炉的燃耗一直居高不下，尤其是2012年更是居于1．73 GJ/t 的高位。对此，开展了针对1780 mm 热连轧产线加热炉燃耗的技术攻关，吨钢燃耗有了较大程度的下降，从而获得了良好的经济效益。

1 加热炉设备概况

安钢第二炼轧厂1780 mm 热连轧生产线配备有三座大型步进梁式加热炉，均由中冶赛迪设计，均采用空气、煤气双预热和汽化冷却技术，单炉额定产量为270 t/h，有效炉长为43．5 m、炉子内宽为11．7 m。三座加热炉沿炉长方向均由预热段、一加热段、二加热段及均热段组成，燃烧系统由炉顶平焰烧嘴和侧墙可调焰烧嘴组成。烧嘴的分布和燃烧能力参数见表1。

表1 安钢热连轧加热炉烧嘴参数分布

2 影响加热炉能耗的原因分析

通过对热连轧加热工序、轧钢生产工艺及数据进行分析，总结出以下几个方面是影响加热炉燃耗偏高的主要原因。

2．1 板坯的热装率偏低

提高热装比例和板坯入炉温度，可以更大程度上利用连铸生产的预热，大幅度降低加热炉的能耗。现场测量数据表明，板坯下线垛放8 h，表面温度能够保持在600 ℃以上;垛放24 h，表面温度在400 ℃左右;32 h 以后表面温度只有300 ℃左右。因此，板坯下线的时间越短，热装板坯的温度越高，节能效果越显著。2012年安钢热连轧机组的热装统计数据显示:连铸板坯下线后0 ～8 h 内入炉的比例只有不到20%，24 h 内入炉的比例约为45%;而同期国内同行先进企业的连铸板坯8 h 内热装率能达到47%以上。由此可见，板坯热装率不高，尤其是连铸板坯8 h 内热装率低，是造成安钢加热炉燃耗高的重要原因之一。

2．2 排烟热损失大

排烟热损失在加热炉整个热损失中所占的比例最大。影响排烟热损失的主要因素为排烟温度和烟气量，排烟温度越高、排烟量越大，则排烟热损失就越大。在加热过程中由于预热段没有配备烧嘴，一加热段温度的高低直接决定着预热段的温度和排烟温度的高低。在一加温度相同的情况下，入炉板坯温度高也会造成排烟温度升高，而排烟量的大小，与空燃比关系比较密切，超过平衡燃烧需要的燃料或空气，都会造成排烟量升高。一般情况下，空燃比的控制要保证煤气的完全燃烧。如果混合煤气热值频繁波动，为保证煤气完全燃烧，调火工在操作时就会将空燃比设定较大，从而导致烟气量更高。

2．3 煤气的的波动能耗大

热连轧加热炉所用的燃料为安钢自产的高炉煤气和焦炉煤气混合而成的煤气，且加热炉和煤气加压站之间的管路较长，当高炉、焦炉生产有异常的时候，经常导致这两种煤气的配比发生大幅波动，进而造成送往加热炉的混合煤气热值和压力发生波动。取样抽检的结果表明，混合煤气热值的波动范围比较大，最低值可以到6700 kJ/m3，最高值可以达到11340 kJ/m3。煤气热值和压力的波动，会使加热炉在煤气用量设定不变、生产工况变化不大时突然上升或下降20 ℃～30 ℃，导致加热炉在出钢时炉头频繁冒火，炉尾残氧量在0% ～5%之间频繁波动。由于混合煤气热值和压力的不稳定，造成调火工在烧钢控制时对空燃比的频繁调整。空气量过大不但降低了炉温并造成排烟量的增加，而且空燃比过大还将导致炉内处于强氧化性气氛，增加了板坯的氧化烧损;空气量过小将造成煤气的不完全燃烧，对炉子的能耗影响更大。

2．4 加热炉在保温时的空燃能耗

多年来，安钢1780 mm 热连轧生产线的设备故障和轧制事故较多，非计划停车和计划换辊往往造成加热炉处于保温状态，如果操作不当或与轧线沟通不畅，都会造成空燃能耗的巨大浪费。在加热操作方面主要有两方面的原因:一是加热炉的控制系统的仪表功能精度不高，造成控制系统的数值与实际的阀位不符，如空、煤气段流量调节阀在DCS 画面上显示开度为10%，而现场实际开度却在20%甚至更高，给操作工造成误导，降低了调整效率，甚至导致空、煤气量在保温期间调不下来;二是保温期间调整工的操作方法存在不合理的地方，往往为降到规定的目标温度，采取小煤气量、大空气量降温的方法，虽然煤气量降低了，但同时也降低了炉温，造成加热炉在恢复升温的时候浪费煤气较多。

2．5 轧制节奏的影响

轧制节奏的影响主要体现在加热温度及板坯在炉时间上，一是出钢时由于炉门打开，导致均热段瞬时降温大;二是提高轧制节奏，可以降低轧制过程的温降，有利于实现低温加热，并降低板坯的在炉时间。加热前期，板坯温度呈线性升温，炉温、板温的相差较大，后期板坯的升温速度变缓，慢慢向炉温靠近，上下表面和中心的温差逐渐缩小，达到出钢的技术要求。此后板坯的在炉时间对加热质量影响不大，但是消耗了能量，属于无效能耗，因此要在保证加热质量的前提下，尽量减少在炉时间。

3 降低能耗的主要措施

3．1 提高板坯热装率

提高板坯入炉温度和热装比例可大幅降低加热炉的煤气消耗［1］。提高热装率的前提是板坯必须具有良好的质量，并使炼钢连铸的生产计划与轧制的生产计划有效衔接。安钢热连轧机组投产以来，含Nb 微合金钢板坯的角横裂是影响板坯质量的重要原因，这些缺陷要角部清理后才能装炉。通过在钢中添加适量的Ti，有效防止了AlN 析出造成的角横裂。板坯质量的提高，为提高热装率提供了良好的技术条件。在生产计划管理上，由于为热连轧机组供应板坯的第二炼轧厂2#、3#铸机还承担着部分中厚板机组的供坯任务，因此应以热连轧热装为核心，合理安排炼钢和轧制计划，尽量缩短板坯在库时间，提高热装率。经过努力，热连轧机组的板坯热装率都有了明显的提高，目前，每月0 ～8 h 内入炉的比例达到45%以上，板坯入炉温度达到550 ℃以上，32 h 以内板坯入炉比例达到80%以上，平均入炉温度达到400 ℃以上，这对加热炉燃耗的降低起到了很大的作用。

3．2 合理分配热负荷，降低排烟热损失

根据板坯热装入炉时间和表面温度的差异，对加热炉各段的热负荷进行了重新分配。对0 ～8 h入炉的板坯，由于入炉温度高，采取关闭一加热段后段部分烧嘴，将加热重心向出料端转移，相当于延长了加热炉预热段的长度，充分利用炉子烟气温度对板坯进行预热;8 h ～32 h 入炉的板坯，采取低的一加热段的温度，冷装采取高的一加热段的温度，从工艺上制定出了新的针对不同生产工况下各段炉温设定制度，从而实现不同入炉条件的板坯，通过合理分配各加热段的热负荷，达到低排烟温度的目的，提高炉子的热效率，减少烟气带走的热损失，从而降低了加热炉的能耗。

3．3 稳定煤气热值，合理控制空燃比

通过能源动力部的积极有效沟通，在保持安钢总煤气平衡的前提下，对供给热连轧加热炉的煤气结构进行优化，在保证焦炉煤气不放散的基础上，及时调整混合煤气配比和压力来稳定煤气热值，为加热炉的操作和调整提供有利的外部环境，从2013年5月份以后，热连轧加热炉用混合煤气热值的稳定性比以前有了大幅度的提升。

合理的控制空燃比是降低能耗的重要手段。煤气在加热炉中燃烧过程中，如果空燃比过大，会从炉内带走大量的热能，降低火焰温度，并产生过多的废气，导致氧化氮、氧化硫的排量增加，不仅损失大量的热能，而且会导致炉内气氛中含有过多氧气，进而造成钢的严重烧损;而空燃比过小会造成燃烧不完全，降低热效率，造成热损失增大，会产生大量黑烟［2］。安钢热连轧加热炉的设计，高温烟气通过炉尾的烟道预热空气和煤气后，从烟囱中排放，因此气体的流动方向与板坯的运动方向相反。根据实际情况，在加热炉的调整策略上，均热段采用了较低的过剩系数，二加热段采用了低的过剩系数，一加热段采用了高的过剩系数。此调整策略的特点是，在高温的均热段，炉内气氛保持了还原性气氛，而温度较低的一加热段，气氛为氧化性气氛，过剩的煤气在向炉后的运动时，在一加热段与过剩的氧气产生二次燃烧。

板坯在不同温度下的氧化速度有很大的差别。钢坯表面温度在600 ℃以上时氧化开始有显著变化，温度达到1200 ℃以上，氧化烧损急剧增长。在其它条件相同的情况下，设800 ℃时的氧化烧损量为1，则1000 ℃时氧化烧损量为6，1100 ℃时氧化烧损量约为10，1200 ℃时约为15［3］。由于在高温下保持了还原性气氛，因而新的调整策略能够有效防止钢表面的氧化。在均热段的高温条件下，气氛与板坯表面以辐射传热为主，而板坯上下表面与中心则以热传导的方式进行热量的传递。由于氧化铁皮的导热系数比钢小，所以减少表面的氧化还可以提高板坯的热传导，提高热效率，对降低能耗也有一定的贡献。

在管理上，通过定期对煤气、空气调节阀的执行精度进行了校验，使调整工的操作效率和精度更高，更加容易实现炉内气氛的控制。

3．4 制定合理待轧工艺制度

为了减少待轧期间的能耗，根据时间的不同，制定了待轧期间的工艺制度，见表2。

表2 热连轧机组待轧保温制度

在操作上，当轧线出现事故停轧时，及时调整炉温和燃料量，按照表1 的要求降温，降温过程可以采取大风量的模式，保温阶段要及时调整空燃比至正常燃烧状态，并对流量调节阀的最小限位进行调整。从原来的8% ～10%减小到目前的3% ～5%，避免了以往大煤气量、大空气量待轧保温的现象。在管理上，在事故处理期间，加强与轧线的联系，及时了解进度和开车时间，严格按照工艺制度执行，保证复产板坯的加热质量。

3．5 优化轧制工艺

对于不含微合金元素的普通钢种，在轧制工艺上，优化和降低粗轧终轧温度，采取提高粗轧机的最高限速，提高轧制节奏，合理使用粗轧和精轧之间的保温罩，减少热损失，从而适当降低了加热温度。通过轧制工艺的优化，轧制节奏由150 s 提高到140 s，加热温度降低了10 ℃～20 ℃，轧线小时产量达540 t/h，比2012年高出40 t/h。

4 效果

通过以上措施的实施，安钢热连轧机组的能耗有了明显的下降。对比2012年，燃耗平均下降了0．28 GJ/t，目前能够稳定控制在1．45 GJ/t 左右。图1 是2013年10月至2014年6月加热炉能耗的统计情况，达到了国内相同机组的先进水平。

图1 加热炉月能耗统计

5 结语

通过对安钢热连轧加热炉的能耗影响因素进行分析，制定了有针对性的措施，实践表明了这些措施对降低加热炉的能耗行之有效，已经固化至相关的工艺制度中，加热炉总的能耗也由1．73 GJ/t 降低至1．45 GJ/t 左右，效果明显。

加热炉的节能降耗是一个系统工程，其影响因素也很多，除了采取针对加热炉本身的节能措施外，外围创造有利的生产条件同样不可或缺。因此，在降低加热炉能耗工作上，除了要加强研究应用新技术、新方法以外，还要在日常管理上严要求，抓落实，重细节，才能达到降低燃耗的目的。

［1］向云畔，郭宏丽．降低轧钢加热炉煤气单耗的措施． 武钢技术，2014，52(2):28 －29．

［2］王旌鉴． 合理组织燃烧 减少烟气排放． 四川冶金:2012，34(1):34 －37．

［3］邓伟，张青松，张宇，等．钢坯氧化烧损影响因素试验研究［J］．张家界:全国能源与热工2006 学术年会，2006:64 －66．