棒线材坯料加热的节能减排技术发展探讨

许颖波，舒云胜，武天寿，王东宇，杨章令

（红河钢铁有限公司，云南 蒙自 661100）

某钢厂现拥有1座双蓄热步进式加热炉，1座双蓄热推钢式加热炉，步进式加热炉最大加热能力为160t/h（冷坯），加热炉有效长度20880mm，有效宽度12644mm，加热炉主要采用3段炉温自动控制系统，采用蓄热式侧烧嘴，炉墙的内层采用纳米绝热保温板贴附，第二层覆盖20mm左右的隔热甩丝毯，第三层采用耐火砖砌筑，外层（接触火焰）采用耐高温料喷涂，外部换热原件工作区移到距离炉墙1.5米的外围进行布置，炉顶除正常的耐热浇筑层外锚固靶向加热元件反射热能，整个炉膛内安装靶向加热元件约11582个提高加热能力。目前还没有采用汽化冷却，但水梁的使用寿命正常，炉墙各点温度不超过110℃。在长期加热过程中，加热炉暴露了一些弊端和需要改进的地方，保温材料不能屏蔽热辐射，造成大量热损失，燃料加热需要的空间巨大，效率还不够，探索新的加热工艺极具必要性。

1 棒线材生产线加热炉节能技术优化

1.1 选用适合生产的加热炉结构

加热炉设计应结合公司的基本条件和需求，如投资计划，等级和规格加热，燃料类型，加热炉生产和可用性，加热温度和能源消耗。只有清楚这些才能确定轧机的结构和水平。

如果企业大多是低热值燃气并且有更常见的钢被加热，那么在选择轧钢炉时，必须选择带有空气和燃气的双蓄热炉。如果生产稳定，选择传统的热交换炉，如果公司有不同类型的天然气，结合公司的经济效益来确定加热炉结构。大型钢铁企业应根据加热炉的基本功能选择加热炉结构，结合钢坯的加热质量和生产的稳定性，综合考虑节能效果。

炉膛水平与钢坯的加热质量和节能效果直接相关。依靠手动操作，不可能离开仪表控制装置来达到提高质量和节约能源的效果。因此，仍然需要将炉级和基于信息的智能技术与开发愿景相结合。

1.2 加热炉新技术发展

1.2.1 高效、环保、低成本燃烧

作为加热炉的核心部件，燃烧器受到越来越多的关注。随着新环保法的颁布和实施，低NOx燃烧器已成为未来的发展趋势，考虑到燃料燃烧效率和炉内温度的均匀性。对于大型炉，低NOx可调火焰燃烧器，低NOx平焰燃烧器和高调节比平焰燃烧器应该是优选的。

炉膛智能燃烧技术是近年来发展起来的一种燃烧控制技术，它基于模拟燃烧控制改为数字燃烧控制，火焰长度和温度分布不受热负荷变化的影响。当气体热值相对稳定且炉内温度场均匀时，气体流量调节的过渡期是合适的，但当气体热值频繁变化且不能稳定时不合适。优点是：燃烧器结构简单，易于控制，温度场均匀，燃料利用率高。

氧燃料技术的研究和推广，氧燃料技术已应用于多家钢厂，该技术的优点是：①燃料利用率高。由于烟气量少，可以减少炉气的相对流量，延长燃料在炉内的停留时间，提高燃料利用率；②产量会增加。在提高理论燃烧温度的同时，它还提高了炉内的实际温度，从而增加了功率；③减少了NOx排放。炉气中的N2浓度降低后，废气中NOx的排放量大大减少，这是国内外燃烧行业人们的热点，也减少了NOx的来源。这也是一种方式。

1.2.2 热平衡转化

热交换器已广泛用于轧钢炉中，作为炉废气余热回收的特殊节能装置。空气和燃气预热温度高，投资和维护成本低，一直是公司关注的焦点。目前，主要有片状管式热交换器，管式插入式热交换器和喷射式热交换器。然而，一般的问题是由于空气预热温度低（400℃～500℃），钢轧制炉中烟气余热的回收率低。目前，中国的几所大学和研究机构正在研究高效，低成本的热交换器，这将使热交换器的结构和材料发生重大变化，并在三到五年内预计将实现工业化。

随着新型炉衬材料的发展，衬里材料逐渐发展为轻质，模块化，高阻燃，衬里蓄热损失低，因此上升速度和冷却速度快，国内外大型加热炉成为首选。真空保温板是近年来发展起来的一种新型高效保温材料，其导热系数为0.003 W/（mK），是传统耐火材料的1/10，厚度为1它只有/7。实现了1/10节能和节省空间的目标。在钢铁厂中，浇注料用作火表面的衬里材料，并且加热炉外壁的温度降低20℃，因为纤维模块和真空隔热板用作隔热层。

在加热炉的高温部分的顶部和侧壁上涂上高辐射涂层（黑体涂层）或高反射涂层（白体涂层），在加热炉的高温部分涂上高黑度因子散热器以释放气体山。它被转换为黑体辐射。上述技术的实施可以将加热炉的单位消耗降低3%至5%。

2 棒线材加热技术展望

2.1 感应加热

随着棒线材坯料断面的不断增大，对于目前常用的165*165方坯，工频感应炉加热深度为10mm～20mm，加热温度在900℃～1030℃，这需要充分利用钢坯的自身余热，配合更加快速地轧制速度来实现。

感应加热设备、感应加热生产线自动化控制程度及高可靠性要求在持续提高，必须加强感应加热工艺成套装置的开发。同时感应加热系统正向智能化、小型化、节能化控制方向发展，具有智能控制和自动诊断，高控制性能的感应加热系统正成为未来的发展目标。

2.2 智能电炉加热

金属材料强反射率对使得微波加热不能很好应用，同时加热温度过低不能很好应用，而远红外加热技术法向发射率大于92%，热响应时间小于2分钟，使用温度在780℃～900℃之间，加热层深度有限，不能很好的应用，而智能电加热炉可以满足不同断面的坯料，加热温度能从0℃～1100℃任意调节，一般使用电阻和电子束加热，在金属内部直接生热，升温速度快，可根据不同钢种的加热温度要求，实现整体均匀加热或局部加热（包括表面加热），在电加热过程中，产生的烟尘、残余物和以及其他排放物少，可保持被加热物体的洁净，不污染外部环境，实现减排目的。

2.3 清洁燃料燃烧加热

使用清洁能源进行燃烧加热，在氢气、酒精等能源价格低廉时，使用清洁燃料进行替代。氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142，351kJ/kg，氢与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用，目前主要是在分解和储存中存在的难题未能突破，在低成本分解和储存技术突破的同时，加热能源以及加热技术也将随之发生变化，同时新的加热循环利用技术也将带来研究热潮。

3 结语

我国轧钢工序能耗和国外相比，还存在较大差异。在棒线材生产过程中，加热技术与生产工艺统筹推进，从加热温度需求、加热炉节能技术应用、新型加热技术设计等方面提高能源利用率，实现节能生产。