轧钢工艺节能技术研究

黄 敏

（马鞍山钢铁集团 第四轧钢总厂，安徽 马鞍山 243000）

目前，伴随钢铁工业产品质量的提升、工业产品品种的升级，不仅并未实现能源节约，反而加剧轧钢工序中的能源消耗速度。加热炉为轧钢厂生产工序中最为重要的一项耗能设备，加热炉能耗在轧钢厂总能耗中约占比70%。轧钢厂加热炉热能的居高不下除浪费国家资源外，也对环境造成一定污染，并增加企业生产成本，对企业长期可持续发展造成影响。因此，无论为加热炉节能的改进或轧钢厂加热炉能耗降低均为钢铁生产企业必然发展趋势[1]。

1 加热炉发展趋势概述

加热炉为轧钢厂生产工序中最为重要的一项设备，同时也为生产工序中耗能最高的一项设备。因此，对加热炉予以改进的主要目的即为，除需完成金属轧前的加热工作外，还应尽可能提升加热炉生产指标，降低能耗。虽传统加热炉的排烟方式、供热方式已在生产实践方面获得一定成就，但尚存在部分能耗问题并未得以解决。因此，加热炉改进方式众多，而引进人工智能化则为一项较为理想的途径。伴随近几年计算机技术及人工智能理论的发展，各项检测设备及仪表性能也随之不断提高，模糊控制及专家系统等技术目前已于加热炉燃烧控制领域得以广泛应用[2]。

2 轧钢厂加热炉现存问题

2.1 漏气漏火现象严重

通常情况下，加热炉投入使用半年后，加热炉蓄热室将会产生不同程度漏气漏火现象，加热段局部及加热段所产生的漏气漏火现象，除可对加热炉护炉板造成损害外，若现象严重将会致使加热炉报废。通常情况下，蓄热室结构为致使加热炉漏气漏火现象产生的一项主要原因，蓄热室内结构中，将纤维板作为保温层，而炉外钢板并未同护炉板焊接，蓄热室、预制烧嘴砖结构二者间并未形成统一整体，高温条件下，二者接缝位置易产生变形现象。此外，若焊接缝位置浇筑层厚度不足，经一段时间使用后，接缝位置也会产生裂纹，甚至导致严重的煤气泄漏现象[3-6]。

2.2 烧嘴砖破坏及挡板砖堵塞

实际使用过程中，挡板砖将会受加热炉粉末、煤气含尘及烟气杂质等因素影响，易产生挡板砖气孔被堵塞现象。若气孔堵塞严重，挡板砖将会产生弯曲变形，并会对加热炉产量、炉温等造成严重影响。除此之外，因烧嘴砖将会因煤气杂质侵蚀、高温烟气冲刷等因素，导致烧嘴砖自身强度降低，而烧嘴砖在加热炉中运转几年后将会产生更为严重的损害现象。因烧嘴砖的损坏，工人劳动强度将加大，耗能升高，并对燃烧质量造成影响。

2.3 其他方面问题

加热炉为体型较为庞大的一类煅烧加热设备，若设备内零件一旦遭受损害，将会降低加热炉功能，除产生堵塞损坏及漏气漏火等现象外，将会引发众多耗能问题。首先为换热器损坏。一旦换热器导管封死，将会降低均热段煅烧风量，而换热器所产生的老化腐蚀现象，也会导致煤气的自燃、泄露。其次，炉底结渣。当产生加热炉炉压未得以良好控制或加热炉负荷提高时，加热炉的吸冷风现象均会得以加剧，产生较为严重的炉底结渣现象。再次，炉内阀门损坏、煤气热值波动及水管结构均会导致加热炉热量流失。而加热炉在长期超负荷运行下，将会减短自身使用寿命。

3 轧钢厂加热炉节能设计策略

3.1 优化燃烧系统

借助燃烧系统的改造，促使燃料得以充分燃烧。如可先改进供油系统及供风系统，通常改造方式为增加与之相匹配的变额控制系统，经此改造后，氧化铁皮过厚、粘钢及回锭现象产生概率较小，因此也可起到良好节能效果。经计算，此项改造完成后，加热炉氧化烧损至少可减少0.5%个百分点。若以一个轧钢厂每年年产量为150万吨钢材展开计算，则经改造后，每年在成本支出方面则至少可节约一千万元，虽此项改造工作较费时费力，但经一个季度运转后，便可收回改造所花费费用。随后，应改造燃烧系统中的雾化喷头。设备运行过程中，燃烧器将会产生雾化现象，据分析原因主要为因长时间的冷热交替所导致的，因此，应对此部分予以改造，除可将运转时所产生的热损耗予以降低外，也可借助改造活动，提升燃料燃烧效率，提高经济收益。

3.2 改进水管支撑结构

传统加热炉内水管包装形式为以单层包扎砖包装，此包装结构下水管绝热性及高温抵抗能力均较为薄弱，而由炉内水管所造成的热损失约占总热量的10%，存在较为严重的能源消耗现象。为改善此现象，可以改进包扎方式，如可选用具备良好绝热性的新型复合包装，降低因冷却水所造成的热量流失。经此改造后，可有效降低热量流失，并可借助改进炉体保温材质将炉皮表面温度降至较低，借此也可将因空气流动所造成的热量消耗予以降低。伴随加热炉操作水平及设备水平提升，加热炉排烟温度得以降低，但实际上排烟热损失并未完全得以处理，所以，实现烟气余热回收为提升加热炉效率的一项重要途径。

3.3 减少排烟热损失

经加热炉排出烟气所造成的热量流失通常包括燃料不完全燃烧的化学热量部分及烟气显热的化学热量部分，同时在炉膛热平衡支出中占据较大比例，比例数值通常为20%～50%间。而相应排烟热损失率约为32%。为将此项热量损失降至较低，则需设计一项降低烟气温度、减少烟气量的方式，如对燃烧过程中的空气消耗系数予以正确控制，而当空气消耗指数超出1时，伴随n值加大，烟气量也随之增加，由烟气所造成的物理损失，也会随之增加，此状态下，燃烧产物温度将会降低，加热炉热耗升高；当空气消耗指数低于1时，伴随n值减小，加热炉内燃烧不完全燃烧现象增加，此状态下，化学热损失将会增加。所以，为保证对加热炉可实行正确的燃烧控制，应在确保燃料完全燃烧情况下，将空气消耗指数降至较低。现阶段蓄热式工业炉为新型废气余热回收技术，主要为借助技术手段对炉内废气予以回收，同时将余热转化为助燃加热的空气，借此除可提升煤气资源利用效率外，还可将废气资源对环境所造成的污染降至较低，将企业成本予以降低，提高企业经济效益。

3.4 降低炉膛内热损失

炉底水冷却管的损失、挡板砖损坏的热量损失及炉体散热损失等均为炉膛内热损失的主要来源。炉底的水冷却管承担炉内钢坯的总体重量，但炉底的水冷却管将会吸收炉内大量热量，并在钢坯上留置大量水管黑印。而加强炉底水冷却管绝热能力为现阶段降低热损失的一项重要手段，同时借助绝热包扎将会有效降低热损失。除此之外，选用绝热性良好、热性能良好的材料为降低炉内蓄热损失的重要方式。与此同时，伴随新手段、新技术的应用，相关技术人员将会研发出新型材料，对现阶段水管支撑结构予以替代，因此，无论为能源节约或能耗降低等方面，同现在相比均会有一定程度提高。

3.5 引入多功能炉衬的加热炉

多功能炉衬为黑体强化辐射技术于轧钢厂加热炉内的实际应用，主要功能即在于加强加热炉气密性，并提升工件加热效率。多功能炉衬即指在炉顶、炉壁等位置安装大量黑体元件，对烧嘴砖、热源装置予以保护性处理，同时还应强化加热炉整体炉墙处理力度。结合应用温度差异、炉型差异设置相应的黑体元件，除可增加炉膛传热面积外，还可提升炉膛黑度，以此实现对热射线的有效调控，提升传热效率，并增加辐射传热比例。实际上，黑体元件自身并非加热炉热源，炉内燃料、黑体元件间可产生相辅相成作用。同时，经研究指出，引入多功能炉衬后，炉衬使用寿命、炉温均匀性均得以显著改善。

4 结语

综上所述，目前我国轧钢厂中普遍存在能耗过大等问题，此也为导致我国轧钢厂生产成本较高的一项重要原因。因此，将轧钢工艺节能技术应用至加热炉工艺改进中具备重要意义。轧钢厂可借助多功能炉衬的加热炉引入、降低炉膛内热损失等措施，改进加热炉工艺。借此除可降低钢铁在生产过程中的能耗外，还可实现资源节约，推动企业长期可持续发展，并在一定程度上改善生态环境。