轧钢加热炉节能及降低氧化烧损优化措施

张秀山

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司型钢厂，山东 济南 271126）

1 轧钢加热炉概述

加热炉作为轧钢工序中的主要耗能设备，在生产过程中能源消耗占热轧工序能耗70%以上，其节能降耗水平对整个冶金生产具有直接影响。当前国内大多数轧钢产线的加热炉仍处于半自动控制，板坯加热质量因人而异，板坯出炉温度波动大，燃耗和烧损居高不下，对轧制稳定性和过程温度指标控制造成很大影响。各轧钢企业在发展规模和生产条件方面有一定的差异，因此需要重视与实际情况相结合，合理地进行扎钢加热炉的配置，比如说温度的调控、加热钢筋规格的优化，这些都是配置过程中的要点。

2 轧钢加热炉节能降耗的具体要求

在操作中需要有效地对节能策略进行落实，这样才能使轧钢加热炉的生产水平提升，然而需要注意保证钢坯出入温度的合理性，优化加工工艺和加工方法，否则盲目的通过消减燃气用量等方法进行节能降耗，可能会导致适得其反的结果。在轧钢加热炉运行过程中，需要合理地进行产能优化，这样才能缩短钢坯的过烧时间，以减少燃气的用量。当前轧钢加热炉的种类非常丰富，但是各炉的炉况有一定的差异，因为烧损程度不尽相同，需要重视生产工艺的优化，加强生产设备的分析，合理的对控制系统进行设计，以便使炉的烧损量减少。从理论分析和实践可以发现，在相同生产条件下，如果加热炉配备了科学的过程控制系统，可以有效地减少烧损量，有时甚至可以降幅0.5%。当前加热炉的日生产规模逐步扩大，随着时间的推移，生成的累计减少量尤为客观[1]。

3 实现轧钢加热炉节能相关措施

3.1 优化炉内结构

每个企业使用的轧钢加热炉并不完全相同。因为燃气种类有区别，炉内结构也或多或少会存在一定的差异，根据企业在生产过程中的具体要求选择相应的设备，如果单纯使用高热值的燃气，常规换热型加热炉较为合适，然而某些企业并不使用高热值燃气，而使用一些低热值燃气，如果需要使产能提升，控制能源的损耗，可以使用双蓄热性加热炉。我国在轧钢加热炉的选择方面依然没有形成完善的标准和体系，需要以实际情况相结合，根据企业的具体要求合理进行选择。某些企业使用的燃气种类较为丰富，在选择加热炉时，可以依照燃气的情况自由选择。除了需要关注当前企业的生产要求外，还需要从长远角度出发合理进行规划，需要给企业一定的拓展空间。不管是使用何种加热炉，都需要保证钢坯的加热质量，否则就可能导致生产受损。

3.2 提高加热炉装备水平

对加热炉的运行能力进行衡量时，需要注意以钢坯加热质量和节能水平为基础，另外还需要分析扎钢加热炉装备水平。从企业角度出发选择加热炉时，需要重视以下两点，首先需要注意以企业的持续发展为基础，不单单需要保证所选的轧钢加热炉符合当前发展的需求，还需要注意从未来角度出发保证轧钢加热炉的长远使用，注意加强其智能化控制水平。比如使用脉冲燃烧技术。在脉冲燃烧模式下，可以有效地控制相关数据，每个烧嘴喷出火焰的热焓、速度以及火焰的长度都是一个定值，如果在应用过程中对多个烧嘴进行适当的组合分区、合理的布置，就会获得满意的处理炉内温度场的分布，这样才能保证极高的板坯加热质量。对于在“小流量”的保温状态下，也就是低负荷燃烧状态下，每一个烧嘴都可以在打开期间，喷出的燃料和空气量和“大流量”状态下是相同的，仅仅是打开的时间不同，所以在应用过程中不存在火焰长度受到常规控制下的小流量影响的问题，这能够提高板坯在长度方向的温度均匀性。通过烧嘴间隔性的开闭组合，能够在应用时更大程度地增强炉内各段的炉气紊流搅拌，促进炉气和钢坯的热交换，这样才能达到节能和提高炉子热效率的目的。另外需要注意对使用合理的装备操作方式，依照行业具体规定要求。基于手工机械的操作方式局限性非常明显，无法确保钢坯的加热质量，也无法保证节能目标的实现。因此相关技术人员需要重视以装备的特点为基础加强日常管理，引入自动化控制技术，使员工的操作水平提升[2]。

图1 加热炉内部结构示意图

3.3 合理调节空气系数

由于轧钢加热炉的类型各有不同，对应的燃料使用情况也不尽相同，除了使用单一的燃料外，某些企业还使用各种燃气掺在一起，形成混合燃料。多数企业为了控制最佳空燃比，逐步开始使用现代化技术监测燃气热值的变化情况，并且以此为基础对空气和燃气的流量进行调整，使二者处于合理的比例，使燃烧的效率提升。这种技术在应用过程中具有较好的效果，引入热值仪等相关设备后能够有效了解设备的使用情况。但是部分企业生产条件有限，这些企业通过人工经验适当改变空气量，以维持燃气流量恒定为基础对比生产情况，探索出最合适的空气燃料比。

3.4 引入连铸坯热送热装工艺

当前连铸坯热送热装技术也得到了很好的应用，可以持续地释放物理热。在此条件下通过科学的方式进行控制，可以有效地拓展轧制工艺，融入连铸技术，可以有效地实现节能降耗。在实践当中需要重视优化控制技术，有效对各工序进行衔接，以达到较好的效果[3]。

3.5 提高热送热装率和热装温度

降低烧损，提高热送装率和热装温度是当前不需要投入大量资金就可以实现的降本增效方式。近年来在同等情况下，每提高10%的热送热装率，就可以使燃气消耗量减少约2%～3%，使热送热装率和热装温度提高，不单单可以节约燃气，还可以使氧化烧损的情况得到有效控制，适合大批量生产。

通过观察不同阶段钢坯的环境情况，再利用科学合理的温度计算方法，能够对钢坯各个阶段的温度进行预测，包括预测出最终钢坯出炉的大概温度，对于所预测的温度进行分析可以了解各个阶段的钢坯加热情况是否符合生产工艺要求，若出现阶段性的温度差异时，企业工作人员及时调整有利于整个钢坯在炉内的加热顺序。

3.6 炉内设备节能措施改进

对炉内设备节能措施进行优化，具体从两个方面实施：第一，增加炉体本身的绝热能力，在以往的炉内钢坯加热过程中，因炉体内保温性能不良，从而导致大量能量在加热过程中损失掉，进一步确保了炉内加热钢坯能量的低消耗；第二，在进行钢材冷却步骤时，采用气化冷却代替冷水冷却，可极大地减少水的使用频率，也减少了钢材在冷却过后形成冷水黑的肯能，将钢材加热冷却成功率大大提升。

3.7 跟踪钢坯炉运行速度

为了降低加热炉对能量的消耗，需要先观察炉内钢坯运动轨迹。同时对经过的速度进行计算，确保炉内钢坯一直处于高温情况，为钢坯炉运行速度控制提供可参考的数据依据。

4 降低轧钢加热炉氧化烧损的有效措施

4.1 提高加热炉的自动化水平

扎钢加热炉使用时氧化烧损的问题非常严重，需要重视加强设备的优化和改进，使自动化水平提升，保证氧化烧损得到有效控制。首先加热炉的散热性能会对氧化烧损情况产生较大影响，主要是由于炉内保温层等的影响。因此需要重视加强管理，对保温层进行优化。在炉内原有结构上适当采取相关措施增加保温层，比如说使用高性能的保温材料，并且将其在风管上固定。这样可以有效地避免氧化烧损情况。其次，炉内持续性氧化烧损的条件下，需要注意对加热炉进行改进和优化，使用具有良好可塑性的炉内材料，适应炉内温度大幅度升降。最后在日常生产时需要重视采取合理的策略，优化控制炉温，防止氧化烧损的问题出现，保证炉温在后稳定合理的范围内，需要控制其在620℃以下[4]。

4.2 引入新型蓄热式燃烧技术

加强加热炉温度控制模型的优化非常重要，加热炉控制系统是整个加热炉过程控制系统的核心，主要任务在于按生产工艺要求逐步对进入加热炉区域的钢坯进行准确的生产控制和跟踪，并通过数学模型进行有效地控制管理和运行，对加热炉炉内钢坯的温度进行实时跟踪，计算数据，优化控制钢坯的升温过程，精确控制钢坯的出炉温度和均匀度，降低氧化烧损，在提高加热质量及产量的前提下节省能源[5]。蓄热式燃烧技术应用过程中可以有效地缓解氧化烧损，为生产提供较好的条件，以便逐步实现节能降耗。在该技术应用过程中燃烧方式出现了较大的变化，选择主要是大空间扩散燃烧的方式，与此同时加热炉在加热是具有一定的均匀性，可以保证炉温在一个平稳的状态下将传统方式下温度在某一区域出现异常的问题解决，有效地控制空气系数过剩的情况[6]。在生产时可以有效减少产生的废气含量，与此同时蓄热式燃烧技术在使用过程中选用的主要是低热值燃气，燃气的用量相对较少，可以帮助企业达到节省成本控制支出的目的。新型蓄热是可以有效地控制空气和燃气的预热温度，使其低于出炉烟气温度约100℃，这样可以大幅度提高热效率，使热效率在70%左右[7]。另外蓄热式加热炉的吨钢能耗相对较低，只需要花费372立方米，高炉燃气加热成本约为每吨11元，而非蓄热式加热炉的成本为每吨40元[8]。

5 结语

在轧钢加热炉使用过程中，往往会出现氧化烧损等各种问题，需要采取合理的措施进行处理。比如说技术优化、合理进行设备选型等，使加热炉的功能性能提升，使其在效率和加热治疗方面都能获得较好的效果，在保证正常生产的同时有效地控制废弃物的出现量。在实践中需要与企业的生产要求相结合，逐步进行加热炉的优化改进，加强实践，从本质上提升扎钢加热炉的工作性能。