宽厚板加热炉节能改造与应用

邓静波

（湖南华菱湘潭钢铁有限公司 宽厚板厂，湖南 湘潭411101）

湘钢3 800 mm宽厚板单机架生产线远离连铸机，加热炉不能与铸机直接对接，板坯从连铸运输辊道下线后，通过汽车倒运到产线板坯库内进行堆垛，再根据轧制计划装炉，热装率及热装温度受到极大的影响。另一方面，湘钢煤气资源较为紧张，发电用气和生产用气频繁冲突，煤气用量不足造成板坯待温频繁，影响轧制产能的稳定发挥。为响应公司节能降耗工作，迫切需要开展降低煤气消耗的攻关。

1 湘钢加热炉工艺及技术参数

湘钢3 800 mm宽厚板单机架生产线的加热炉于2007年设计建造，配置有两座加热炉，设计按照双炉对单机的生产模式，随着近几年降成本工作的开展，目前已停用一座加热炉，实行单炉对单机的生产模式。加热炉采用高焦混合煤气燃烧，按双排或者单排装出钢生产，每座加热炉配有煤气和空气预热器各4个，主要技术参数如表1所示。

表1 加热炉主要技术参数

2 节能降耗措施

2.1 提高轧机生产效率

所有节能降耗的措施中，生产效率提高是降低单位能耗最直接有效的办法，并且随着板坯装炉的节奏的加快，可同时减少板坯堆垛冷却的时间，提高板坯装炉温度。但单机架轧制有其固有的不利因素，单机架批次轧制中间坯需要从轧机出口空过到轧机入口区域控轧，过程需要耗时1 min左右，大大降低了轧制的生产效率，批次轧制过程如图1所示。

图1 单机架批次轧制过程示意图

因此提高单机架轧制效率的重点是缩短每个道次之间的间隙时间。整个轧制过程为自动控制，将轧制过程按各个时序进行分解再分析其连贯性，对每个时序的设备动作时间、信号传输执行与反馈时间、等待时间进行优化，充分挖掘各个设备、各个时序之间衔接时间潜能，减少轧机空闲时间[1]，通过攻关将道次间隙时间缩短为原来的75%，轧制效率显著提升。

2.2 加热炉水梁改造

加热炉水梁是炉内的主要承重构件，用厚壁无缝钢管制成，水梁采用双层小直径结构，由两根圆形无缝钢管组成，钢管内通净环水进行冷却，耐热垫块在水梁顶部交错布置，以减少板坯黑印温差。钢管外部用硅酸铝纤维毯和低水泥浇注料包裹，起到隔热保护作用。浇注料在水梁顶面砌成一个平面，长期以来氧化铁皮堆积在该平面上阻碍热能向板坯下表面传递，造成板坯温度差、温度不均匀。通过打破原有设计，将水梁顶面的耐火材料去除，重新以耐热垫块为起点，用浇注料砌成两边向下的斜面，氧化铁皮向两边滑落不堆积，如图2所示，改善板坯下表面的传热条件，提高板坯温度。

图2 水梁顶面改造示意图

2.3 炉衬采用节能涂料

加热炉内部热能的传递主要以辐射的方式进行，占热能传递的80%以上，煤气燃烧将热能以辐射的方式传给板坯和炉墙，当炉墙把炉气辐射的热能由反射回炉膛时，因光谱特性的差异，反射的热能大部分重新被炉气吸收通过排烟带出炉外，不能被板坯吸收[2]。

炉内辐射的有效热能大多数集中在1～5 μm波段，该波段的热能极易被板坯吸收。湘钢加热炉在炉膛内壁及水梁表面均匀喷涂一层高温红外节能涂料，该涂料以其优异的化学组成及结构，不但提高炉墙的黑度增加炉墙的吸收率和辐射的发射率，而且改变自身辐射的波谱，增强了1～5 μm波段的红外发射率,提高板坯加热温度，同时还可以起到降低排烟温度的作用。

2.4 富氧燃烧改造

富氧燃烧技术是以氧气体积分数大于21%的气体做助燃剂的条件下的燃烧，于上世纪八十年被提出[3]，国内目前在宽厚板轧钢加热炉上的应用案例较少，与普通压缩空气作为助燃剂相比，具有加快燃烧速度、提高火焰温度、减少排烟量、减少NOx的排放等优点。为减少系统停机时间，湘钢自主设计开发富氧燃烧系统，如图3所示。

图3 富氧燃烧系统示意图

在加热段空气主管道中加入氧气，混合了氧气的压缩空气一起被送到烧嘴处进行燃烧，并在管道上安装氧化锆探头测量混合气体中的氧气含量，作为氧气流量控制的依据。通过应用分析调查，富氧燃烧技术对节能的关键，一是提高火焰温度，二是用少量体积的氧气置换大量压缩空气，可以减少烟气排放带走的热损失。

2.5 装钢块数优化

湘钢连铸板坯宽度以2 080 mm和2 280 mm为主，加热炉的有效长度37 900 mm，额定加热能力150 t/h。考虑两块板坯之间的间隙、装出炉端基于设备安全设计的富余空间，加热炉两端板坯在炉子里面装满的块数为30～32块。炉内板坯间隙大、富余空间多、板坯块数少可以使坯料受热面增加，板坯获得的辐射热流增大,从而缩短加热时间提高加热温度。但是板坯间距过大、富余空间过多又使得炉内单位面积摆放的板坯块数减少，反而会降低生产效率，不能满足轧制节奏的需求，因此需要获得二者之间的最佳平衡。

调查分析设备功能富余量，实地测量炉膛长宽、水梁长度、出炉激光位置，在不违背原始设计原则的基础上，对板坯间隙、装出炉段的富余空间进行优化设计，实现在不新增投入、不停机改造的条件下实现了装钢块数的增加，加热炉的加热能力提高约12 t/h，减少板坯待温时间的效果明显，为降低煤气单耗提供了基础（见表2）。

表2 装钢块数改进效果对比

2.6 空、煤气预热器换新

单机架生产线轧钢加热炉使用的煤气为高焦混合煤气，预热器自服役以来受多种因素影响一直未进行更换，高焦混合煤气中含有大量焦油、粉尘，造成空气预热器外壁易粘连焦油等杂质，降低换热效果；煤气预热器不但外壁易被焦油等粘结，内壁更易粘结，使得换热效果降低，影响加热炉能耗[4]。

对原有的4个煤气预热器和4个空气预热器进行换新，空、煤气预热温度大为提高，排烟温度明显降低，起到较好的节能效果。

2.7 运输车辆改造

湘钢3 800 mm宽厚板单机架生产线受场地限制，没有配置在炼钢生产线之后，板坯从连铸下线后需用汽车倒运到板坯库，不能实现板坯直装，特别是下雨天，板坯在路途运输过程中相当于一次淬火，巨大的温降造成大量的热能损失。为降低运输途中的温降，公司对板坯运输车辆自行设计制造保温罩，如图4所示，运输温降可以控制到40℃。

图4 车辆保温罩实物照片

2.8 炉门半开动作优化

加热炉内炉膛气压的一般按照微正压控制，即炉内气压略大于大气压力，避免炉外冷空气吸入炉内，再者保持合理的空气过剩系数使煤气得到充分燃烧。但在装、出钢炉门打开时，炉膛内气压下降，冷空气被大量吸入炉内，引起炉温波动、能耗增加。

加热炉的出钢炉门分成左右两部分，出钢时同时升降，造成炉膛压力骤然降低，外界冷气被快速吸入炉内。通过优化设计炉门打开和取钢机动作，实现炉门只开启出钢位置的半边，另外半边不开启，大为降低炉膛气压的损失，减少了外界冷气渗入。

3 应用效果

通过实施以上措施，湘钢3 800 mm宽厚板单机架生产线的轧钢加热炉的热效率提高，轧钢煤气单耗从1.4 GJ/t降低到1.1 GJ/t，年创效达到1 200万元，加热炉基本实现了稳定运行，在提高产能、节能降耗方面有了较大的进步。