論連續退火爐節能減排降耗的控制措施

易新平

摘 要：文章分析了冷軋大型連續退火爐爐內氣氛中壓力、露點、氧含量等主要指標對公輔能耗和排放的影響，并針對退火爐設備制造、現場安裝調試和生產運行3個不同階段分別提出了降低公輔能耗和排放的措施。

關鍵詞：退火爐；露點；氧含量；爐內壓力；公輔能耗

1 概述

連續退火爐的關鍵性指標有爐內壓力、露點、氧含量等參數，這些指標與冷軋退火帶鋼的品質、介質能耗排放是息息相關的。當今市場，對產品品質提出了越來越高要求，然而對于每一種設備，在其制造、安裝、調試過程中已基本定型，就需要爐內有高品質的露點（小于-30℃ ）、氧含量（小于5×10-6）保證，故通過不停的注入保護氣體來保證爐內壓力、露點及氧含量的正常穩定，為了保證爐溫，就需要增加燃氣量，這些措施的執行就加大了能源的消耗和廢氣的排放。

設計年產能70萬t的大型立式連續退火爐，一般設計要求氮氣平均消耗約1.6×103Nm3/h，煤氣平均消耗約1.5×104Nm3/h，根據熱能公式可以得出帶鋼加熱需要的熱量3.6347×1014J，折合需要煤氣用量為8.8×107Nm3（按熱效率55%、煤氣熱值為7500KJ/Nm3計算）。

由于每座爐子單體設備在制造精度、現場安裝精度、調試生產穩定結果不同，每個鋼鐵企業所提供的能耗介質不同，所以其實際的能源消耗一般比設計值高3%～20%，折中按新增氮氣10%耗量（160Nm3/h）計算，溫度加熱到800℃（爐內溫度）所需能量為0.2392×106KJ，折合消耗的混合煤氣約為58Nm3/h，則每年多消耗煤氣為4.06×106Nm3（以年作業時間7000h計算），排放煙氣1.6×106Nm3、高溫氮氣1.6×106Nm3、氫氣8.05×104Nm3、氮氧化物528kg、二氧化硫213.15kg。

2 爐內主要參數與公輔能耗關聯

2.1 爐內壓力

爐內壓力是由分布于爐子各部分（主要是底部）大量保護氣體（壓力（0.1-0.3bar）注入和爐上各放散閥門的開度調節形成，在整個爐內形成一個正壓系統。通過保證爐內為微正壓（100-250pa）以達到防止外界氣體進入爐內，保證爐內氣氛穩定，從而保證產品質量和設備安全的目的。當爐內壓力高時，可以通過調整爐上各放散閥門的開度來保證爐內壓力正常，但是這增加熱保護氣體的流失，增加了煤氣消耗；當爐內壓力低時，可通過增加保護氣體注入量來維持爐內壓力正常，但這會降低爐溫，增加煤氣消耗。

2.2 氧含量

雖然爐內為正壓，但氣體流動極為復雜，無法保證爐內每一處都為正壓，所以也就很難杜絕氧氣的存在。爐殼焊接質量差、孔蓋密封不良、風機抽風口閥門、風機氮氣密封沒有打開都將使爐內氧含量增多，通過保護氣體中的還原性的氫氣與氧氣發生反應生成水，增加爐內露點；但冷卻段由于存在低溫負壓區，氧氣極易滲入，且由于溫度低于500℃（氫氣著火點），氫氣和氧氣反應無法進行，氧氣只能與帶鋼反應，造成帶鋼氧化。

2.3 露點

露點是在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態水達到飽和而凝結成液態水所需要降至的溫度。露點高低受進入爐內的原料中所含氧化物、以及表面由于擠干和烘干不良導致的水殘留影響。由于帶鋼原料有乳化液殘留、中間存放時間過長，帶鋼表面產生氧化鐵。堿液清洗主要是去除帶鋼表面的油污和懸浮鐵粉，帶鋼表面氧化鐵殘留。帶鋼進入爐內時，其表面的氧化鐵便與爐內保護氣體中的氫氣發生反應而生成水，增加爐內露點。

爐內露點升高，就需加大保護氣體的排放，造成爐內壓力降低，為保證爐內壓力就必須增加保護氣體注入量，帶走熱量降低爐溫，為了保證帶鋼的退火性能，則爐內溫度必須穩定，所以增加了輻射管的燃燒功率，增加了煤氣的消耗。

2.4 保溫

退火爐保溫好壞主要由排出的高溫氣體及自身的散熱所決定，爐殼散熱只能通過確保安裝時的保溫質量來控制，良好的保溫質量，可將爐殼溫度控制在70℃以內，而安裝工藝落后及安裝質量較差的爐殼溫度常常在90℃左右，局部處理不良可能達到150℃，這些熱損失只能通過增加煤氣燃燒來彌補，熱損失的控制難度多在輻射管支架、爐輥蓋、爐頂蓋、爐底蓋與爐殼的結合處。

年產能為70萬t的退火爐的爐殼面積約9000m2，按退火爐爐殼面1%面積超設計溫度30℃來計算增加的煤氣消耗為14Nm3/h，折合年消耗煤氣98000Nm3。

3 控制公輔能耗

3.1 爐內壓力控制

爐壓控制關鍵在于爐殼、風機循環管道的制造和焊接質量，孔蓋的制造安裝質量。在爐殼制造焊接中，采用氣體保護連續焊接來提高焊接質量，完成爐殼焊接工作后必須對焊縫質量進行PT著色探傷和煤油滲透檢測，在廠內進行預組裝，合格后方可發到施工現場進行組裝，所有爐殼組裝焊接采用氣體保護焊，并進行PT探傷；注意爐蓋、輻射管安裝法蘭、爐輥安裝法蘭等部位容易發生焊接變形或安裝變形的問題，確保其平面度在要求范圍之內；所有與爐體相連接的閥門要注意檢查，是否處于正常狀態；爐蓋、人孔是否處于緊密狀態；入口密封輥和出口密封輥間隙調整，最大限度地防止爐內氣體外泄。

爐內壓力在1200Pa時對爐殼的密封處及焊縫處做肥皂水測試，確保無漏點。爐內壓力從1000Pa自然降到100Pa的時間不少于30min（尤其是高氫氣段要做正壓和負壓實驗，合格后方可放行）。

3.2 氧含量控制

利用大、中修時間用對所有風機和循環管道做滲漏測試，確保無泄漏，并定期緊固各密封處的螺栓；定期更換風機、移動風箱、人孔、爐蓋的密封；保證風機軸封密封氮的壓力；對各風機的循環管道相關閥門進行檢查，保證都處于關閉狀態；檢查爐輥頂絲孔處于封閉狀態。

3.3 露點控制

露點控制關鍵還是把好源頭關，要求來料表面就是干凈清潔的狀態，主要在于生產組織和工藝的控制，保證中間庫干燥通風，合理安排生產計劃，防止原料存放時間過長而產生氧化；同時酸軋的軋制要求表面殘留的水分和乳化液要控制好，避免氧化生銹；連退機組相關人員定期檢查、清理、更換清洗段擠干輥，確保干燥系統的高效運行，將帶鋼表面的水控制在最少。

3.4 保溫控制

對于保溫的控制保溫材料的質量、保溫材料的安裝質量是兩個關鍵因素。首先應確保保溫材料材質、型號，材質的選擇是根據所處各段的爐溫決定的，退火爐不同區域爐溫不同，其保溫材料的密度也不同、所耐高溫程度也不同，如果單單從外觀上難以區分，所以在我們所有的耐材進入安裝現場后要求詳細的清單，并附質保書，同時通過監理進行專業機構的鑒定。其次，施工過程嚴格執行安裝標準和要求，安裝的先后順序、安裝的具體層數、安裝的厚度、過渡處的處理原則、安裝面的間隙、同時注意在輻射管法蘭及支架處填塞同等厚度的保溫棉，不留間隙，防止高溫氣體直接與爐殼接觸。耐材安裝好后，不銹鋼內襯板的安裝技巧也是非常的關鍵的，如果內襯板與耐材太緊，在加熱的過程中會把內襯板、錨固釘變形，露棉，但是太松導致棉脫落，保溫效果不良。

4 結束語

在本文的研究過程中發現，這些指標都是息息相關的，如同一件事情，前面的將會直接的影響的后續的發展，所以在進行連退爐的項目時，一定要把好設計、安裝建設、調試、生產的各個環節，希望通過本文的介紹可以起到拋磚引玉的作用，讓大家了解項目設計、制造、安裝質量控制和生產過程控制在節能減排、降耗都具有重要的意義。