連續退火爐節能技術研究與應用

劉 麗

(山東鋼鐵集團日照有限公司冷軋項目部,山東日照 276800)

連續退火爐節能技術研究與應用

劉 麗

(山東鋼鐵集團日照有限公司冷軋項目部,山東日照 276800)

連續退火爐是高能耗工序,為了降低工序成本,系統分析了連續退火爐運行過程中的實際能源消耗情況。從工藝、裝備和自動化控制多個方面對節能技術進行了深入的研究,成功應用了一系列節能措施,效果顯著,能耗指標達到國內先進水平。

連續退火爐;節能;技術

1 引言

自從1972年日本新日鐵公司成功建成了世界上第一條冷軋帶鋼連續退火生產線以來,連續退火技術因為其得天獨厚的優勢,成為了現代冷軋帶鋼生產的主流,尤其是隨著汽車行業和家電行業的崛起,冷軋退火技術得到了快速發展和廣泛應用。作為冷軋帶鋼熱處理生產線上的關鍵耗能設備,其生產運行過程中需要消耗燃氣、氮氣、氫氣、脫鹽水等大量的能源介質,其能耗占冷軋廠能耗的30%以上,因此連續退火爐節能技術控制水平的高低對冷軋廠的降本增效起到了決定性的作用。為了提高冷軋廠的核心競爭力,對連續退火節能技術進行研究有著重要的意義。

2 連續退火爐的能耗分析

日照公司連續退火爐關鍵設備引進比利時DERVER,用于高品質表面質量的汽車板、家電板和高強鋼的退火處理,設計年處理能力200萬噸。設備主要由預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段、終冷段、水淬及余熱回收裝置等組成,使用焦爐煤氣加熱,爐內通入一定比例的氮氣和氫氣混合氣體作為保護氣。在整個工藝流程中,除了速度和張力微調外,都是由系統程序自動控制完成,基本實現了自動化作業生產。

為了獲得高品質冷軋退火板,需要消耗多種能源介質,燃氣主要用于將帶鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間;氮氣主要用于作為爐內保護氣體,還原帶鋼表面殘留的乳化液和保持爐壓、爐子啟(停)車時吹掃、管道密封、閥門和電器元件的吹掃;氫氣主要用于作為爐內保護氣體,還原帶鋼表面殘留的乳化液和保持爐壓、快冷段調節冷卻速度時的供給;脫鹽水主要用于退火爐冷卻水內循環系統和水淬槽的消耗。

3 連續退火爐節能技術分析應用

為了應對市場競爭,提高自身競爭力,退火爐工序對節能技術進行了細致入微的研究,從工藝、裝備和自動化控制等方面進行深入挖潛,成功應用了多項節能技術,力爭達到優質、高產、低耗、環保的目標。

3.1 加熱裝置的結構優化

大型連續退火裝置的加熱段、均熱段一般采用燃氣輻射管。為了降低燃氣消耗,最根本的措施就是提高燃氣輻射管的工作效能,主要包括提高能源介質的燃燒效率,增大有效輻射面積,輻射管表面溫度均勻化,降低排放煙氣溫度,降低殘氧量等。因此,日照公司采用全新設計的W型輻射管,輻射管直線部分由耐熱鋼離心澆注而成,彎頭是靜態澆注而成,對換熱器尺寸進行了優化設計,延長了煙氣的循環通道,在輻射管與換熱器之間引出一小部分廢氣進入助燃空氣里,形成廢氣循環回路,利用文丘里效應,使廢氣循環速度加快,從而達到輻射管各點溫度均勻,并且將助燃空氣預熱溫度提高到550℃,然后和焦爐煤氣混合燃燒,使輻射管的燃燒效率提高了12%左右。

3.2 提高耐火材料的設計和安裝水平

由于退火爐的內外溫差很大,爐體會通過傳導方式向爐壁外表面傳熱,造成大量的熱損失,為了有效降低爐墻溫度,減少熱損失,從而達到節能的效果,對爐子耐火材料的設計和安裝過程進行了優化控制。

(1)合理設計爐墻厚度。要求爐子設計單位模擬烘爐時爐墻和爐頂的溫度實驗,將原設計的250 mm爐墻厚度優化為現在的300 mm。

(2)優化設計耐材材質。加強爐壁的絕熱保溫效果,爐殼內部側墻與頂部采用全纖維內襯及不銹鋼保護板,底部為輕質絕熱磚,底蓋用纖維毯絕熱,上面設有保護板。采購的絕熱耐火材料的導熱系數均比較小,保溫效果顯著,爐壁外表面溫度保持在75℃以下,節能效果良好。

(3)提高耐材安裝標準。加熱段及均熱段的爐墻側面襯板采用新型邊部下壓結構,采用四角焊接成型方式,爐殼內側面焊一根高30 mm的鋼管,該鋼管與固定爐內耐火材料的錨固釘焊接在一起,便于現場錨固釘的定位和保證錨固釘的垂直度,爐墻側面襯板的錨固釘焊接技術嚴格執行制定的標準要求,這樣可以有效避免內襯板發生翹曲變形,耐火纖維暴露影響絕熱效果。

3.3 先進燃燒控制技術的應用

為了有效提高能源介質的利用率,創新性地應用系列先進控制技術,增強爐溫控制、燃燒控制、爐壓控制的快速性和準確性,主要包括以下控制技術:

(1)光譜式熱值儀參與控制,在線自動調節空燃比。空燃比過小會導致燃料不完全燃燒,增加化學不完全燃燒熱損失,空燃比過大會導致大量沒有參與燃燒反應的空氣變成廢氣排出,并帶走熱量,空燃比例合適與否,直接決定了能效水平的高低。因此,爐區各個段爐膛安裝光譜式熱值儀,參與爐區加熱控制,根據對供給的燃氣分析結果,自動精確調節空燃比。

(2)采用脈沖調節與比例調節相結合的燃燒調節方式。根據爐子總輸出功率,以輸出功率70%為分界點,靈活實現脈沖調節到比例調節的切換。相對于國內常規的單一模式控制,能夠更加精確地控制燃氣消耗,延長閥門使用壽命,提高燃燒效率,達到了節能的目的。

(3)爐壓實時監測并精確控制。爐內每個爐膛安裝高精度壓力變送器,根據所有壓力變送器檢測結果,取最小值,與設定值進行比較,給出輸出值,保持爐子從入口到出口總體壓力平衡,動態精準地控制爐內氮、氫保護氣體的放散和通入量。

(4)掃描式測溫儀參與溫度閉環控制。摒棄了原來設計的單點溫度計參與控制,創新性地應用了出口掃描式測溫計參與快冷段四個區的溫度閉環控制。根據出口掃描式高溫計實時測定溫度值,控制邊部擋板調節帶鋼寬度方向溫度的分布,相對于國內現有的常規測溫儀,更加精確地控制了帶鋼溫度,保證了帶鋼寬度方向上的溫度均勻性。

3.4 余熱回收利用

為了充分實現余熱回收利用,降低排煙溫度,提高節能效果,對燃燒廢氣設計了三級余熱回收。廢氣一級利用去輻射管,預熱助燃空氣;二級利用去預熱段,通過廢氣和氮、氫熱交換,預熱帶鋼;廢氣三級利用去生產過熱水,通過廢氣和水熱交換,生產過熱水,用于清洗段和熱風干燥段。并且,為了提高換熱效果,分別對此三級余熱回收系統的核心設備精確選型和優化設計。

3.5 退火工藝制度優化

合理的退火工藝制度,不僅要求能生產出質量優良的帶鋼,更要求降低退火成本,達到節能減排的目的。為了保證質量,過度消耗能源顯然是不可取的,不利于長遠的成本控制,然而廢品、次品卷實際上是對能源的最大浪費,所以必須找準退火產品質量與能耗成本的平衡點,實現帶鋼質量提高與能源成本下降的雙贏。

(1)應用低溫退火工藝。較高的退火溫度不利于生產的穩定順行和成品性能的穩定控制,對設備損耗較大,同時容易產生帶鋼瓢曲、輥印等高溫缺陷,更加不利于節能降耗。因此,通過對帶鋼退火過程中的再結晶規律和組織研究,反復試驗,最終得出結論,在前道工序滿足一定條件的前提下,適當降低退火溫度是可取的。在保證產品使用性能的前提下,對部分產品的工藝參數進行系統優化,優化后的工藝參數表中加熱溫度比當前同類企業普遍采取的退火溫度降低了30～50℃,有利于節能減排。

(2)建立過渡模型,穩定過渡。目前退火爐過渡工藝控制主要依靠一級模型,需要手動調節目標出口溫度,調節范圍寬,隨意性大,同時過渡時間長,容易產生廢帶。為了優化生產操作,在退火爐新增二級模型的基礎上了建立工藝過渡數學模型,工藝過渡模型主要控制輻射管功率、退火爐速度以及帶鋼溫度設定值的變化,使帶鋼各段熱處理溫度穩定過渡。

3.6 優化生產組織與過程控制

退火生產過程合理組織與高效運行,能有效提高退火效率,從而降低各項能源介質的噸鋼消耗。為此,安排專人對生產組織進行協調優化,并且對過程控制進行考核評價。

(1)優化生產指揮。要求機長根據生產計劃,充分利用各種資源,優化排產與生產組織,合理安排鋼卷的過渡與銜接,確保機組速度的穩定控制,提高生產效率。

(2)精心操作,控制誤時。要求各班主控充分做好班前準備工作,接班后對設備報警與故障快速處理,對設備運行情況認真監控,對模型運算結果及時有效干預。并且對各班誤時控制情況做統計,月考核。

4 應用效果

經過上述節能技術的深入研究,并實際應用,節能效果相當顯著,該機組的能耗指標有效降低,達到了國內先進的能耗水平,主要能耗經濟指標見表1。

表1 主要能耗指標

5 結語

隨著國內批量汽車板生產線的新建與投產,冷軋市場的競爭愈演愈烈,供需失衡格局仍難以改善。所以,節能降耗工作是企業提高盈利的有效辦法,節能技術的研究應引起廣泛的重視。通過對連續退火爐節能技術的深入研究,從工藝、裝備和自動化控制等多個方面開展了節能途徑和措施,成功應用于實踐,取得了顯著的效果。為連續退火爐的節能降耗工作提供了參考和借鑒,具有一定的推廣價值。

Research and Application of Energy Saving Technology for Continuous Annealing Furnace

LIU Li
(Shandong Steel Group Rizhao Co.,Ltd.,Cold Rolling Project Department,Rizhao 276800,Shandong,China)

The continuous annealing furnace was a high energy consumption process.In order to reduce the process cost,the actual energy consumption in the production process of continuous annealing furnace was analyzed comprehensively.From the aspects of process,such as equipment and automation control,the energy saving technology was studied deeply,and a series of energy saving measures were successfully applied.Eventually,remarkable results was achieved,and the energy consumption indicators reached the domestic advanced level.

continuous annealing furnace,energy saving,technology

TG307

A

1001-5108(2017)03-0037-03

劉麗,工程師,主要從事冷軋卷退火工藝研究和新產品開發工作。