論軋鋼加熱爐綜合節能技術

蘇劍

（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西 萍鄉 337000）

軋鋼的節能是我國鋼鐵行業競爭激烈和市場需求下節能降本的需求，也是響應國家的環保戰略的重要措施。軋鋼加熱爐的能耗巨大，是鋼鐵生產中的重要消耗項。所以就要加強對軋鋼加熱爐消耗的研究，分析出其中存在的問題，并找出節能措施。

1 軋鋼加熱爐概述

1.1 設計軋鋼加熱爐的基本原則

軋鋼加熱爐的設計必須要結合企業的基本條件和需求，如投資計劃、加熱鋼種和規格、燃料的種類、爐子的產量和作業率、加熱的溫度、能耗等。只有明確了這些才可以確定軋鋼加熱爐的結構和水平。

1.2 確定軋鋼加熱爐的結構

如果企業大多是低熱值的煤氣，且需加熱的普通鋼種比較多，那么在選擇軋鋼加熱爐時應選擇空氣、煤氣雙蓄熱的加熱爐；如果企業大多是高熱值的煤氣，且需要高產、穩產，則在選擇時應選擇常規的換熱式的加熱爐；如果企業各種煤氣都有，那么在選擇時則要結合企業的經濟效益，來確定加熱爐的結構。大型的鋼鐵企業，在選擇加熱爐的結構時要以加熱爐的基本功能為基礎，結合鋼坯的加熱質量和生產的穩定性，并綜合考慮節能的效果。

1.3 確定軋鋼加熱爐的水平

加熱爐的水平高低直接關系到鋼坯的加熱質量和能否達到節能效果。離開了檢測儀表和控制手段，只是依靠人工操作，是無法達到提高質量并節能的效果的。所以還是要以發展的目光，將加熱爐的水平和智能化的、信息化的技術相結合。

1.4 軋鋼加熱爐的過程控制系統作用

（1）確保加熱的鋼坯達到相關的工藝指標和參數要求。

（2）鋼坯的加熱時間和加熱溫度需要結合特定的工藝條件來確定，一般分為：①通過等溫的處理方法加熱鋼坯。要嚴格設置爐口溫度、保溫時間、加熱時間、爐口溫度的進度，再通過預備熱處理來保溫，使組織晶粒分布地更均勻，進而達到保障鋼材性能的效果；②控制鋼坯表面的碳化物。

1.5 在降低加熱耗能方面的作用

降低消耗的前提是要保證鋼坯的出爐溫度以滿足工藝的目標。如果加熱爐無法完全滿足這個要求，則首要任務是保證產量，并且煤氣的使用量也不一定會比沒有優化控制系統減少。但如果加熱爐能滿足最大的產能需求，則可以減少鋼坯的“過燒時間”，這樣就會有效地減少加熱鋼坯時用的煤氣。但是，不同的用戶，加熱爐的爐況也大多不同，鋼坯的燒損程度也大不相同。所以必須要正確地使用加熱爐的過程控制系統，以幫助用戶降低現有的加熱爐鋼坯的燒損降。根據結合相關文獻的計算得出，加熱爐的過程控制系統可以幫助降低至少0.5%的燒損。對于100萬噸年產量的加熱爐，減少這0.1%的燒損量，將會降低很大的生產消耗。

2 軋鋼加熱爐在使用過程中存在的問題

2.1 盲目地依賴國外技術導致“水土不服”

我國的加熱爐的過程控制系統一般都是依據國外先進的系統設計的，但是發達國家和我國的生產環境存在明顯的不同，所以就存在“水土不服”的問題。“水土不服”一般表現為加熱爐不能正常運行，或運行后一段時間出現問題。

2.2 鋼鐵企業的“粗放型”管理模式

鋼鐵企業的管理模式存在“粗放型”。由于鋼材的市場需求量大，所以軋鋼的生產企業大多把精力放在產量的增加方面，而忽視了鋼坯的加熱質量。甚至認為不需要使用過程控制系統，人工操作就已經足夠應付了。

2.3 軋鋼加熱爐自身的缺陷

上述問題歸根結底是過程控制系統自身存在一些問題和缺陷。由于包括生產環境在內的各種條件的限制，大多數情況下，并不能快速實現全自動化的加熱爐過程，導致使用效果大打折扣，開發商和客戶就會因為預期差異而產生矛盾，這就不利于軋鋼加熱爐綜合節能技術的提高。

3 提高軋鋼加熱爐綜合節能技術的途徑

3.1 降低軋鋼加熱爐熱損失

（1）減少加熱爐的爐底水管所帶走的熱量，如果支撐管和爐底的水冷滑管一起的水冷表面積是爐底面積40%~50%，就會使大量熱量被帶走。降低熱損失的有效措施之一就是將爐底的水管絕熱包扎，而水冷管最好的包扎方式是進行絕熱復合包扎。

（2）減少加熱爐的爐體表面熱量的散失的最好辦法是改善加熱爐的爐襯的絕熱材料。

3.2 建立起“透明的加熱爐”

（1）實時更新爐內鋼坯的狀態和位置，為操作人員提供清晰的景象和信息。

（2）實時更新爐內的溫度和鋼坯的加熱狀態，以便操作人員了解并控制爐溫。

（3）參照加熱爐的最優溫度來實時發現爐溫偏差，并提醒操作人員調整爐溫。

（4）實時跟蹤加熱爐的爐道和鋼坯的運行軌跡，這樣就可以合理計算鋼坯爐中的運行速度，并將這個運算結果當作鋼坯溫度的邊界信息。

3.3 改進爐子的設備

提高加熱爐的絕熱能力和輻射能力，絕大部分熱損失都產生于爐體的傳導過程。吊掛式的加熱爐的爐頂表面約有8%的無絕熱錨的固磚材料，并且是熱導率高的高鋁磚，這就很容易導致熱短路，散失大量熱量。所以可以在爐底內、爐頂、爐墻粘貼上厚的高鋁纖維的毯子。

3.4 在設計加熱爐時采用新技術

（1）輻射傳熱的新技術。可以在加熱爐的高溫段側墻和爐頂涂刷高輻射率的涂料，即黑體涂料，或高反射率的涂料，即白體涂料，加熱爐的高溫段頂部安裝的高黑度系數的輻射體，可以把氣體輻射轉成黑體輻射。這樣大概可以降低加熱爐3%~5%的能耗。

（2）脈沖燃燒的新技術。軋鋼加熱爐的脈沖燃燒技術主要是數字量控制燃燒，使火焰的長度和溫度的分布不受供熱負荷的影響，比較適合煤氣的熱值穩定、爐內溫度均勻情況。

（3）相變儲熱換熱的新技術。相變儲熱的材料的儲熱量是一般儲熱材料五倍以上，如果用于常規的蓄熱式的加熱爐，則可以延長五倍以上的換向時間，進而延長換向閥得到壽命、減少煤氣損失。

（4）步進爐、汽化冷卻的新技術。步進爐具備減少加熱時間、操作靈活、氧化燒損少的優點。汽化冷卻一方面可以減少軋鋼時的用水，另一方面可以回收利用生產蒸汽，以達到節能的效果。

（5）人工智能系統的新技術。該系統由知識庫、知識獲取、推理機、解釋界面這四個部分組成。推理機和知識庫作為核心，融合了基本的數學模型和專家以及操作工人的實踐經驗。可以根據原料、加熱鋼種、軋制的規格、軋制的節奏變換、冷料、熱料等具體的情況，智能地推斷出加熱的制度，并生成和設定各段的爐溫、升溫的曲線，進而實現智能指導自動化操作。

3.5 建立科學完善的操作、維護、點檢、維修標準

進行科學的操作離不開是完善的技術操作標準和規程，一般來說，完善的規程標準應該包括加熱爐和它的附屬設備的信息、供熱負荷、烘爐和停爐、不同鋼種的不同加熱制度等。建立操作規程時，制定者要保證設備信息及制度的準確性、有效性和即時性，并且要求操作者嚴格按照規程執行，以便調整供熱負荷。軋鋼加熱爐進行安全生產的最有效的保障就是建立起加熱爐的維護、點檢標準，并且需要現場的維修人員、點檢人員嚴格遵守這個標準進行操作，并要詳細地記錄下維護維修和點檢的流程和問題，以落實操作者的責任追溯并進行量化考核。

4 結語

通過本文對中外鋼鐵行業產能的比較分析，可以得出降低軋鋼系統的能耗應該將重點放在加熱爐上。目前軋鋼加熱爐還是有節能潛力的，尤其是蓄熱式的加熱爐。可以通過加熱爐降低熱損失、改善設備、引進新技術，如輻射傳熱、步進爐、脈沖燃燒、汽化冷卻、人工智能等及完善標準等手段來提高軋鋼加熱爐的綜合節能技術。提高加熱爐的效率和產出質量、降低消耗減少排出是所有鋼鐵企業的共同追求，但是也是系統化的工程，所以需要在設計方面、管理方面、操作層面達成一致、共同發力，并結合使用新技術，只有這樣，軋鋼加熱爐的節能效益才能達到最大化。