軋鋼工藝節能技術研究

黃 敏

（馬鞍山鋼鐵集團 第四軋鋼總廠，安徽 馬鞍山 243000）

目前，伴隨鋼鐵工業產品質量的提升、工業產品品種的升級，不僅并未實現能源節約，反而加劇軋鋼工序中的能源消耗速度。加熱爐為軋鋼廠生產工序中最為重要的一項耗能設備，加熱爐能耗在軋鋼廠總能耗中約占比70%。軋鋼廠加熱爐熱能的居高不下除浪費國家資源外，也對環境造成一定污染，并增加企業生產成本，對企業長期可持續發展造成影響。因此，無論為加熱爐節能的改進或軋鋼廠加熱爐能耗降低均為鋼鐵生產企業必然發展趨勢[1]。

1 加熱爐發展趨勢概述

加熱爐為軋鋼廠生產工序中最為重要的一項設備，同時也為生產工序中耗能最高的一項設備。因此，對加熱爐予以改進的主要目的即為，除需完成金屬軋前的加熱工作外，還應盡可能提升加熱爐生產指標，降低能耗。雖傳統加熱爐的排煙方式、供熱方式已在生產實踐方面獲得一定成就，但尚存在部分能耗問題并未得以解決。因此，加熱爐改進方式眾多，而引進人工智能化則為一項較為理想的途徑。伴隨近幾年計算機技術及人工智能理論的發展，各項檢測設備及儀表性能也隨之不斷提高，模糊控制及專家系統等技術目前已于加熱爐燃燒控制領域得以廣泛應用[2]。

2 軋鋼廠加熱爐現存問題

2.1 漏氣漏火現象嚴重

通常情況下，加熱爐投入使用半年后，加熱爐蓄熱室將會產生不同程度漏氣漏火現象，加熱段局部及加熱段所產生的漏氣漏火現象，除可對加熱爐護爐板造成損害外，若現象嚴重將會致使加熱爐報廢。通常情況下，蓄熱室結構為致使加熱爐漏氣漏火現象產生的一項主要原因，蓄熱室內結構中，將纖維板作為保溫層，而爐外鋼板并未同護爐板焊接，蓄熱室、預制燒嘴磚結構二者間并未形成統一整體，高溫條件下，二者接縫位置易產生變形現象。此外，若焊接縫位置澆筑層厚度不足，經一段時間使用后，接縫位置也會產生裂紋，甚至導致嚴重的煤氣泄漏現象[3-6]。

2.2 燒嘴磚破壞及擋板磚堵塞

實際使用過程中，擋板磚將會受加熱爐粉末、煤氣含塵及煙氣雜質等因素影響，易產生擋板磚氣孔被堵塞現象。若氣孔堵塞嚴重，擋板磚將會產生彎曲變形，并會對加熱爐產量、爐溫等造成嚴重影響。除此之外，因燒嘴磚將會因煤氣雜質侵蝕、高溫煙氣沖刷等因素，導致燒嘴磚自身強度降低，而燒嘴磚在加熱爐中運轉幾年后將會產生更為嚴重的損害現象。因燒嘴磚的損壞，工人勞動強度將加大，耗能升高，并對燃燒質量造成影響。

2.3 其他方面問題

加熱爐為體型較為龐大的一類煅燒加熱設備，若設備內零件一旦遭受損害，將會降低加熱爐功能，除產生堵塞損壞及漏氣漏火等現象外，將會引發眾多耗能問題。首先為換熱器損壞。一旦換熱器導管封死，將會降低均熱段煅燒風量，而換熱器所產生的老化腐蝕現象，也會導致煤氣的自燃、泄露。其次，爐底結渣。當產生加熱爐爐壓未得以良好控制或加熱爐負荷提高時，加熱爐的吸冷風現象均會得以加劇，產生較為嚴重的爐底結渣現象。再次，爐內閥門損壞、煤氣熱值波動及水管結構均會導致加熱爐熱量流失。而加熱爐在長期超負荷運行下，將會減短自身使用壽命。

3 軋鋼廠加熱爐節能設計策略

3.1 優化燃燒系統

借助燃燒系統的改造，促使燃料得以充分燃燒。如可先改進供油系統及供風系統，通常改造方式為增加與之相匹配的變額控制系統，經此改造后，氧化鐵皮過厚、粘鋼及回錠現象產生概率較小，因此也可起到良好節能效果。經計算，此項改造完成后，加熱爐氧化燒損至少可減少0.5%個百分點。若以一個軋鋼廠每年年產量為150萬噸鋼材展開計算，則經改造后，每年在成本支出方面則至少可節約一千萬元，雖此項改造工作較費時費力，但經一個季度運轉后，便可收回改造所花費費用。隨后，應改造燃燒系統中的霧化噴頭。設備運行過程中，燃燒器將會產生霧化現象，據分析原因主要為因長時間的冷熱交替所導致的，因此，應對此部分予以改造，除可將運轉時所產生的熱損耗予以降低外，也可借助改造活動，提升燃料燃燒效率，提高經濟收益。

3.2 改進水管支撐結構

傳統加熱爐內水管包裝形式為以單層包扎磚包裝，此包裝結構下水管絕熱性及高溫抵抗能力均較為薄弱，而由爐內水管所造成的熱損失約占總熱量的10%，存在較為嚴重的能源消耗現象。為改善此現象，可以改進包扎方式，如可選用具備良好絕熱性的新型復合包裝，降低因冷卻水所造成的熱量流失。經此改造后，可有效降低熱量流失，并可借助改進爐體保溫材質將爐皮表面溫度降至較低，借此也可將因空氣流動所造成的熱量消耗予以降低。伴隨加熱爐操作水平及設備水平提升，加熱爐排煙溫度得以降低，但實際上排煙熱損失并未完全得以處理，所以，實現煙氣余熱回收為提升加熱爐效率的一項重要途徑。

3.3 減少排煙熱損失

經加熱爐排出煙氣所造成的熱量流失通常包括燃料不完全燃燒的化學熱量部分及煙氣顯熱的化學熱量部分，同時在爐膛熱平衡支出中占據較大比例，比例數值通常為20%～50%間。而相應排煙熱損失率約為32%。為將此項熱量損失降至較低，則需設計一項降低煙氣溫度、減少煙氣量的方式，如對燃燒過程中的空氣消耗系數予以正確控制，而當空氣消耗指數超出1時，伴隨n值加大，煙氣量也隨之增加，由煙氣所造成的物理損失，也會隨之增加，此狀態下，燃燒產物溫度將會降低，加熱爐熱耗升高；當空氣消耗指數低于1時，伴隨n值減小，加熱爐內燃燒不完全燃燒現象增加，此狀態下，化學熱損失將會增加。所以，為保證對加熱爐可實行正確的燃燒控制，應在確保燃料完全燃燒情況下，將空氣消耗指數降至較低。現階段蓄熱式工業爐為新型廢氣余熱回收技術，主要為借助技術手段對爐內廢氣予以回收，同時將余熱轉化為助燃加熱的空氣，借此除可提升煤氣資源利用效率外，還可將廢氣資源對環境所造成的污染降至較低，將企業成本予以降低，提高企業經濟效益。

3.4 降低爐膛內熱損失

爐底水冷卻管的損失、擋板磚損壞的熱量損失及爐體散熱損失等均為爐膛內熱損失的主要來源。爐底的水冷卻管承擔爐內鋼坯的總體重量，但爐底的水冷卻管將會吸收爐內大量熱量，并在鋼坯上留置大量水管黑印。而加強爐底水冷卻管絕熱能力為現階段降低熱損失的一項重要手段，同時借助絕熱包扎將會有效降低熱損失。除此之外，選用絕熱性良好、熱性能良好的材料為降低爐內蓄熱損失的重要方式。與此同時，伴隨新手段、新技術的應用，相關技術人員將會研發出新型材料，對現階段水管支撐結構予以替代，因此，無論為能源節約或能耗降低等方面，同現在相比均會有一定程度提高。

3.5 引入多功能爐襯的加熱爐

多功能爐襯為黑體強化輻射技術于軋鋼廠加熱爐內的實際應用，主要功能即在于加強加熱爐氣密性，并提升工件加熱效率。多功能爐襯即指在爐頂、爐壁等位置安裝大量黑體元件，對燒嘴磚、熱源裝置予以保護性處理，同時還應強化加熱爐整體爐墻處理力度。結合應用溫度差異、爐型差異設置相應的黑體元件，除可增加爐膛傳熱面積外，還可提升爐膛黑度，以此實現對熱射線的有效調控，提升傳熱效率，并增加輻射傳熱比例。實際上，黑體元件自身并非加熱爐熱源，爐內燃料、黑體元件間可產生相輔相成作用。同時，經研究指出，引入多功能爐襯后，爐襯使用壽命、爐溫均勻性均得以顯著改善。

4 結語

綜上所述，目前我國軋鋼廠中普遍存在能耗過大等問題，此也為導致我國軋鋼廠生產成本較高的一項重要原因。因此，將軋鋼工藝節能技術應用至加熱爐工藝改進中具備重要意義。軋鋼廠可借助多功能爐襯的加熱爐引入、降低爐膛內熱損失等措施，改進加熱爐工藝。借此除可降低鋼鐵在生產過程中的能耗外，還可實現資源節約，推動企業長期可持續發展，并在一定程度上改善生態環境。