降低加熱爐氧化燒損實踐

劉 軍

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

在軋鋼工序中用到的主要耗能設備就是加熱爐。在軋鋼加熱爐進行生產過程中，其目標就是要使軋制工藝要求得到滿足，能最優化的控制爐膛氣氛、加熱時間和加熱溫度，將氧化燒損和能耗在最大程度上降低。加熱爐是鋼鐵生產的最后一道工序（國內煉鋼綜合能耗約600kg 標煤/噸鋼），具有較高的氧化燒損程度，從而就會造成了能源的大量浪費，還對軋鋼的成材率有一定的影響，因此直接對企業的經濟效益產生了嚴重的影響；此外，在爐底堆積的氧化鐵皮如果不能及時清除，就會使生產率在一定程度上降低，還會將現場工人的勞動強度加強。

1 相關概述

在鋼材鍛壓和軋制前進行鋼坯加熱是鋼鐵行業中不可或缺的一道重要工序，想要改善鋼坯塑性的重要方法就是將鋼坯的溫度進行有效的提升。在煉鋼過程中，從開坯到軋制成材需要反復的加熱，這樣會造成大量燃料的消耗，以及具有氧化性的加熱介質會致使出現大量的氧化燒損鋼。在氧化燒損當中，氧化性介質由于與鐵發生反應而會有大量能量的消耗，由氧化燒損而形成的氧化皮也會在出爐時將大量顯熱帶走，與此同時氧化皮還會對傳熟產生阻礙作用，從而對加熱的效率產生影響，這些問題都會給經濟帶來巨大的損失。在進行鋼坯加熱的過程中，被爐頭負壓溫降所影響，并與收縮后的氧化鐵皮相分離，就會掉進爐底的均熱段并形成大量堆積，這種情況下，就要求操作工人要定時進行扒渣清除的工作，甚至于要停止加熱爐的運行來扒渣，在一定程度上使勞動強度加強了，加熱爐的作業率則降低了。另外，在進行軋制當中，如果高壓水沒能將鋼錠表面的氧化鐵皮清除干凈，而壓進了鋼坯和鋼材當中，就會對產品的表面與內部質量、尺寸精度以及力學性能質量產生最直接的影響，在一定程度上使成材率降低了。經過更進一步的對各種各樣的鋼在高溫下所呈現的氧化特性和氧化機理的研究，證明是可以運用一定的技術措施將加熱當中產生的氧化燒損降到最低程度的。從經濟觀點來看，將氧化燒損有效降低其實也是節能的表現。據統計，爐內的鋼坯一般情況下有1.00%～2.5%的氧化燒損率，因此造成的經濟損失與燃料費用相差無幾。比如，按照一高線年投坯=75×0.987=74.025 萬t，1.5%的燒損率來計算，則一年鋼材的損失達到11103.75t，如果燒損率下降到1.0%，每年就能節約3701.25t 的鋼材，如果按每噸鋼坯2000 元計算，每年就有740.25萬元被節省下來。

2 影響鋼坯氧化燒損的因素

2.1 加熱溫度對鋼坯氧化燒損的影響

在常溫條件下鋼坯開始逐漸進行氧化，這個過程是非常復雜的。氧化速度隨著溫度的增加而加快，一直到650℃，在這之前氧化鐵皮的生成量都是很有限的，但是溫度一旦超過760℃，氧化鐵皮的生成量就可以進行測量，當溫度高于800℃時，氧化燒損量就會呈現明顯上升的趨勢。然而鋼坯的氧化燒損量會隨著溫度的持續上升而劇烈增加，假設氧化燒損量在800℃時是1，那么1000℃就會增加到4 倍量，1200℃時增加到10 倍量，1300℃時就會達到20 倍量。

2.2 爐內氣氛對鋼坯氧化燒損的影響

鋼坯發生氧化燒損會隨著爐內氣氛的氧化性而增強，而爐內氣氛又受到燃料成分、空燃比及爐膛內燃燒狀況等因素的影響。在天津鋼鐵集團有效公司高線廠的加熱爐內，燃料是一種由高爐煤氣與轉爐煤氣的混合煤氣。由于轉爐煤氣其含量比較低而且沒有固定的配比，導致煤氣熱值會不斷的發生變化，從而使加熱爐的看火操作的難度在一定程度上增大了，而對于空燃比進行的調整要比煤氣熱值的變化相對落后，肯定就會對爐內燃燒情況、燃氣利用率、氧化燒損造成一定的影響。

3 減少氧化燒損的措施

3.1 對爐壓的控制

爐壓的控制對于蓄熱式加熱爐來說起到了非常重要的作用，如果爐壓過大，就會出現爐內的燃燒狀況相對比較差，氣氛也會不穩定，氧化燒損的程度比較高，還有可能會燒毀附屬設備等各種問題，爐膛產生負壓，冷風會進入到爐門及懸臂輥道轉軸處，影響局部的氣氛強氧化性以及鋼坯局部溫度，將氧化燒損程度增加。天鋼高線廠加熱爐爐壓通常會低于50Pa，并且杜絕負壓現象的產生。生產實踐說明，在此爐壓內蓄熱式加熱爐進行運行的過程中，爐內燃燒的狀況相比較來說是最穩定的。而正常控制的爐壓，是蓄熱換向系統在進行正常工作的時候附帶的效果，都是在燒嘴換向閥以及蓄熱體正常工作的情況下進行的，所以及時檢修并維護換向閥，同時對蓄熱體進行及時的檢查更換，為蓄熱式加熱爐的正常生產運行奠定了基礎。

3.2 加熱爐分段燃燒控制技術

對加熱爐進行分段燃燒技術的應用，其中要在爐膛的各個控制端進行氣氛測量探頭的安裝，對于各段氧氣和一氧化碳的含量進行實時測量，并根據測量值對各段的空氣配比進行及時調整，控制氧氣和一氧化碳的含量在標準范圍內，從而實現氧化燒損的降低、板坯表面質量的提升、耗能的減少。以下是具體的流程：將探頭式過程氣體分析系統安裝在加熱、均熱、預熱的燃燒段，進行實時監測、對于各段燃燒的氣氛進行指導與調整，使得抑制氧化、優化燃燒、降低燃耗的目標得以實現。每座加熱爐的測量點都是7 個。測量點布置的方法是：將一套o2和一套Co激光檢測單元分別布置在均熱、三加熱段與二加熱段，將一套Co 激光檢測單元布置在一加末端，并結合現有的氧化鋯探頭使用。整個系統具有其一定的優點即技術針對性強、測試精度高、穩定性好、響應快、安裝方便、維護成本低等。

3.3 加熱爐燃燒優化過程

由于受到煤氣熱值波動、流量計量誤差、閥門開度誤差、氣體泄漏、排煙速度等因素的影響，導致爐內燃燒狀態出現偏離的情況。要想將燃燒提升到最佳狀態，進行燃燒狀態檢測、動態尋優、優化調整是必不可少的，從而從根本上節約了煤氣的使用。①在均熱、三加、二加、溫度調節當中，如果o2的檢測過量，那么就要將空氣流量減小，在下一段就會將每段多余的Co 消化掉；②在一加初始階段，如果Co 的檢測過量，就要將空氣流量加大，o2的含量則根據預熱段氧化鋯的測量進行校核穩定；③將空氣流量和燃料流量進行循環優化調節，從而使得空燃比有最合理的設置、爐內燃燒的燃燒區域處于最佳位置，有效提升熱效率的利用。

3.4 改進停軋待溫制度,減少加熱時間

計劃性待軋和非計劃性待軋是待軋的兩種分類。其中計劃性待軋我們預先就知道了時間，就可以將加熱段的爐溫提前降低，等到待軋開始時再將均熱段的爐溫進行降低，待軋結束之后爐溫就會恢復到正常值。而非計劃性待軋事先我們都是不知道的，要根據往常積累的經驗來處理比如軋線意外事故的發生,待軋時間的長短等，如果發生待軋，就要將各段爐溫進行立即降低，待軋結束之后爐溫會恢復到正常范圍。在進行待軋的過程中，爐內的鋼坯其平均溫度就會持續上升，隨著待軋時間的增加溫度的增長幅度也會不斷上升，因此鋼坯在出爐時的平均溫度會比正常生產時的出爐溫度相對較高。所以，要想將燃料的消耗減少，氧化燒損的程度降低，就要在待軋時將各段熱負荷根據待軋時間的長短而進行適當的降低。由于待軋期間鋼坯、爐圍和爐氣存儲了很多能量，一部分能量在待軋結束之后會慢慢的釋放出來，會影響到鋼坯的加熱。因此，不想鋼坯有過熱的情況發生，而且鋼坯在出爐之后溫度會有一個相對平穩的狀態，就要在待軋時將供入的燃料減少，在待軋結束后的一段時間之內，仍然可以將燃料的供入量進行適當的減少。一個好的待軋方案要能夠滿足：發生待軋情況時，燃料的消耗量能夠及時合理的進行減少，將爐溫以最快的速度降低到適當的水平，防止過熱的情況出現；在待軋恢復時，要確保出爐之后的鋼坯符合工藝要求，減少超溫并能有效的避免待熱。而且是定量的方案，可以進行自動執行方案，盡量在風格上與常規的決策保持一致的狀態。

3.5 優化空燃比控制

進行優化之前，在正常操作的情況下將空燃比控制在4∶1。為了使氧化燒損降低，通過對實踐進行分析，改善了各段的空燃比控制，在均熱段、一加熱段、二加熱段將空燃比分別控制在3.5∶1、4∶1、4.5～5∶1，主要是為了進入到均熱段的鋼坯，表面有相對較高的溫度，爐內的氣氛要盡量保持還原性的氣氛，使加熱二段的空燃比得到一定的提高，煤在爐內的完全燃燒就能得到保證。與此同時，為了將空燃比的控制精度得到更深入的提升，將含氧量分析儀加入到煙道內，并控制煙氣含氧量在0%～3%之間，使空燃比得到更準確的控制。

4 結語

綜上所述，得出以下結論：通過對加熱爐分段燃燒控制及紅外爐內鋼坯溫度檢測技術研究及現場實踐，取得了預期的效果。通過該系統，可以對不同鋼種加熱及燃燒控制制度進行針對性的研究及優化控制，可有效提高產品質量，增加企業效益。