電鍍鋅工序降低能源消耗的研究

周林濤 江鶴群 陳瑩瑩

(武鋼有限公司冷軋廠 湖北 武漢：430080)

隨著國家政策的調(diào)控和市場經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能減排對鋼鐵企業(yè)發(fā)展帶來嚴峻考驗，無論是政策對鋼鐵企業(yè)的要求，還是鋼鐵企業(yè)自身發(fā)展的需要，降低能源消耗已是鋼鐵企業(yè)必走之路。工序能耗是一項衡量鋼鐵企業(yè)綜合能耗的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，也是一個鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)水平、管理水平的重要反映[1]。鋼鐵企業(yè)應(yīng)該通過建立符合自身特點的節(jié)能管理體系，應(yīng)用技術(shù)手段，挖掘和利用節(jié)能實踐與經(jīng)驗，降低工序能耗。本文探討了某鋼廠電鍍鋅工序降低能源消耗的一些舉措。

1 電鍍鋅機組工藝流程

電鍍鋅板因其優(yōu)異的成形性、耐蝕性、焊接性及涂裝性能而廣泛應(yīng)用于汽車、家電等行業(yè)，其中家電外板以耐指紋板為主，而預(yù)磷化產(chǎn)品則多用于汽車行業(yè)。某鋼廠電鍍鋅生產(chǎn)線于2010年投產(chǎn)，生產(chǎn)線關(guān)鍵工藝設(shè)備系國外引進，輔助設(shè)備系自主集成，采用奧地利andritz公司的重力法電鍍鋅，生產(chǎn)能力為30萬噸/年。該機組全線工藝段共配有16個電鍍槽，具備高效節(jié)能的兩級閃蒸裝置和完善的電鍍循環(huán)系統(tǒng)，主體設(shè)備有焊機、拉矯機、電鍍系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、輥涂機、烘干爐和靜電涂油機[2]。電鍍鋅工藝段由預(yù)處理段、電鍍段和后處理段組成。預(yù)處理段為電鍍段提供具有優(yōu)良板形和表面清潔的帶鋼。電鍍前設(shè)拉矯機，可改善帶鋼平直度，避免帶鋼在運行過程中因浪形與陽極接觸發(fā)生短路，損壞陽極。清洗段采用堿噴洗+堿刷洗+電解清洗，能夠清除帶鋼表面的殘余油脂。電鍍段每個電鍍槽由導(dǎo)電輥、沉沒輥、陽極箱及陽極板組成。后處理段根據(jù)用戶要求對電鍍鋅板進行表面處理，包括磷化、鈍化、耐指紋處理或涂油處理。活化磷化采用噴涂工藝，鈍化或耐指紋采用輥涂技術(shù)，涂油采用靜電涂油機[2]。

2 降低工序能耗對策

在電鍍鋅工序能耗成本中，電耗、蒸汽、煤氣占據(jù)主要地位，三者所占比例達到94%。電鍍鋅工序能耗成本中，電耗成本占64%，蒸汽成本占16%，煤耗成本占的11%[3]。與國內(nèi)其他電鍍鋅線相比，該電鍍鋅工序存在能源管理制度體系不完善、煤氣烘干爐溫度偏高、質(zhì)量缺陷降速和設(shè)備狀態(tài)降速頻繁發(fā)生的情況。這些現(xiàn)象的存在，降低了生產(chǎn)效率，也造成能源消耗的增高及生產(chǎn)成本的增加，不利于電鍍鋅產(chǎn)品市場競爭力的提高。為了降低能源消耗，電鍍鋅工序采取了以下措施：

2.1 管理節(jié)能

2.1.1 完善能源管理制度體系

能源管理貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，能源利用效率與生產(chǎn)組織安排、用能設(shè)備狀態(tài)、用能管理水平等多因素相關(guān)。以能源計量、統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)，能耗減降指標(biāo)為方向，以管理手段、過程方法、節(jié)能技術(shù)為支撐，不斷完善能源管理制度體系建設(shè)，實現(xiàn)持續(xù)改進[4]。

(1)由于降低能源消耗需要參考真實可靠的計量數(shù)據(jù)，所以，電鍍鋅工序要想實現(xiàn)能源消耗減降目標(biāo)，一定要注重對能源計量工作的管理。電鍍鋅作業(yè)區(qū)將能源計量平臺的使用推廣到班組、到崗位，建立過程監(jiān)控和統(tǒng)計能源實際使用數(shù)據(jù)的崗位責(zé)任制度。

(2)技術(shù)人員對能源計量平臺的數(shù)據(jù)進行整合、分析，并據(jù)此對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行指導(dǎo)，及時察覺其中的問題和紕漏，加強節(jié)能降耗的過程控制。

(3)對各班組職工開展節(jié)能降耗教育和培訓(xùn)，不斷提高操作人員的節(jié)能意識和操作水平，確保每個員工對能源消耗都有明確的概念和指標(biāo)認知，保證機組安全、經(jīng)濟運行。

2.1.2 修定電鍍鋅機組停機停能制度

規(guī)范電鍍鋅工序能耗源辨識管理工作，以最大程度降低機組停機期間能源消耗為目標(biāo)，組織開展了修定電鍍鋅機組停機停能標(biāo)準工作，工藝首席及技能大師全程參與了標(biāo)準修定及審核，執(zhí)行標(biāo)準生產(chǎn)方與設(shè)備方達成一致，在確保工藝和安全前提條件下，所有能源介質(zhì)做到應(yīng)停盡停。

(1)針對電鍍鋅機組檢修停機期間的異常電耗，依據(jù)檢修計劃的停機時長，制定對應(yīng)的電力停供方案，將不必要的液壓泵站、傳動設(shè)備全部關(guān)停。

(2)排風(fēng)系統(tǒng)延時停運。電鍍過程中會產(chǎn)生氫氣，為防止發(fā)生爆炸，原設(shè)計對應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)一直處于持續(xù)開啟狀態(tài)。經(jīng)過實地監(jiān)控，在確保安全的情況下，制定出檢修期間排風(fēng)系統(tǒng)延時停運措施。

(3)修改電機控制程序。電機原始的設(shè)計控制程序在即使處于電機不工作不耗電的狀態(tài)下，電機配套的風(fēng)機也一直運轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生不必要用電。將控制程序進行修改，電機停止運轉(zhuǎn)后配套的風(fēng)機也停止運轉(zhuǎn)。

(4)檢修停機和待料停機后，關(guān)閉煤氣烘干爐及相關(guān)煤氣閥門，封堵盲板；檢修停機和待料停機后，直接關(guān)機組蒸汽總管網(wǎng)，杜絕所有蒸汽浪費；冷凝水泵停機位到位后關(guān)停，需要開啟使用再啟動。

2.2 工藝技術(shù)節(jié)能

2.2.1 確保陽極箱位置精確

電鍍鋅電鍍耗電量大，電耗成本占64%[3]。加強對陽極箱的管理和維護，對于電鍍鋅生產(chǎn)中的節(jié)能降耗具有十分重要的意義[5]。根據(jù)電鍍原理，增大陰陽極之間的距離，可以促使電流在陰極上均勻分布，提高鍍液的分散能力，達到鍍層厚度均勻的目的。但是，增大陰陽極之間的距離，在采用相同的電流密度操作時，電鍍所需要的外電壓也需增大，這樣就要多消耗電能[6]。因此，陰陽極之間的距離，要視電鍍產(chǎn)品的具體情況而定。提高陽極箱位置的精確性，可以減少寬位電鍍造成過多的電耗損失。為了降低電能的消耗，對標(biāo)標(biāo)桿機組陽極箱位置調(diào)整方法，根據(jù)電鍍鋅產(chǎn)品規(guī)格、速度以及鍍槽長度等情況，精確調(diào)整陽極箱位置。

2.2.2 烘干、冷卻分季節(jié)控制

電鍍鋅生產(chǎn)過程中有效的板溫控制是實現(xiàn)電鍍鋅產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。原始的工藝設(shè)計烘干溫度及風(fēng)機開啟臺數(shù)均為恒定值，沒有考慮環(huán)境溫度的影響。經(jīng)過試驗驗證，將烘干溫度、風(fēng)機開啟臺數(shù)與環(huán)境溫度實行連鎖控制：根據(jù)產(chǎn)品板溫優(yōu)化了煤氣烘干爐溫度，制定烘干爐溫分季節(jié)和規(guī)格控制標(biāo)準；環(huán)境溫度在30℃以上開4臺風(fēng)機，在10℃-30℃只需要開3臺風(fēng)機，在10℃以下兩臺風(fēng)機就能保證下線卷溫。與實施前相比，烘干、風(fēng)機日耗電量降低2000kW/h。

2.3 提高生產(chǎn)效率節(jié)能

(1)推動幾種影響大規(guī)模降速的質(zhì)量問題改進：2019年7月-11月，熱軋來料絲斑嚴重，機組降速生產(chǎn)，小時產(chǎn)量遠低于目標(biāo)值。通過開展絲斑缺陷全流程聯(lián)合攻關(guān)，絲斑發(fā)生率從2019年的1.8%降到2020年的0.4%；通過對困擾電鍍鋅多年的白斑缺陷進行攻關(guān)，鎖定了缺陷產(chǎn)生工序，找出了過程控制點；持續(xù)推進電鍍鋅工序輥系管理和通道線管理，減少機組壓印、輥印發(fā)生概率，避免壓印、輥印缺陷的異常降速。

(2)優(yōu)化計劃排程，最大程度的減少切換：原料按照廠內(nèi)原料預(yù)排計劃，協(xié)調(diào)計劃處按照批次供料，電鍍鋅工序聯(lián)動上下工序生產(chǎn)。能排入一個計劃的卷子隨時收回來插進計劃跟隊生產(chǎn)，做大一個批次的生產(chǎn)量，減少工藝切換。

(3)整理匯總機組近年來典型生產(chǎn)、設(shè)備故障停機事故，形成案例，組織作業(yè)區(qū)職工學(xué)習(xí)，提升班組崗位人員操作技能和處置異常狀況能力，減少責(zé)任性和重復(fù)性停機事故。設(shè)備作業(yè)區(qū)加強設(shè)備點檢和設(shè)備功能精度維護，及時發(fā)現(xiàn)并解決異常設(shè)備問題。生產(chǎn)作業(yè)區(qū)嚴格執(zhí)行原料驗收把關(guān)制度，精心操作減少停機事故發(fā)生。提高電鍍鋅機組日作業(yè)率，保持能耗的有效利用，減少因故障停機導(dǎo)致能源介質(zhì)的空耗。

通過對影響降速的質(zhì)量問題改進、優(yōu)化計劃排程和減少設(shè)備故障，機組速度大幅提升，速度達標(biāo)率從2019年的92%提升到現(xiàn)在的102%。電鍍鋅工序小時噸鋼產(chǎn)量提升7噸，生產(chǎn)效率提升23%。

2.4 加強用能設(shè)備改造、維護

(1)實施項目節(jié)能改造，如照明系統(tǒng)將大功率照明燈更換為LED節(jié)能燈，并加裝分時開關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場光線情況進行開關(guān)控制；淘汰高能耗電機，替換為低能耗電機；導(dǎo)電輥清洗水回用；調(diào)整噴嘴角度提高吹掃效率等。

(2)加強鍍槽、煤氣烘干爐、大功率電機、大風(fēng)量風(fēng)機的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，及時處置設(shè)備異常。

(3)對各類設(shè)備及能源管網(wǎng)進行巡視，能源介質(zhì)中的雜質(zhì)會逐漸堵塞管道的閥門、過濾網(wǎng)，影響介質(zhì)流量，因此機組必須定期對能源介質(zhì)管道閥門、過濾網(wǎng)進行清理，更換破損老化閥門和管道，重新做管道的保溫包裝，及時發(fā)現(xiàn)并消除“跑冒滴漏”等浪費能源的現(xiàn)象。

3 整體工序能耗節(jié)能效果

經(jīng)過一系列節(jié)能措施改進，2020年電鍍鋅工序能源從2019年的月均67.15kgce/t下降到49.63kgce/t，降幅約26%，工序能耗降低效果明顯，詳見表1。

表1 2019～2020 年噸鋼能耗對比表

4 結(jié)語

在鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)能過剩的大市場環(huán)境下，節(jié)能降耗已經(jīng)成為影響鋼鐵企業(yè)生存和發(fā)展的重要措施，節(jié)能增效是大勢所趨。武鋼有限電鍍鋅工序通過管理節(jié)能、工藝技術(shù)節(jié)能、提高生產(chǎn)效率節(jié)能等措施降低工序能耗。2020年工序能源從2019年月均67.15kgce/t下降到49.63kgce/t，降幅約26%，大幅提升了電鍍鋅產(chǎn)品市場競爭力。