熱連軋機(jī)組加熱爐降低能耗的生產(chǎn)實(shí)踐

孫廣輝 劉社牛 李娜 李翠玲 段云

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

在熱軋生產(chǎn)中，加熱爐的燃料消耗占整個(gè)熱軋工序能耗的50% ～60%，因此，降低加熱爐的燃耗成為各軋鋼產(chǎn)線節(jié)能降耗工作的重中之重。2007年安鋼1780 機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，加熱爐的燃耗一直居高不下，尤其是2012年更是居于1．73 GJ/t 的高位。對(duì)此，開(kāi)展了針對(duì)1780 mm 熱連軋產(chǎn)線加熱爐燃耗的技術(shù)攻關(guān)，噸鋼燃耗有了較大程度的下降，從而獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 加熱爐設(shè)備概況

安鋼第二煉軋廠1780 mm 熱連軋生產(chǎn)線配備有三座大型步進(jìn)梁式加熱爐，均由中冶賽迪設(shè)計(jì)，均采用空氣、煤氣雙預(yù)熱和汽化冷卻技術(shù)，單爐額定產(chǎn)量為270 t/h，有效爐長(zhǎng)為43．5 m、爐子內(nèi)寬為11．7 m。三座加熱爐沿爐長(zhǎng)方向均由預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段及均熱段組成，燃燒系統(tǒng)由爐頂平焰燒嘴和側(cè)墻可調(diào)焰燒嘴組成。燒嘴的分布和燃燒能力參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 安鋼熱連軋加熱爐燒嘴參數(shù)分布

2 影響加熱爐能耗的原因分析

通過(guò)對(duì)熱連軋加熱工序、軋鋼生產(chǎn)工藝及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出以下幾個(gè)方面是影響加熱爐燃耗偏高的主要原因。

2．1 板坯的熱裝率偏低

提高熱裝比例和板坯入爐溫度，可以更大程度上利用連鑄生產(chǎn)的預(yù)熱，大幅度降低加熱爐的能耗?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)表明，板坯下線垛放8 h，表面溫度能夠保持在600 ℃以上;垛放24 h，表面溫度在400 ℃左右;32 h 以后表面溫度只有300 ℃左右。因此，板坯下線的時(shí)間越短，熱裝板坯的溫度越高，節(jié)能效果越顯著。2012年安鋼熱連軋機(jī)組的熱裝統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:連鑄板坯下線后0 ～8 h 內(nèi)入爐的比例只有不到20%，24 h 內(nèi)入爐的比例約為45%;而同期國(guó)內(nèi)同行先進(jìn)企業(yè)的連鑄板坯8 h 內(nèi)熱裝率能達(dá)到47%以上。由此可見(jiàn)，板坯熱裝率不高，尤其是連鑄板坯8 h 內(nèi)熱裝率低，是造成安鋼加熱爐燃耗高的重要原因之一。

2．2 排煙熱損失大

排煙熱損失在加熱爐整個(gè)熱損失中所占的比例最大。影響排煙熱損失的主要因素為排煙溫度和煙氣量，排煙溫度越高、排煙量越大，則排煙熱損失就越大。在加熱過(guò)程中由于預(yù)熱段沒(méi)有配備燒嘴，一加熱段溫度的高低直接決定著預(yù)熱段的溫度和排煙溫度的高低。在一加溫度相同的情況下，入爐板坯溫度高也會(huì)造成排煙溫度升高，而排煙量的大小，與空燃比關(guān)系比較密切，超過(guò)平衡燃燒需要的燃料或空氣，都會(huì)造成排煙量升高。一般情況下，空燃比的控制要保證煤氣的完全燃燒。如果混合煤氣熱值頻繁波動(dòng)，為保證煤氣完全燃燒，調(diào)火工在操作時(shí)就會(huì)將空燃比設(shè)定較大，從而導(dǎo)致煙氣量更高。

2．3 煤氣的的波動(dòng)能耗大

熱連軋加熱爐所用的燃料為安鋼自產(chǎn)的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合而成的煤氣，且加熱爐和煤氣加壓站之間的管路較長(zhǎng)，當(dāng)高爐、焦?fàn)t生產(chǎn)有異常的時(shí)候，經(jīng)常導(dǎo)致這兩種煤氣的配比發(fā)生大幅波動(dòng)，進(jìn)而造成送往加熱爐的混合煤氣熱值和壓力發(fā)生波動(dòng)。取樣抽檢的結(jié)果表明，混合煤氣熱值的波動(dòng)范圍比較大，最低值可以到6700 kJ/m3，最高值可以達(dá)到11340 kJ/m3。煤氣熱值和壓力的波動(dòng)，會(huì)使加熱爐在煤氣用量設(shè)定不變、生產(chǎn)工況變化不大時(shí)突然上升或下降20 ℃～30 ℃，導(dǎo)致加熱爐在出鋼時(shí)爐頭頻繁冒火，爐尾殘氧量在0% ～5%之間頻繁波動(dòng)。由于混合煤氣熱值和壓力的不穩(wěn)定，造成調(diào)火工在燒鋼控制時(shí)對(duì)空燃比的頻繁調(diào)整?？諝饬窟^(guò)大不但降低了爐溫并造成排煙量的增加，而且空燃比過(guò)大還將導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)處于強(qiáng)氧化性氣氛，增加了板坯的氧化燒損;空氣量過(guò)小將造成煤氣的不完全燃燒，對(duì)爐子的能耗影響更大。

2．4 加熱爐在保溫時(shí)的空燃能耗

多年來(lái)，安鋼1780 mm 熱連軋生產(chǎn)線的設(shè)備故障和軋制事故較多，非計(jì)劃停車(chē)和計(jì)劃換輥往往造成加熱爐處于保溫狀態(tài)，如果操作不當(dāng)或與軋線溝通不暢，都會(huì)造成空燃能耗的巨大浪費(fèi)。在加熱操作方面主要有兩方面的原因:一是加熱爐的控制系統(tǒng)的儀表功能精度不高，造成控制系統(tǒng)的數(shù)值與實(shí)際的閥位不符，如空、煤氣段流量調(diào)節(jié)閥在DCS 畫(huà)面上顯示開(kāi)度為10%，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)度卻在20%甚至更高，給操作工造成誤導(dǎo)，降低了調(diào)整效率，甚至導(dǎo)致空、煤氣量在保溫期間調(diào)不下來(lái);二是保溫期間調(diào)整工的操作方法存在不合理的地方，往往為降到規(guī)定的目標(biāo)溫度，采取小煤氣量、大空氣量降溫的方法，雖然煤氣量降低了，但同時(shí)也降低了爐溫，造成加熱爐在恢復(fù)升溫的時(shí)候浪費(fèi)煤氣較多。

2．5 軋制節(jié)奏的影響

軋制節(jié)奏的影響主要體現(xiàn)在加熱溫度及板坯在爐時(shí)間上，一是出鋼時(shí)由于爐門(mén)打開(kāi)，導(dǎo)致均熱段瞬時(shí)降溫大;二是提高軋制節(jié)奏，可以降低軋制過(guò)程的溫降，有利于實(shí)現(xiàn)低溫加熱，并降低板坯的在爐時(shí)間。加熱前期，板坯溫度呈線性升溫，爐溫、板溫的相差較大，后期板坯的升溫速度變緩，慢慢向爐溫靠近，上下表面和中心的溫差逐漸縮小，達(dá)到出鋼的技術(shù)要求。此后板坯的在爐時(shí)間對(duì)加熱質(zhì)量影響不大，但是消耗了能量，屬于無(wú)效能耗，因此要在保證加熱質(zhì)量的前提下，盡量減少在爐時(shí)間。

3 降低能耗的主要措施

3．1 提高板坯熱裝率

提高板坯入爐溫度和熱裝比例可大幅降低加熱爐的煤氣消耗［1］。提高熱裝率的前提是板坯必須具有良好的質(zhì)量，并使煉鋼連鑄的生產(chǎn)計(jì)劃與軋制的生產(chǎn)計(jì)劃有效銜接。安鋼熱連軋機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，含Nb 微合金鋼板坯的角橫裂是影響板坯質(zhì)量的重要原因，這些缺陷要角部清理后才能裝爐。通過(guò)在鋼中添加適量的Ti，有效防止了AlN 析出造成的角橫裂。板坯質(zhì)量的提高，為提高熱裝率提供了良好的技術(shù)條件。在生產(chǎn)計(jì)劃管理上，由于為熱連軋機(jī)組供應(yīng)板坯的第二煉軋廠2#、3#鑄機(jī)還承擔(dān)著部分中厚板機(jī)組的供坯任務(wù)，因此應(yīng)以熱連軋熱裝為核心，合理安排煉鋼和軋制計(jì)劃，盡量縮短板坯在庫(kù)時(shí)間，提高熱裝率。經(jīng)過(guò)努力，熱連軋機(jī)組的板坯熱裝率都有了明顯的提高，目前，每月0 ～8 h 內(nèi)入爐的比例達(dá)到45%以上，板坯入爐溫度達(dá)到550 ℃以上，32 h 以內(nèi)板坯入爐比例達(dá)到80%以上，平均入爐溫度達(dá)到400 ℃以上，這對(duì)加熱爐燃耗的降低起到了很大的作用。

3．2 合理分配熱負(fù)荷，降低排煙熱損失

根據(jù)板坯熱裝入爐時(shí)間和表面溫度的差異，對(duì)加熱爐各段的熱負(fù)荷進(jìn)行了重新分配。對(duì)0 ～8 h入爐的板坯，由于入爐溫度高，采取關(guān)閉一加熱段后段部分燒嘴，將加熱重心向出料端轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于延長(zhǎng)了加熱爐預(yù)熱段的長(zhǎng)度，充分利用爐子煙氣溫度對(duì)板坯進(jìn)行預(yù)熱;8 h ～32 h 入爐的板坯，采取低的一加熱段的溫度，冷裝采取高的一加熱段的溫度，從工藝上制定出了新的針對(duì)不同生產(chǎn)工況下各段爐溫設(shè)定制度，從而實(shí)現(xiàn)不同入爐條件的板坯，通過(guò)合理分配各加熱段的熱負(fù)荷，達(dá)到低排煙溫度的目的，提高爐子的熱效率，減少煙氣帶走的熱損失，從而降低了加熱爐的能耗。

3．3 穩(wěn)定煤氣熱值，合理控制空燃比

通過(guò)能源動(dòng)力部的積極有效溝通，在保持安鋼總煤氣平衡的前提下，對(duì)供給熱連軋加熱爐的煤氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在保證焦?fàn)t煤氣不放散的基礎(chǔ)上，及時(shí)調(diào)整混合煤氣配比和壓力來(lái)穩(wěn)定煤氣熱值，為加熱爐的操作和調(diào)整提供有利的外部環(huán)境，從2013年5月份以后，熱連軋加熱爐用混合煤氣熱值的穩(wěn)定性比以前有了大幅度的提升。

合理的控制空燃比是降低能耗的重要手段。煤氣在加熱爐中燃燒過(guò)程中，如果空燃比過(guò)大，會(huì)從爐內(nèi)帶走大量的熱能，降低火焰溫度，并產(chǎn)生過(guò)多的廢氣，導(dǎo)致氧化氮、氧化硫的排量增加，不僅損失大量的熱能，而且會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)氣氛中含有過(guò)多氧氣，進(jìn)而造成鋼的嚴(yán)重?zé)龘p;而空燃比過(guò)小會(huì)造成燃燒不完全，降低熱效率，造成熱損失增大，會(huì)產(chǎn)生大量黑煙［2］。安鋼熱連軋加熱爐的設(shè)計(jì)，高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)爐尾的煙道預(yù)熱空氣和煤氣后，從煙囪中排放，因此氣體的流動(dòng)方向與板坯的運(yùn)動(dòng)方向相反。根據(jù)實(shí)際情況，在加熱爐的調(diào)整策略上，均熱段采用了較低的過(guò)剩系數(shù)，二加熱段采用了低的過(guò)剩系數(shù)，一加熱段采用了高的過(guò)剩系數(shù)。此調(diào)整策略的特點(diǎn)是，在高溫的均熱段，爐內(nèi)氣氛保持了還原性氣氛，而溫度較低的一加熱段，氣氛為氧化性氣氛，過(guò)剩的煤氣在向爐后的運(yùn)動(dòng)時(shí)，在一加熱段與過(guò)剩的氧氣產(chǎn)生二次燃燒。

板坯在不同溫度下的氧化速度有很大的差別。鋼坯表面溫度在600 ℃以上時(shí)氧化開(kāi)始有顯著變化，溫度達(dá)到1200 ℃以上，氧化燒損急劇增長(zhǎng)。在其它條件相同的情況下，設(shè)800 ℃時(shí)的氧化燒損量為1，則1000 ℃時(shí)氧化燒損量為6，1100 ℃時(shí)氧化燒損量約為10，1200 ℃時(shí)約為15［3］。由于在高溫下保持了還原性氣氛，因而新的調(diào)整策略能夠有效防止鋼表面的氧化。在均熱段的高溫條件下，氣氛與板坯表面以輻射傳熱為主，而板坯上下表面與中心則以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行熱量的傳遞。由于氧化鐵皮的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼小，所以減少表面的氧化還可以提高板坯的熱傳導(dǎo)，提高熱效率，對(duì)降低能耗也有一定的貢獻(xiàn)。

在管理上，通過(guò)定期對(duì)煤氣、空氣調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行精度進(jìn)行了校驗(yàn)，使調(diào)整工的操作效率和精度更高，更加容易實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)氣氛的控制。

3．4 制定合理待軋工藝制度

為了減少待軋期間的能耗，根據(jù)時(shí)間的不同，制定了待軋期間的工藝制度，見(jiàn)表2。

表2 熱連軋機(jī)組待軋保溫制度

在操作上，當(dāng)軋線出現(xiàn)事故停軋時(shí)，及時(shí)調(diào)整爐溫和燃料量，按照表1 的要求降溫，降溫過(guò)程可以采取大風(fēng)量的模式，保溫階段要及時(shí)調(diào)整空燃比至正常燃燒狀態(tài)，并對(duì)流量調(diào)節(jié)閥的最小限位進(jìn)行調(diào)整。從原來(lái)的8% ～10%減小到目前的3% ～5%，避免了以往大煤氣量、大空氣量待軋保溫的現(xiàn)象。在管理上，在事故處理期間，加強(qiáng)與軋線的聯(lián)系，及時(shí)了解進(jìn)度和開(kāi)車(chē)時(shí)間，嚴(yán)格按照工藝制度執(zhí)行，保證復(fù)產(chǎn)板坯的加熱質(zhì)量。

3．5 優(yōu)化軋制工藝

對(duì)于不含微合金元素的普通鋼種，在軋制工藝上，優(yōu)化和降低粗軋終軋溫度，采取提高粗軋機(jī)的最高限速，提高軋制節(jié)奏，合理使用粗軋和精軋之間的保溫罩，減少熱損失，從而適當(dāng)降低了加熱溫度。通過(guò)軋制工藝的優(yōu)化，軋制節(jié)奏由150 s 提高到140 s，加熱溫度降低了10 ℃～20 ℃，軋線小時(shí)產(chǎn)量達(dá)540 t/h，比2012年高出40 t/h。

4 效果

通過(guò)以上措施的實(shí)施，安鋼熱連軋機(jī)組的能耗有了明顯的下降。對(duì)比2012年，燃耗平均下降了0．28 GJ/t，目前能夠穩(wěn)定控制在1．45 GJ/t 左右。圖1 是2013年10月至2014年6月加熱爐能耗的統(tǒng)計(jì)情況，達(dá)到了國(guó)內(nèi)相同機(jī)組的先進(jìn)水平。

圖1 加熱爐月能耗統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)安鋼熱連軋加熱爐的能耗影響因素進(jìn)行分析，制定了有針對(duì)性的措施，實(shí)踐表明了這些措施對(duì)降低加熱爐的能耗行之有效，已經(jīng)固化至相關(guān)的工藝制度中，加熱爐總的能耗也由1．73 GJ/t 降低至1．45 GJ/t 左右，效果明顯。

加熱爐的節(jié)能降耗是一個(gè)系統(tǒng)工程，其影響因素也很多，除了采取針對(duì)加熱爐本身的節(jié)能措施外，外圍創(chuàng)造有利的生產(chǎn)條件同樣不可或缺。因此，在降低加熱爐能耗工作上，除了要加強(qiáng)研究應(yīng)用新技術(shù)、新方法以外，還要在日常管理上嚴(yán)要求，抓落實(shí)，重細(xì)節(jié)，才能達(dá)到降低燃耗的目的。

［1］向云畔，郭宏麗．降低軋鋼加熱爐煤氣單耗的措施． 武鋼技術(shù)，2014，52(2):28 －29．

［2］王旌鑒． 合理組織燃燒 減少煙氣排放． 四川冶金:2012，34(1):34 －37．

［3］鄧偉，張青松，張宇，等．鋼坯氧化燒損影響因素試驗(yàn)研究［J］．張家界:全國(guó)能源與熱工2006 學(xué)術(shù)年會(huì)，2006:64 －66．