軋鋼工藝節(jié)能技術(shù)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(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升、工業(yè)產(chǎn)品品種的升級，不僅并未實現(xiàn)能源節(jié)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(chǎn)工序中最為重要的一項耗能設(shè)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(huán)境造成一定污染，并增加企業(yè)生產(chǎn)成本，對企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展造成影響。因此，無論為加熱爐節(jié)能的改進或軋鋼廠加熱爐能耗降低均為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)必然發(fā)展趨勢[1]。

1 加熱爐發(fā)展趨勢概述

加熱爐為軋鋼廠生產(chǎn)工序中最為重要的一項設(shè)備，同時也為生產(chǎn)工序中耗能最高的一項設(shè)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(yīng)盡可能提升加熱爐生產(chǎn)指標，降低能耗。雖傳統(tǒng)加熱爐的排煙方式、供熱方式已在生產(chǎn)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(shù)及人工智能理論的發(fā)展，各項檢測設(shè)備及儀表性能也隨之不斷提高，模糊控制及專家系統(tǒng)等技術(shù)目前已于加熱爐燃燒控制領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[2]。

2 軋鋼廠加熱爐現(xiàn)存問題

2.1 漏氣漏火現(xiàn)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(chǎn)生不同程度漏氣漏火現(xiàn)象，加熱段局部及加熱段所產(chǎn)生的漏氣漏火現(xiàn)象，除可對加熱爐護爐板造成損害外，若現(xiàn)象嚴重將會致使加熱爐報廢。通常情況下，蓄熱室結(jié)構(gòu)為致使加熱爐漏氣漏火現(xiàn)象產(chǎn)生的一項主要原因，蓄熱室內(nèi)結(jié)構(gòu)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(yù)制燒嘴磚結(jié)構(gòu)二者間并未形成統(tǒng)一整體，高溫條件下，二者接縫位置易產(chǎn)生變形現(xiàn)象。此外，若焊接縫位置澆筑層厚度不足，經(jīng)一段時間使用后，接縫位置也會產(chǎn)生裂紋，甚至導(dǎo)致嚴重的煤氣泄漏現(xiàn)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(zhì)等因素影響，易產(chǎn)生擋板磚氣孔被堵塞現(xiàn)象。若氣孔堵塞嚴重，擋板磚將會產(chǎn)生彎曲變形，并會對加熱爐產(chǎn)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(zhì)侵蝕、高溫?zé)煔鉀_刷等因素，導(dǎo)致燒嘴磚自身強度降低，而燒嘴磚在加熱爐中運轉(zhuǎn)幾年后將會產(chǎn)生更為嚴重的損害現(xiàn)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(zhì)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(shè)備，若設(shè)備內(nèi)零件一旦遭受損害，將會降低加熱爐功能，除產(chǎn)生堵塞損壞及漏氣漏火等現(xiàn)象外，將會引發(fā)眾多耗能問題。首先為換熱器損壞。一旦換熱器導(dǎo)管封死，將會降低均熱段煅燒風(fēng)量，而換熱器所產(chǎn)生的老化腐蝕現(xiàn)象，也會導(dǎo)致煤氣的自燃、泄露。其次，爐底結(jié)渣。當(dāng)產(chǎn)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(fēng)現(xiàn)象均會得以加劇，產(chǎn)生較為嚴重的爐底結(jié)渣現(xiàn)象。再次，爐內(nèi)閥門損壞、煤氣熱值波動及水管結(jié)構(gòu)均會導(dǎo)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(jié)能設(shè)計策略

3.1 優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

借助燃燒系統(tǒng)的改造，促使燃料得以充分燃燒。如可先改進供油系統(tǒng)及供風(fēng)系統(tǒng)，通常改造方式為增加與之相匹配的變額控制系統(tǒng)，經(jīng)此改造后，氧化鐵皮過厚、粘鋼及回錠現(xiàn)象產(chǎn)生概率較小，因此也可起到良好節(jié)能效果。經(jīng)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(chǎn)量為150萬噸鋼材展開計算，則經(jīng)改造后，每年在成本支出方面則至少可節(jié)約一千萬元，雖此項改造工作較費時費力，但經(jīng)一個季度運轉(zhuǎn)后，便可收回改造所花費費用。隨后，應(yīng)改造燃燒系統(tǒng)中的霧化噴頭。設(shè)備運行過程中，燃燒器將會產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，據(jù)分析原因主要為因長時間的冷熱交替所導(dǎo)致的，因此，應(yīng)對此部分予以改造，除可將運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)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(jīng)濟收益。

3.2 改進水管支撐結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)加熱爐內(nèi)水管包裝形式為以單層包扎磚包裝，此包裝結(jié)構(gòu)下水管絕熱性及高溫抵抗能力均較為薄弱，而由爐內(nèi)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(xiàn)象。為改善此現(xiàn)象，可以改進包扎方式，如可選用具備良好絕熱性的新型復(fù)合包裝，降低因冷卻水所造成的熱量流失。經(jīng)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(zhì)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(shè)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(xiàn)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(jīng)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(xué)熱量部分及煙氣顯熱的化學(xué)熱量部分，同時在爐膛熱平衡支出中占據(jù)較大比例，比例數(shù)值通常為20%～50%間。而相應(yīng)排煙熱損失率約為32%。為將此項熱量損失降至較低，則需設(shè)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(shù)予以正確控制，而當(dāng)空氣消耗指數(shù)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(tài)下，燃燒產(chǎn)物溫度將會降低，加熱爐熱耗升高；當(dāng)空氣消耗指數(shù)低于1時，伴隨n值減小，加熱爐內(nèi)燃燒不完全燃燒現(xiàn)象增加，此狀態(tài)下，化學(xué)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(yīng)在確保燃料完全燃燒情況下，將空氣消耗指數(shù)降至較低?，F(xiàn)階段蓄熱式工業(yè)爐為新型廢氣余熱回收技術(shù)，主要為借助技術(shù)手段對爐內(nèi)廢氣予以回收，同時將余熱轉(zhuǎn)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(huán)境所造成的污染降至較低，將企業(yè)成本予以降低，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

3.4 降低爐膛內(nèi)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(nèi)熱損失的主要來源。爐底的水冷卻管承擔(dān)爐內(nèi)鋼坯的總體重量，但爐底的水冷卻管將會吸收爐內(nèi)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(xiàn)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(nèi)蓄熱損失的重要方式。與此同時，伴隨新手段、新技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員將會研發(fā)出新型材料，對現(xiàn)階段水管支撐結(jié)構(gòu)予以替代，因此，無論為能源節(jié)約或能耗降低等方面，同現(xiàn)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(shù)于軋鋼廠加熱爐內(nèi)的實際應(yīng)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(yīng)強化加熱爐整體爐墻處理力度。結(jié)合應(yīng)用溫度差異、爐型差異設(shè)置相應(yīng)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(xiàn)對熱射線的有效調(diào)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(nèi)燃料、黑體元件間可產(chǎn)生相輔相成作用。同時，經(jīng)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(jié)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(dǎo)致我國軋鋼廠生產(chǎn)成本較高的一項重要原因。因此，將軋鋼工藝節(jié)能技術(shù)應(yīng)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(nèi)熱損失等措施，改進加熱爐工藝。借此除可降低鋼鐵在生產(chǎn)過程中的能耗外，還可實現(xiàn)資源節(jié)約，推動企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展，并在一定程度上改善生態(tài)環(huán)境。