寬厚板加熱爐節(jié)能改造與應(yīng)用

鄧靜波

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司 寬厚板廠，湖南 湘潭411101）

湘鋼3 800 mm寬厚板單機(jī)架生產(chǎn)線遠(yuǎn)離連鑄機(jī)，加熱爐不能與鑄機(jī)直接對(duì)接，板坯從連鑄運(yùn)輸輥道下線后，通過(guò)汽車倒運(yùn)到產(chǎn)線板坯庫(kù)內(nèi)進(jìn)行堆垛，再根據(jù)軋制計(jì)劃裝爐，熱裝率及熱裝溫度受到極大的影響。另一方面，湘鋼煤氣資源較為緊張，發(fā)電用氣和生產(chǎn)用氣頻繁沖突，煤氣用量不足造成板坯待溫頻繁，影響軋制產(chǎn)能的穩(wěn)定發(fā)揮。為響應(yīng)公司節(jié)能降耗工作，迫切需要開(kāi)展降低煤氣消耗的攻關(guān)。

1 湘鋼加熱爐工藝及技術(shù)參數(shù)

湘鋼3 800 mm寬厚板單機(jī)架生產(chǎn)線的加熱爐于2007年設(shè)計(jì)建造，配置有兩座加熱爐，設(shè)計(jì)按照雙爐對(duì)單機(jī)的生產(chǎn)模式，隨著近幾年降成本工作的開(kāi)展，目前已停用一座加熱爐，實(shí)行單爐對(duì)單機(jī)的生產(chǎn)模式。加熱爐采用高焦混合煤氣燃燒，按雙排或者單排裝出鋼生產(chǎn)，每座加熱爐配有煤氣和空氣預(yù)熱器各4個(gè)，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 加熱爐主要技術(shù)參數(shù)

2 節(jié)能降耗措施

2.1 提高軋機(jī)生產(chǎn)效率

所有節(jié)能降耗的措施中，生產(chǎn)效率提高是降低單位能耗最直接有效的辦法，并且隨著板坯裝爐的節(jié)奏的加快，可同時(shí)減少板坯堆垛冷卻的時(shí)間，提高板坯裝爐溫度。但單機(jī)架軋制有其固有的不利因素，單機(jī)架批次軋制中間坯需要從軋機(jī)出口空過(guò)到軋機(jī)入口區(qū)域控軋，過(guò)程需要耗時(shí)1 min左右，大大降低了軋制的生產(chǎn)效率，批次軋制過(guò)程如圖1所示。

圖1 單機(jī)架批次軋制過(guò)程示意圖

因此提高單機(jī)架軋制效率的重點(diǎn)是縮短每個(gè)道次之間的間隙時(shí)間。整個(gè)軋制過(guò)程為自動(dòng)控制，將軋制過(guò)程按各個(gè)時(shí)序進(jìn)行分解再分析其連貫性，對(duì)每個(gè)時(shí)序的設(shè)備動(dòng)作時(shí)間、信號(hào)傳輸執(zhí)行與反饋時(shí)間、等待時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，充分挖掘各個(gè)設(shè)備、各個(gè)時(shí)序之間銜接時(shí)間潛能，減少軋機(jī)空閑時(shí)間[1]，通過(guò)攻關(guān)將道次間隙時(shí)間縮短為原來(lái)的75%，軋制效率顯著提升。

2.2 加熱爐水梁改造

加熱爐水梁是爐內(nèi)的主要承重構(gòu)件，用厚壁無(wú)縫鋼管制成，水梁采用雙層小直徑結(jié)構(gòu)，由兩根圓形無(wú)縫鋼管組成，鋼管內(nèi)通凈環(huán)水進(jìn)行冷卻，耐熱墊塊在水梁頂部交錯(cuò)布置，以減少板坯黑印溫差。鋼管外部用硅酸鋁纖維毯和低水泥澆注料包裹，起到隔熱保護(hù)作用。澆注料在水梁頂面砌成一個(gè)平面，長(zhǎng)期以來(lái)氧化鐵皮堆積在該平面上阻礙熱能向板坯下表面?zhèn)鬟f，造成板坯溫度差、溫度不均勻。通過(guò)打破原有設(shè)計(jì)，將水梁頂面的耐火材料去除，重新以耐熱墊塊為起點(diǎn)，用澆注料砌成兩邊向下的斜面，氧化鐵皮向兩邊滑落不堆積，如圖2所示，改善板坯下表面的傳熱條件，提高板坯溫度。

圖2 水梁頂面改造示意圖

2.3 爐襯采用節(jié)能涂料

加熱爐內(nèi)部熱能的傳遞主要以輻射的方式進(jìn)行，占熱能傳遞的80%以上，煤氣燃燒將熱能以輻射的方式傳給板坯和爐墻，當(dāng)爐墻把爐氣輻射的熱能由反射回爐膛時(shí)，因光譜特性的差異，反射的熱能大部分重新被爐氣吸收通過(guò)排煙帶出爐外，不能被板坯吸收[2]。

爐內(nèi)輻射的有效熱能大多數(shù)集中在1～5 μm波段，該波段的熱能極易被板坯吸收。湘鋼加熱爐在爐膛內(nèi)壁及水梁表面均勻噴涂一層高溫紅外節(jié)能涂料，該涂料以其優(yōu)異的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，不但提高爐墻的黑度增加爐墻的吸收率和輻射的發(fā)射率，而且改變自身輻射的波譜，增強(qiáng)了1～5 μm波段的紅外發(fā)射率,提高板坯加熱溫度，同時(shí)還可以起到降低排煙溫度的作用。

2.4 富氧燃燒改造

富氧燃燒技術(shù)是以氧氣體積分?jǐn)?shù)大于21%的氣體做助燃劑的條件下的燃燒，于上世紀(jì)八十年被提出[3]，國(guó)內(nèi)目前在寬厚板軋鋼加熱爐上的應(yīng)用案例較少，與普通壓縮空氣作為助燃劑相比，具有加快燃燒速度、提高火焰溫度、減少排煙量、減少NOx的排放等優(yōu)點(diǎn)。為減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，湘鋼自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)富氧燃燒系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 富氧燃燒系統(tǒng)示意圖

在加熱段空氣主管道中加入氧氣，混合了氧氣的壓縮空氣一起被送到燒嘴處進(jìn)行燃燒，并在管道上安裝氧化鋯探頭測(cè)量混合氣體中的氧氣含量，作為氧氣流量控制的依據(jù)。通過(guò)應(yīng)用分析調(diào)查，富氧燃燒技術(shù)對(duì)節(jié)能的關(guān)鍵，一是提高火焰溫度，二是用少量體積的氧氣置換大量壓縮空氣，可以減少煙氣排放帶走的熱損失。

2.5 裝鋼塊數(shù)優(yōu)化

湘鋼連鑄板坯寬度以2 080 mm和2 280 mm為主，加熱爐的有效長(zhǎng)度37 900 mm，額定加熱能力150 t/h?？紤]兩塊板坯之間的間隙、裝出爐端基于設(shè)備安全設(shè)計(jì)的富余空間，加熱爐兩端板坯在爐子里面裝滿的塊數(shù)為30～32塊。爐內(nèi)板坯間隙大、富余空間多、板坯塊數(shù)少可以使坯料受熱面增加，板坯獲得的輻射熱流增大,從而縮短加熱時(shí)間提高加熱溫度。但是板坯間距過(guò)大、富余空間過(guò)多又使得爐內(nèi)單位面積擺放的板坯塊數(shù)減少，反而會(huì)降低生產(chǎn)效率，不能滿足軋制節(jié)奏的需求，因此需要獲得二者之間的最佳平衡。

調(diào)查分析設(shè)備功能富余量，實(shí)地測(cè)量爐膛長(zhǎng)寬、水梁長(zhǎng)度、出爐激光位置，在不違背原始設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，對(duì)板坯間隙、裝出爐段的富余空間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在不新增投入、不停機(jī)改造的條件下實(shí)現(xiàn)了裝鋼塊數(shù)的增加，加熱爐的加熱能力提高約12 t/h，減少板坯待溫時(shí)間的效果明顯，為降低煤氣單耗提供了基礎(chǔ)（見(jiàn)表2）。

表2 裝鋼塊數(shù)改進(jìn)效果對(duì)比

2.6 空、煤氣預(yù)熱器換新

單機(jī)架生產(chǎn)線軋鋼加熱爐使用的煤氣為高焦混合煤氣，預(yù)熱器自服役以來(lái)受多種因素影響一直未進(jìn)行更換，高焦混合煤氣中含有大量焦油、粉塵，造成空氣預(yù)熱器外壁易粘連焦油等雜質(zhì)，降低換熱效果；煤氣預(yù)熱器不但外壁易被焦油等粘結(jié)，內(nèi)壁更易粘結(jié)，使得換熱效果降低，影響加熱爐能耗[4]。

對(duì)原有的4個(gè)煤氣預(yù)熱器和4個(gè)空氣預(yù)熱器進(jìn)行換新，空、煤氣預(yù)熱溫度大為提高，排煙溫度明顯降低，起到較好的節(jié)能效果。

2.7 運(yùn)輸車輛改造

湘鋼3 800 mm寬厚板單機(jī)架生產(chǎn)線受場(chǎng)地限制，沒(méi)有配置在煉鋼生產(chǎn)線之后，板坯從連鑄下線后需用汽車倒運(yùn)到板坯庫(kù)，不能實(shí)現(xiàn)板坯直裝，特別是下雨天，板坯在路途運(yùn)輸過(guò)程中相當(dāng)于一次淬火，巨大的溫降造成大量的熱能損失。為降低運(yùn)輸途中的溫降，公司對(duì)板坯運(yùn)輸車輛自行設(shè)計(jì)制造保溫罩，如圖4所示，運(yùn)輸溫降可以控制到40℃。

圖4 車輛保溫罩實(shí)物照片

2.8 爐門(mén)半開(kāi)動(dòng)作優(yōu)化

加熱爐內(nèi)爐膛氣壓的一般按照微正壓控制，即爐內(nèi)氣壓略大于大氣壓力，避免爐外冷空氣吸入爐內(nèi)，再者保持合理的空氣過(guò)剩系數(shù)使煤氣得到充分燃燒。但在裝、出鋼爐門(mén)打開(kāi)時(shí)，爐膛內(nèi)氣壓下降，冷空氣被大量吸入爐內(nèi)，引起爐溫波動(dòng)、能耗增加。

加熱爐的出鋼爐門(mén)分成左右兩部分，出鋼時(shí)同時(shí)升降，造成爐膛壓力驟然降低，外界冷氣被快速吸入爐內(nèi)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)爐門(mén)打開(kāi)和取鋼機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)爐門(mén)只開(kāi)啟出鋼位置的半邊，另外半邊不開(kāi)啟，大為降低爐膛氣壓的損失，減少了外界冷氣滲入。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)實(shí)施以上措施，湘鋼3 800 mm寬厚板單機(jī)架生產(chǎn)線的軋鋼加熱爐的熱效率提高，軋鋼煤氣單耗從1.4 GJ/t降低到1.1 GJ/t，年創(chuàng)效達(dá)到1 200萬(wàn)元，加熱爐基本實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，在提高產(chǎn)能、節(jié)能降耗方面有了較大的進(jìn)步。