孫廣輝 劉社牛 李娜 李翠玲 段云

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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 機組投產(chǎn)以來，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。對此，開展了針對1780 mm 熱連軋產(chǎn)線加熱爐燃耗的技術攻關，噸鋼燃耗有了較大程度的下降，從而獲得了良好的經(jīng)濟效益。

1 加熱爐設備概況

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梁式加熱爐，均由中冶賽迪設計，均采用空氣、煤氣雙預熱和汽化冷卻技術，單爐額定產(chǎn)量為270 t/h，有效爐長為43．5 m、爐子內(nèi)寬為11．7 m。三座加熱爐沿爐長方向均由預熱段、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

通過對熱連軋加熱工序、軋鋼生產(chǎn)工藝及數(shù)據(jù)進行分析，總結出以下幾個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)的預熱，大幅度降低加熱爐的能耗?，F(xiàn)場測量數(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年安鋼熱連軋機組的熱裝統(tǒng)計數(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%;而同期國內(nèi)同行先進企業(yè)的連鑄板坯8 h 內(nèi)熱裝率能達到47%以上。由此可見，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。在加熱過程中由于預熱段沒有配備燒嘴，一加熱段溫度的高低直接決定著預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造成排煙溫度升高，而排煙量的大小，與空燃比關系比較密切，超過平衡燃燒需要的燃料或空氣，都會造成排煙量升高。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，為保證煤氣完全燃燒，調(diào)火工在操作時就會將空燃比設定較大，從而導致煙氣量更高。

2．3 煤氣的的波動能耗大

熱連軋加熱爐所用的燃料為安鋼自產(chǎn)的高爐煤氣和焦爐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，當高爐、焦爐生產(chǎn)有異常的時候，經(jīng)常導致這兩種煤氣的配比發(fā)生大幅波動，進而造成送往加熱爐的混合煤氣熱值和壓力發(fā)生波動。取樣抽檢的結果表明，混合煤氣熱值的波動范圍比較大，最低值可以到6700 kJ/m3，最高值可以達到11340 kJ/m3。煤氣熱值和壓力的波動，會使加熱爐在煤氣用量設定不變、生產(chǎn)工況變化不大時突然上升或下降20 ℃～30 ℃，導致加熱爐在出鋼時爐頭頻繁冒火，爐尾殘氧量在0% ～5%之間頻繁波動。由于混合煤氣熱值和壓力的不穩(wěn)定，造成調(diào)火工在燒鋼控制時對空燃比的頻繁調(diào)整。空氣量過大不但降低了爐溫并造成排煙量的增加，而且空燃比過大還將導致爐內(nèi)處于強氧化性氣氛，增加了板坯的氧化燒損;空氣量過小將造成煤氣的不完全燃燒，對爐子的能耗影響更大。

2．4 加熱爐在保溫時的空燃能耗

多年來，安鋼1780 mm 熱連軋生產(chǎn)線的設備故障和軋制事故較多，非計劃停車和計劃換輥往往造成加熱爐處于保溫狀態(tài)，如果操作不當或與軋線溝通不暢，都會造成空燃能耗的巨大浪費。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)值與實際的閥位不符，如空、煤氣段流量調(diào)節(jié)閥在DCS 畫面上顯示開度為10%，而現(xiàn)場實際開度卻在20%甚至更高，給操作工造成誤導，降低了調(diào)整效率，甚至導致空、煤氣量在保溫期間調(diào)不下來;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，但同時也降低了爐溫，造成加熱爐在恢復升溫的時候浪費煤氣較多。

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間上，一是出鋼時由于爐門打開，導致均熱段瞬時降溫大;二是提高軋制節(jié)奏，可以降低軋制過程的溫降，有利于實現(xiàn)低溫加熱，并降低板坯的在爐時間。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，達到出鋼的技術要求。此后板坯的在爐時間對加熱質(zhì)量影響不大，但是消耗了能量，屬于無效能耗，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)計劃與軋制的生產(chǎn)計劃有效銜接。安鋼熱連軋機組投產(chǎn)以來，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條件。在生產(chǎn)計劃管理上，由于為熱連軋機組供應板坯的第二煉軋廠2#、3#鑄機還承擔著部分中厚板機組的供坯任務，因此應以熱連軋熱裝為核心，合理安排煉鋼和軋制計劃，盡量縮短板坯在庫時間，提高熱裝率。經(jīng)過努力，熱連軋機組的板坯熱裝率都有了明顯的提高，目前，每月0 ～8 h 內(nèi)入爐的比例達到45%以上，板坯入爐溫度達到550 ℃以上，32 h 以內(nèi)板坯入爐比例達到80%以上，平均入爐溫度達到400 ℃以上，這對加熱爐燃耗的降低起到了很大的作用。

3．2 合理分配熱負荷，降低排煙熱損失

根據(jù)板坯熱裝入爐時間和表面溫度的差異，對加熱爐各段的熱負荷進行了重新分配。對0 ～8 h入爐的板坯，由于入爐溫度高，采取關閉一加熱段后段部分燒嘴，將加熱重心向出料端轉(zhuǎn)移，相當于延長了加熱爐預熱段的長度，充分利用爐子煙氣溫度對板坯進行預熱;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不同生產(chǎn)工況下各段爐溫設定制度，從而實現(xiàn)不同入爐條件的板坯，通過合理分配各加熱段的熱負荷，達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

通過能源動力部的積極有效溝通，在保持安鋼總煤氣平衡的前提下，對供給熱連軋加熱爐的煤氣結構進行優(yōu)化，在保證焦爐煤氣不放散的基礎上，及時調(diào)整混合煤氣配比和壓力來穩(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程中，如果空燃比過大，會從爐內(nèi)帶走大量的熱能，降低火焰溫度，并產(chǎn)生過多的廢氣，導致氧化氮、氧化硫的排量增加，不僅損失大量的熱能，而且會導致爐內(nèi)氣氛中含有過多氧氣，進而造成鋼的嚴重燒損;而空燃比過小會造成燃燒不完全，降低熱效率，造成熱損失增大，會產(chǎn)生大量黑煙［2］。安鋼熱連軋加熱爐的設計，高溫煙氣通過爐尾的煙道預熱空氣和煤氣后，從煙囪中排放，因此氣體的流動方向與板坯的運動方向相反。根據(jù)實際情況，在加熱爐的調(diào)整策略上，均熱段采用了較低的過剩系數(shù)，二加熱段采用了低的過剩系數(shù)，一加熱段采用了高的過剩系數(shù)。此調(diào)整策略的特點是，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，過剩的煤氣在向爐后的運動時，在一加熱段與過剩的氧氣產(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 ℃以上時氧化開始有顯著變化，溫度達到1200 ℃以上，氧化燒損急劇增長。在其它條件相同的情況下，設800 ℃時的氧化燒損量為1，則1000 ℃時氧化燒損量為6，1100 ℃時氧化燒損量約為10，1200 ℃時約為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的方式進行熱量的傳遞。由于氧化鐵皮的導熱系數(shù)比鋼小，所以減少表面的氧化還可以提高板坯的熱傳導，提高熱效率，對降低能耗也有一定的貢獻。

在管理上，通過定期對煤氣、空氣調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行精度進行了校驗，使調(diào)整工的操作效率和精度更高，更加容易實現(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)時間的不同，制定了待軋期間的工藝制度，見表2。

表2 熱連軋機組待軋保溫制度

在操作上，當軋線出現(xiàn)事故停軋時，及時調(diào)整爐溫和燃料量，按照表1 的要求降溫，降溫過程可以采取大風量的模式，保溫階段要及時調(diào)整空燃比至正常燃燒狀態(tài)，并對流量調(diào)節(jié)閥的最小限位進行調(diào)整。從原來的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，加強與軋線的聯(lián)系，及時了解進度和開車時間，嚴格按照工藝制度執(zhí)行，保證復產(chǎn)板坯的加熱質(zhì)量。

3．5 優(yōu)化軋制工藝

對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，從而適當降低了加熱溫度。通過軋制工藝的優(yōu)化，軋制節(jié)奏由150 s 提高到140 s，加熱溫度降低了10 ℃～20 ℃，軋線小時產(chǎn)量達540 t/h，比2012年高出40 t/h。

4 效果

通過以上措施的實施，安鋼熱連軋機組的能耗有了明顯的下降。對比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)計情況，達到了國內(nèi)相同機組的先進水平。

圖1 加熱爐月能耗統(tǒng)計

5 結語

通過對安鋼熱連軋加熱爐的能耗影響因素進行分析，制定了有針對性的措施，實踐表明了這些措施對降低加熱爐的能耗行之有效，已經(jīng)固化至相關的工藝制度中，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)能降耗是一個系統(tǒng)工程，其影響因素也很多，除了采取針對加熱爐本身的節(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，除了要加強研究應用新技術、新方法以外，還要在日常管理上嚴要求，抓落實，重細節(jié)，才能達到降低燃耗的目的。

［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，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研究［J］．張家界:全國能源與熱工2006 學術年會，2006:64 －66．