楊森，丁國(guó)偉，郭志勇

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司熱軋部，河北唐山063000）

轉(zhuǎn)焦混合煤氣在蓄熱步進(jìn)式板坯加熱爐上的應(yīng)用

楊森，丁國(guó)偉，郭志勇

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司熱軋部，河北唐山063000）

唐鋼熱軋部1700線(xiàn)擁有兩座加熱爐，兩爐均使用高爐煤氣，為減小高爐休風(fēng)對(duì)加熱爐生產(chǎn)的影響，決定對(duì)其2#爐進(jìn)行混合煤氣改造，混合煤氣為轉(zhuǎn)焦混合煤氣。目前，中高熱值煤氣在雙蓄熱板坯加熱爐上應(yīng)用尚無(wú)先例，介紹了中等熱值煤氣在雙蓄熱板坯加熱爐上應(yīng)用效果、存在問(wèn)題、原因分析及改進(jìn)措施，對(duì)同類(lèi)加熱爐使用中熱值燃料具有借鑒意義。

轉(zhuǎn)焦混合煤氣；雙蓄熱；加熱爐；板坯

唐鋼熱軋部1700生產(chǎn)線(xiàn)有兩座步進(jìn)蓄熱式加熱爐，爐膛尺寸27 600 mm×15 800 mm，其中1#爐燃料采用全高爐煤氣；2#爐第一加熱段燃料為混合煤氣（以轉(zhuǎn)爐煤氣為主，摻有少量焦?fàn)t煤氣）、第二加熱段及均熱段燃料為高爐煤氣。該加熱爐采用雙蓄熱式加熱結(jié)構(gòu)布置，高爐煤氣在國(guó)內(nèi)此類(lèi)加熱爐上的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，但其中高熱值煤氣在爐體較寬的雙蓄熱板坯加熱爐上的應(yīng)用尚少有先例。

1 煤氣在加熱爐應(yīng)用的燃燒特性

高爐煤氣中含有大量的N2和CO2，可燃成分CO僅占20%～30%，因此高爐煤氣與其他氣體燃料相比屬于低熱值燃料。高爐煤氣應(yīng)用在雙蓄熱式加熱爐中經(jīng)過(guò)蓄熱箱預(yù)熱之后，其優(yōu)勢(shì)明顯，被廣泛應(yīng)用在蓄熱式加熱爐上。

混合煤氣中CO和H2含量高，熱值較高，但其毒性大，易燃易爆且煙塵量大。相比高爐煤氣更易燃、著火和燃燒更穩(wěn)定。因此，在步進(jìn)式板坯加熱爐中，轉(zhuǎn)爐煤氣采用空氣單蓄熱較多，而雙蓄熱的應(yīng)用效果需要論證。改造前后所用煤氣成分及熱值見(jiàn)表1。

表1 高爐、混合煤氣成分及熱值表

2 混合煤氣改造方案

根據(jù)此次檢修安排高爐休風(fēng)40 d，會(huì)導(dǎo)致整條軋線(xiàn)停產(chǎn)。為此決定對(duì)2#加熱爐進(jìn)行改造更換燃料介質(zhì)。根據(jù)實(shí)際情況擬定了兩套改造方案：一是臨時(shí)性改造，其特點(diǎn)為投資小、工期短，可根據(jù)改造情況和生產(chǎn)計(jì)劃在完成高爐休風(fēng)之后改回現(xiàn)有配置；二是改為長(zhǎng)期使用混合煤氣燃燒系統(tǒng)，其特點(diǎn)為投資高、工期偏長(zhǎng)、能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.1 工藝技術(shù)參數(shù)

加熱爐類(lèi)型：空、煤氣雙蓄熱步進(jìn)梁式板坯加熱爐

坯料尺寸：150 mm×1 250 mm×14 500 mm（單排料）

鋼種：SPHC、SPHD、T510L、T410L、SS490、Q345A、Q345B等

加熱能力：Q345A 200 t/h板坯溫差：≤20℃熱負(fù)荷分配見(jiàn)表2。

表2 加熱爐各段熱負(fù)荷分配（%）

2.2 方案一

（1）改造原則：在盡量減小改動(dòng)的前提下，將燃燒系統(tǒng)臨時(shí)改為用混合煤氣燃燒，同時(shí)兼顧加熱爐的爐溫均勻性。

（2）改造措施：對(duì)第二加熱段及均熱段煤氣燒嘴磚用修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)，煤氣燒嘴殼體和空氣燒嘴不動(dòng)。修改第二加熱段及均熱段燃燒系統(tǒng)管路，主要修改煤氣、煤煙管路，空氣管道及流量計(jì)。第二加熱段及均熱段煤氣燒嘴磚及局部爐側(cè)墻重新制作，煤氣燒嘴噴口改用適合更長(zhǎng)火焰的噴口形狀，并調(diào)整噴口角度使加熱均勻性更好。煤氣總管接點(diǎn)切換到混合煤氣介質(zhì)接口。所有空氣及煤氣流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥須重新核算。換向系統(tǒng)、燃燒控制程序需要進(jìn)行修改。

（3）改造預(yù)計(jì)效果：增大第二加熱段及均熱段下?tīng)t膛煤氣蓄熱燒嘴噴口流速，減小水平噴口偏角。通過(guò)加長(zhǎng)下?tīng)t膛火焰，達(dá)到均勻供熱的目的；增大第二加熱段及均熱段上爐膛煤氣蓄熱燒嘴噴口流速，減小水平噴口偏角，煤氣噴口形狀盡量趨近圓形，以延長(zhǎng)煤氣與爐氣混合時(shí)間，保證火焰長(zhǎng)度。均熱段燒嘴供熱能力有限，火焰長(zhǎng)度難以達(dá)到要求。為了延長(zhǎng)火焰將均熱段煤氣燒嘴噴口形式略加調(diào)整，使煤氣噴口向下偏轉(zhuǎn)一定角度，利用氣流與鋼坯表面形成的附壁效應(yīng)延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度。

2.3 方案二

（1）改造原則：在滿(mǎn)足加熱質(zhì)量和降低能耗的前提下，將燃燒介質(zhì)長(zhǎng)期改為混合煤氣。

（2）改造措施：更換第二加熱段及均熱段全部燒嘴及燒嘴磚。重新調(diào)整各段負(fù)荷分配，第二加熱段及均熱段爐側(cè)墻重新制作，煤氣燒嘴噴口改用適合更長(zhǎng)火焰的噴口形狀，并調(diào)整噴口角度使加熱均勻性更好?？諝鈬娍谡{(diào)整口徑，使噴出空氣能與爐氣快速混合。修改第二加熱段及均熱段燃燒系統(tǒng)管路。修改煤氣管路、空氣管路及流量計(jì)修改。煤氣總管接點(diǎn)切換至混合煤氣介質(zhì)接口。換向系統(tǒng)、燃燒控制程序修改。

（3）降低鋼坯溫差的措施：合理配置各段的供熱負(fù)荷，提高均熱段的供熱比例，防止坯料在均熱段受熱不均和出料門(mén)口處的局部降溫。改造后空煤氣蓄熱箱配置合理，有利于煙氣余熱的極限回收。

根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)各方面權(quán)衡，決定采用方案二利用大修時(shí)間進(jìn)行實(shí)施改造。

3 混合煤氣應(yīng)用效果

更換混合煤氣后提溫速度增加，加熱能力增強(qiáng)，在裝冷坯時(shí)效果尤為明顯。在生產(chǎn)節(jié)奏緊張或冷坯庫(kù)存較高時(shí)，混合煤氣作為燃料的優(yōu)勢(shì)突出。

3.2 板坯加熱溫度不均

以精軋入口溫度檢測(cè)為準(zhǔn)，單根板坯溫差在30℃左右，最大溫差可達(dá)60℃，集中表現(xiàn)為兩端高中間低，溫差過(guò)大為板坯工藝軋制帶來(lái)不便，甚至?xí)斐刹缓细衿吩黾訌U品率。由此得出，改造并未達(dá)到設(shè)計(jì)溫差范圍內(nèi)的目標(biāo)。

3.3 氧化燒損增加

爐底水封槽排渣量較改造之前有明顯增加，且爐內(nèi)第二加熱段均熱交接位置氧化鐵皮堆積高度接近于水梁高度，說(shuō)明氧化鐵皮生成量有所增加。爐底氧化鐵皮的堆積會(huì)阻礙了下層燒嘴火焰的正常燃燒，導(dǎo)致煤氣在噴口附近燃燒，在反復(fù)的蓄熱燃燒過(guò)程中，會(huì)造成蓄熱箱體內(nèi)的耐材加劇損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氧化鐵皮在水梁上積鎦進(jìn)而影響正常生產(chǎn)。

3.4燃燒火焰短

在爐內(nèi)側(cè)墻位置，火焰燃燒明亮；爐膛中間位置火焰暗紅。由此可見(jiàn)板坯溫差的缺點(diǎn)與火焰燃燒狀態(tài)有著對(duì)應(yīng)關(guān)系?；旌厦簹馕催_(dá)到爐膛中間就已經(jīng)完全燃燒，造成火焰偏短，其長(zhǎng)度不及爐體寬度的1/3。根據(jù)理論計(jì)算管道煤氣總供給量是足夠的，這種兩側(cè)加熱量過(guò)大中間偏小的燃燒狀態(tài)直接導(dǎo)致了板坯溫差較大的現(xiàn)象。

4 原因分析

4.1 燃料特性

混合煤氣中含有一定量的H2和CH4，其本身極易著火、燃燒速度快、火焰長(zhǎng)度短、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，在?jīng)過(guò)蓄熱之后溫度可達(dá)1 000℃，進(jìn)入爐內(nèi)遇到空氣即可燃燒，空煤氣從噴口出來(lái)即開(kāi)始燃燒，火焰長(zhǎng)度大約為爐體寬度的1/3，并未達(dá)到設(shè)計(jì)效果。蓄熱箱內(nèi)的耐材經(jīng)過(guò)反復(fù)蓄熱燃燒循環(huán)逐漸受損，而耐材受損之后會(huì)影響蓄熱效果，會(huì)加劇混合煤氣燃燒不均的狀況，結(jié)果體現(xiàn)為板坯溫度兩端高中間溫度低。

想念他的時(shí)候，她會(huì)去他的公司樓下。她不知道，他想念她的時(shí)候，也無(wú)數(shù)次地來(lái)過(guò)這里，只是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地望著。他們的愛(ài)，也許只能是溫室里的花朵，結(jié)不出秋天的果實(shí)，是先天不足的脆弱吧。

4.2 加熱溫度高

單根板坯長(zhǎng)度方向存在溫度不均，中間溫度過(guò)低不但會(huì)影響軋制節(jié)奏還會(huì)影響產(chǎn)品性能。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了使板坯溫度最低點(diǎn)符合工藝制度的下限要求，會(huì)提高板坯整體溫度來(lái)達(dá)到要求。由此會(huì)造成氧化鐵皮生成量增加，根據(jù)單位面積燒損量和時(shí)間、溫度的非線(xiàn)性關(guān)系：

式中：r—加熱時(shí)間，min；T—絕對(duì)溫度，K。

實(shí)踐表明，隨著溫度T的升高，氧化燒損量G也會(huì)隨之增加。

4.3 燒嘴噴口結(jié)構(gòu)

均熱段燒嘴噴口更改為多孔分散式布置，目的是為了增加氣體流速，延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度，而實(shí)際效果是在燒嘴噴口附近出現(xiàn)短而明亮的火焰，并未達(dá)到設(shè)計(jì)的效果。空煤氣噴口設(shè)計(jì)原則應(yīng)保證兩者既不能擴(kuò)散燃燒太快，又不能使煤氣被吸入爐子在側(cè)蓄熱室二次燃燒。

（1）燒嘴磚噴口尺寸。燒嘴磚噴口采用多孔分散式，噴口尺寸縮小可使流速增加，但多孔分散式使其混合更加容易，使得經(jīng)過(guò)預(yù)熱達(dá)到1 000℃以上的空煤氣者進(jìn)入爐內(nèi)相遇即燃燒，造成火焰還未達(dá)到一定長(zhǎng)度及全部燃燒。

（2）空煤燒嘴噴口角度。相鄰空煤氣燒嘴磚的噴口中心線(xiàn)角度α直接影響燃燒火焰長(zhǎng)度的大小。如果夾角α偏大，空煤氣交叉混合位置距離爐墻越近，會(huì)造成火焰長(zhǎng)度縮短，因此，減小夾角α可以延長(zhǎng)空煤氣接觸點(diǎn)位置，可以適當(dāng)?shù)睦L(zhǎng)燃燒火焰，保證爐膛中間位置的加熱效果，提高板坯均勻性減小單根板坯溫差。

5 改進(jìn)措施

5.1 制定相應(yīng)工藝制度

針對(duì)均熱段加熱效果不佳的情況，從工藝制度上嚴(yán)格控制板坯在均熱段的加熱時(shí)間，在長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)待軋或冷坯保溫時(shí)，均熱段不允許存放板坯；適當(dāng)提高第一加熱段及第二加熱段的加熱溫度，增加供熱負(fù)荷，避免板坯在均熱段長(zhǎng)時(shí)間加熱。通過(guò)對(duì)加熱制度的改進(jìn)，可以將板坯溫差控制在30℃以?xún)?nèi)。

5.2 調(diào)整燒嘴噴口尺寸及角度

根據(jù)混合煤氣燃燒特性和改造后所暴露出來(lái)的問(wèn)題點(diǎn)，決定利用停爐時(shí)間對(duì)燒嘴磚噴口尺寸及角度進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于下部燒嘴火焰盡量避開(kāi)水梁立柱，對(duì)于上部燒嘴盡量延長(zhǎng)空煤氣的混合時(shí)間，以達(dá)到提高爐溫均勻性的目的。

5.3 程序控制

原有換向程序?yàn)椋和唤M空煤氣燒嘴，換向完成后，先打開(kāi)空氣后打開(kāi)煤氣中間有5 s時(shí)差，此程序主要為出于安全角度考慮。調(diào)整其時(shí)間間隔，延長(zhǎng)其混合燃燒時(shí)間，使得煤氣可以噴到更遠(yuǎn)位置再燃燒。

6 結(jié)語(yǔ)

中高熱值煤氣在步進(jìn)式雙蓄熱板坯加熱爐上的應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)燃料特性、爐體結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝等條件綜合考慮設(shè)計(jì)，此次改造中雖然暴露出了較為突出的板坯溫度不均、氧化嚴(yán)重等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)采取有針對(duì)性的措施，仍然可以較好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。通過(guò)近兩年時(shí)間對(duì)問(wèn)題逐步解決，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)焦混合煤氣在步進(jìn)式雙蓄熱板坯加熱爐上的穩(wěn)定應(yīng)用，為同類(lèi)加熱爐提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

[1]宋中華.高、轉(zhuǎn)爐煤氣應(yīng)用于蓄熱式軋鋼加熱爐的特性研究[J].冶金能源，2012(5)∶39-43.

App lication of Converter and Cokeoven Gas in RegenerativeW alking Beam Steel Slab Heating Furnace

YANG Sen,DING Guowei,GUO Zhiyong
（Hot Rolling Departmentof Hebei Steel Group Tangshan Steel Company,Tangshan 063000,China）

The 1700 product line have two heating furnaces in hot rolling of Tangshan steel and iron，they used the blast-furnace gas for heating steel slab.In order to reduce the influence of mending blast furnace,it is decided that to usemixd gas change the No.2 heating furnace,thismixd gaswas converter gas and cokeoven gas.Now,there was no precedent of middle-high caloric value gas using in doubleregenerative steel slab heating furnace.The used effect,emerged problems,reason analysis and improved measures were introduced.It supplied experience ofmiddle caloric value gas using in the heating furnace for the other furnaces in the future.

converter and cokeoven gas;double-regenerative;heating furnace;steel slab

TG307

A

1001-6988（2016）05-0042-03

2016-07-12

∶楊森（1986—），男，工程師，主要從事軋鋼加熱爐設(shè)備管理方面工作.