劉 麗

(山東鋼鐵集團日照有限公司冷軋項目部,山東日照 276800)

連續(xù)退火爐節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

劉 麗

(山東鋼鐵集團日照有限公司冷軋項目部,山東日照 276800)

連續(xù)退火爐是高能耗工序,為了降低工序成本,系統(tǒng)分析了連續(xù)退火爐運行過程中的實際能源消耗情況。從工藝、裝備和自動化控制多個方面對節(jié)能技術(shù)進行了深入的研究,成功應(yīng)用了一系列節(jié)能措施,效果顯著,能耗指標(biāo)達到國內(nèi)先進水平。

連續(xù)退火爐;節(jié)能;技術(shù)

1 引言

自從1972年日本新日鐵公司成功建成了世界上第一條冷軋帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線以來,連續(xù)退火技術(shù)因為其得天獨厚的優(yōu)勢,成為了現(xiàn)代冷軋帶鋼生產(chǎn)的主流,尤其是隨著汽車行業(yè)和家電行業(yè)的崛起,冷軋退火技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。作為冷軋帶鋼熱處理生產(chǎn)線上的關(guān)鍵耗能設(shè)備,其生產(chǎn)運行過程中需要消耗燃?xì)?、氮氣、氫氣、脫鹽水等大量的能源介質(zhì),其能耗占冷軋廠能耗的30%以上,因此連續(xù)退火爐節(jié)能技術(shù)控制水平的高低對冷軋廠的降本增效起到了決定性的作用。為了提高冷軋廠的核心競爭力,對連續(xù)退火節(jié)能技術(shù)進行研究有著重要的意義。

2 連續(xù)退火爐的能耗分析

日照公司連續(xù)退火爐關(guān)鍵設(shè)備引進比利時DERVER,用于高品質(zhì)表面質(zhì)量的汽車板、家電板和高強鋼的退火處理,設(shè)計年處理能力200萬噸。設(shè)備主要由預(yù)熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段、終冷段、水淬及余熱回收裝置等組成,使用焦?fàn)t煤氣加熱,爐內(nèi)通入一定比例的氮氣和氫氣混合氣體作為保護氣。在整個工藝流程中,除了速度和張力微調(diào)外,都是由系統(tǒng)程序自動控制完成,基本實現(xiàn)了自動化作業(yè)生產(chǎn)。

為了獲得高品質(zhì)冷軋退火板,需要消耗多種能源介質(zhì),燃?xì)庵饕糜趯т摷訜岬揭欢囟炔⒈匾欢螘r間;氮氣主要用于作為爐內(nèi)保護氣體,還原帶鋼表面殘留的乳化液和保持爐壓、爐子啟(停)車時吹掃、管道密封、閥門和電器元件的吹掃;氫氣主要用于作為爐內(nèi)保護氣體,還原帶鋼表面殘留的乳化液和保持爐壓、快冷段調(diào)節(jié)冷卻速度時的供給;脫鹽水主要用于退火爐冷卻水內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和水淬槽的消耗。

3 連續(xù)退火爐節(jié)能技術(shù)分析應(yīng)用

為了應(yīng)對市場競爭,提高自身競爭力,退火爐工序?qū)?jié)能技術(shù)進行了細(xì)致入微的研究,從工藝、裝備和自動化控制等方面進行深入挖潛,成功應(yīng)用了多項節(jié)能技術(shù),力爭達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保的目標(biāo)。

3.1 加熱裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

大型連續(xù)退火裝置的加熱段、均熱段一般采用燃?xì)廨椛涔?。為了降低燃?xì)庀?最根本的措施就是提高燃?xì)廨椛涔艿墓ぷ餍?主要包括提高能源介質(zhì)的燃燒效率,增大有效輻射面積,輻射管表面溫度均勻化,降低排放煙氣溫度,降低殘氧量等。因此,日照公司采用全新設(shè)計的W型輻射管,輻射管直線部分由耐熱鋼離心澆注而成,彎頭是靜態(tài)澆注而成,對換熱器尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計,延長了煙氣的循環(huán)通道,在輻射管與換熱器之間引出一小部分廢氣進入助燃空氣里,形成廢氣循環(huán)回路,利用文丘里效應(yīng),使廢氣循環(huán)速度加快,從而達到輻射管各點溫度均勻,并且將助燃空氣預(yù)熱溫度提高到550℃,然后和焦?fàn)t煤氣混合燃燒,使輻射管的燃燒效率提高了12%左右。

3.2 提高耐火材料的設(shè)計和安裝水平

由于退火爐的內(nèi)外溫差很大,爐體會通過傳導(dǎo)方式向爐壁外表面?zhèn)鳠?造成大量的熱損失,為了有效降低爐墻溫度,減少熱損失,從而達到節(jié)能的效果,對爐子耐火材料的設(shè)計和安裝過程進行了優(yōu)化控制。

(1)合理設(shè)計爐墻厚度。要求爐子設(shè)計單位模擬烘爐時爐墻和爐頂?shù)臏囟葘嶒?將原設(shè)計的250 mm爐墻厚度優(yōu)化為現(xiàn)在的300 mm。

(2)優(yōu)化設(shè)計耐材材質(zhì)。加強爐壁的絕熱保溫效果,爐殼內(nèi)部側(cè)墻與頂部采用全纖維內(nèi)襯及不銹鋼保護板,底部為輕質(zhì)絕熱磚,底蓋用纖維毯絕熱,上面設(shè)有保護板。采購的絕熱耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)均比較小,保溫效果顯著,爐壁外表面溫度保持在75℃以下,節(jié)能效果良好。

(3)提高耐材安裝標(biāo)準(zhǔn)。加熱段及均熱段的爐墻側(cè)面襯板采用新型邊部下壓結(jié)構(gòu),采用四角焊接成型方式,爐殼內(nèi)側(cè)面焊一根高30 mm的鋼管,該鋼管與固定爐內(nèi)耐火材料的錨固釘焊接在一起,便于現(xiàn)場錨固釘?shù)亩ㄎ缓捅ＷC錨固釘?shù)拇怪倍?爐墻側(cè)面襯板的錨固釘焊接技術(shù)嚴(yán)格執(zhí)行制定的標(biāo)準(zhǔn)要求,這樣可以有效避免內(nèi)襯板發(fā)生翹曲變形,耐火纖維暴露影響絕熱效果。

3.3 先進燃燒控制技術(shù)的應(yīng)用

為了有效提高能源介質(zhì)的利用率,創(chuàng)新性地應(yīng)用系列先進控制技術(shù),增強爐溫控制、燃燒控制、爐壓控制的快速性和準(zhǔn)確性,主要包括以下控制技術(shù):

(1)光譜式熱值儀參與控制,在線自動調(diào)節(jié)空燃比?？杖急冗^小會導(dǎo)致燃料不完全燃燒,增加化學(xué)不完全燃燒熱損失,空燃比過大會導(dǎo)致大量沒有參與燃燒反應(yīng)的空氣變成廢氣排出,并帶走熱量,空燃比例合適與否,直接決定了能效水平的高低。因此,爐區(qū)各個段爐膛安裝光譜式熱值儀,參與爐區(qū)加熱控制,根據(jù)對供給的燃?xì)夥治鼋Y(jié)果,自動精確調(diào)節(jié)空燃比。

(2)采用脈沖調(diào)節(jié)與比例調(diào)節(jié)相結(jié)合的燃燒調(diào)節(jié)方式。根據(jù)爐子總輸出功率,以輸出功率70%為分界點,靈活實現(xiàn)脈沖調(diào)節(jié)到比例調(diào)節(jié)的切換。相對于國內(nèi)常規(guī)的單一模式控制,能夠更加精確地控制燃?xì)庀?延長閥門使用壽命,提高燃燒效率,達到了節(jié)能的目的。

(3)爐壓實時監(jiān)測并精確控制。爐內(nèi)每個爐膛安裝高精度壓力變送器,根據(jù)所有壓力變送器檢測結(jié)果,取最小值,與設(shè)定值進行比較,給出輸出值,保持爐子從入口到出口總體壓力平衡,動態(tài)精準(zhǔn)地控制爐內(nèi)氮、氫保護氣體的放散和通入量。

(4)掃描式測溫儀參與溫度閉環(huán)控制。摒棄了原來設(shè)計的單點溫度計參與控制,創(chuàng)新性地應(yīng)用了出口掃描式測溫計參與快冷段四個區(qū)的溫度閉環(huán)控制。根據(jù)出口掃描式高溫計實時測定溫度值,控制邊部擋板調(diào)節(jié)帶鋼寬度方向溫度的分布,相對于國內(nèi)現(xiàn)有的常規(guī)測溫儀,更加精確地控制了帶鋼溫度,保證了帶鋼寬度方向上的溫度均勻性。

3.4 余熱回收利用

為了充分實現(xiàn)余熱回收利用,降低排煙溫度,提高節(jié)能效果,對燃燒廢氣設(shè)計了三級余熱回收。廢氣一級利用去輻射管,預(yù)熱助燃空氣;二級利用去預(yù)熱段,通過廢氣和氮、氫熱交換,預(yù)熱帶鋼;廢氣三級利用去生產(chǎn)過熱水,通過廢氣和水熱交換,生產(chǎn)過熱水,用于清洗段和熱風(fēng)干燥段。并且,為了提高換熱效果,分別對此三級余熱回收系統(tǒng)的核心設(shè)備精確選型和優(yōu)化設(shè)計。

3.5 退火工藝制度優(yōu)化

合理的退火工藝制度,不僅要求能生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的帶鋼,更要求降低退火成本,達到節(jié)能減排的目的。為了保證質(zhì)量,過度消耗能源顯然是不可取的,不利于長遠的成本控制,然而廢品、次品卷實際上是對能源的最大浪費,所以必須找準(zhǔn)退火產(chǎn)品質(zhì)量與能耗成本的平衡點,實現(xiàn)帶鋼質(zhì)量提高與能源成本下降的雙贏。

(1)應(yīng)用低溫退火工藝。較高的退火溫度不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定順行和成品性能的穩(wěn)定控制,對設(shè)備損耗較大,同時容易產(chǎn)生帶鋼瓢曲、輥印等高溫缺陷,更加不利于節(jié)能降耗。因此,通過對帶鋼退火過程中的再結(jié)晶規(guī)律和組織研究,反復(fù)試驗,最終得出結(jié)論,在前道工序滿足一定條件的前提下,適當(dāng)降低退火溫度是可取的。在保證產(chǎn)品使用性能的前提下,對部分產(chǎn)品的工藝參數(shù)進行系統(tǒng)優(yōu)化,優(yōu)化后的工藝參數(shù)表中加熱溫度比當(dāng)前同類企業(yè)普遍采取的退火溫度降低了30～50℃,有利于節(jié)能減排。

(2)建立過渡模型,穩(wěn)定過渡。目前退火爐過渡工藝控制主要依靠一級模型,需要手動調(diào)節(jié)目標(biāo)出口溫度,調(diào)節(jié)范圍寬,隨意性大,同時過渡時間長,容易產(chǎn)生廢帶。為了優(yōu)化生產(chǎn)操作,在退火爐新增二級模型的基礎(chǔ)上了建立工藝過渡數(shù)學(xué)模型,工藝過渡模型主要控制輻射管功率、退火爐速度以及帶鋼溫度設(shè)定值的變化,使帶鋼各段熱處理溫度穩(wěn)定過渡。

3.6 優(yōu)化生產(chǎn)組織與過程控制

退火生產(chǎn)過程合理組織與高效運行,能有效提高退火效率,從而降低各項能源介質(zhì)的噸鋼消耗。為此,安排專人對生產(chǎn)組織進行協(xié)調(diào)優(yōu)化,并且對過程控制進行考核評價。

(1)優(yōu)化生產(chǎn)指揮。要求機長根據(jù)生產(chǎn)計劃,充分利用各種資源,優(yōu)化排產(chǎn)與生產(chǎn)組織,合理安排鋼卷的過渡與銜接,確保機組速度的穩(wěn)定控制,提高生產(chǎn)效率。

(2)精心操作,控制誤時。要求各班主控充分做好班前準(zhǔn)備工作,接班后對設(shè)備報警與故障快速處理,對設(shè)備運行情況認(rèn)真監(jiān)控,對模型運算結(jié)果及時有效干預(yù)。并且對各班誤時控制情況做統(tǒng)計,月考核。

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過上述節(jié)能技術(shù)的深入研究,并實際應(yīng)用,節(jié)能效果相當(dāng)顯著,該機組的能耗指標(biāo)有效降低,達到了國內(nèi)先進的能耗水平,主要能耗經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

表1 主要能耗指標(biāo)

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)批量汽車板生產(chǎn)線的新建與投產(chǎn),冷軋市場的競爭愈演愈烈,供需失衡格局仍難以改善。所以,節(jié)能降耗工作是企業(yè)提高盈利的有效辦法,節(jié)能技術(shù)的研究應(yīng)引起廣泛的重視。通過對連續(xù)退火爐節(jié)能技術(shù)的深入研究,從工藝、裝備和自動化控制等多個方面開展了節(jié)能途徑和措施,成功應(yīng)用于實踐,取得了顯著的效果。為連續(xù)退火爐的節(jié)能降耗工作提供了參考和借鑒,具有一定的推廣價值。

Research and Application of Energy Saving Technology for Continuous Annealing Furnace

LIU Li
(Shandong Steel Group Rizhao Co.,Ltd.,Cold Rolling Project Department,Rizhao 276800,Shandong,China)

The continuous annealing furnace was a high energy consumption process.In order to reduce the process cost,the actual energy consumption in the production process of continuous annealing furnace was analyzed comprehensively.From the aspects of process,such as equipment and automation control,the energy saving technology was studied deeply,and a series of energy saving measures were successfully applied.Eventually,remarkable results was achieved,and the energy consumption indicators reached the domestic advanced level.

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TG307

A

1001-5108(2017)03-0037-03

劉麗,工程師,主要從事冷軋卷退火工藝研究和新產(chǎn)品開發(fā)工作。