朱梅 馬欣

摘 要

東北特鋼扁鋼生產(chǎn)線(xiàn)的步進(jìn)底式加熱爐，是用來(lái)軋制合金鋼扁坯的加熱設(shè)備，鋼坯種類(lèi)多，對(duì)溫度的控制，節(jié)能等指標(biāo)要求較高。本文通過(guò)對(duì)工況和技術(shù)參數(shù)分析，論述了在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的相關(guān)節(jié)能措施及其使用效果。

關(guān)鍵詞

扁鋼;步進(jìn)底式加熱爐;節(jié)能措施

中圖分類(lèi)號(hào)： TG307 ? ? ? ?? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.037

Abstract

The stepping bottom heating furnace of Northeast Special flat steel production line is a heating equipment for rolling flat alloy steel.The steels are of various types and have high requirements for temperature control， energy saving and other indicators.Based on the analysis of working conditions and technical parameters，the paper discusses the relevant energy-saving measures adopted in the design process and their application effects.

Key Words

Flat steel;The stepping bottom heating furnace;Energy-saving measure

0 前言

扁鋼步進(jìn)底式加熱爐是東北特鋼集團(tuán)扁鋼生產(chǎn)線(xiàn)中的重要配套設(shè)備。扁鋼生產(chǎn)線(xiàn)是一條由煉鋼、連鑄、加熱和軋鋼組成的短流程生產(chǎn)線(xiàn)。生產(chǎn)線(xiàn)年成品扁鋼產(chǎn)量規(guī)模10萬(wàn)噸，年用坯料13萬(wàn)噸。主要產(chǎn)品規(guī)格：寬100～850mm、厚5～300mm、長(zhǎng)4000～8000mm。

1 爐況概述

扁鋼步進(jìn)底式加熱爐是一座用于合金鋼扁坯（含連鑄坯、軋制坯和鍛坯）軋前加熱的、空氣單預(yù)熱的蓄熱式步進(jìn)底加熱爐。爐型結(jié)構(gòu)分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段，均熱段與加熱段之間設(shè)有無(wú)水冷隔墻。加熱爐燃料采用熱值為1400×4.18 kJ/N·m3的冷發(fā)生爐煤氣。裝料方式是端進(jìn)料，裝鋼機(jī)裝料，單排布料。入爐鋼坯有冷料和熱料，熱裝比例：50%。冷料坯為環(huán)境溫度;熱料坯表面溫度≥600℃;步進(jìn)爐的活動(dòng)底梁及固定底梁均采用強(qiáng)制循環(huán)水冷卻。爐子設(shè)置兩種排煙方式：{1}強(qiáng)制排煙：60%～65%的煙氣量在引風(fēng)機(jī)的抽力作用下，通過(guò)燃燒裝置的蓄熱室排出。{2}自然排煙：35%～40%的煙氣量在煙筒的抽力作用下，通過(guò)設(shè)置在爐子進(jìn)料端的排煙口排出。

2 節(jié)能措施

2.1 加熱制度的合理設(shè)計(jì)

鋼坯的裝爐溫度、加熱速度、均熱（保溫）時(shí)間、出爐溫度取決于鋼坯種類(lèi)、形狀規(guī)格和工藝要求。該加熱爐加熱的鋼坯絕大多數(shù)屬于合金鋼和高合金鋼，還有少量高溫合金。

料坯中連鑄坯（占41.6%）、軋制坯和鍛坯（占58.4%）。鋼種主要有：

碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼、高速鋼、以及高溫合金鋼。根據(jù)需加熱鋼種的組分及金屬學(xué)性能把加熱工藝分為四大類(lèi)：

（1）對(duì)裝爐溫度和升溫速度沒(méi)有嚴(yán)格限制，例如：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼。

（2）對(duì)裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴(yán)格限制，絕大多數(shù)中合金鋼和高合金鋼屬于此類(lèi)。

（3）對(duì)裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴(yán)格限制，還要求高溫下應(yīng)有很長(zhǎng)的保溫時(shí)間，例如：軸承鋼就屬于此類(lèi)。

（4）對(duì)裝爐溫度和低溫（低于600℃）升溫速度有嚴(yán)格限制，還要求在鋼坯斷面溫差符合要求的同時(shí)，高溫下停留時(shí)間盡量短，以便降低脫碳層深度，例如：彈簧鋼。

以牌號(hào)為Cr12MoV的高合金工具為例，其金相組織為馬氏體，合金成分含量較高，低溫（600℃以下）導(dǎo)熱率很低，料坯較厚，加熱時(shí)需要的透熱深度較大，要求出爐前鋼坯斷面溫差較?。?0℃）。依據(jù)這些特點(diǎn)，采取如下加熱制度和爐溫制度：

——鋼坯裝爐溫度：環(huán)境溫度;

——裝爐爐溫：控制在600～700℃;

——加熱速度：低溫（600℃以下）時(shí)嚴(yán)格控制升溫速度;

——鋼坯出爐斷面溫差：20℃（工藝要求）

——均熱時(shí)間：1.5～2 h

——鋼坯出爐溫度：1150～1200℃

為了滿(mǎn)足上述加熱制度，制定的相應(yīng)的爐溫度制度如圖1所示。

2.2 加熱爐的數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)

（1）數(shù)字化燃燒方式

數(shù)字化燃燒方式與傳統(tǒng)燃燒方式根本區(qū)別是調(diào)節(jié)供熱量的手段不同。

傳統(tǒng)燃燒方式供熱量的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變?nèi)剂虾涂諝忾y門(mén)的開(kāi)啟度，進(jìn)而改變?nèi)剂虾涂諝獾牧髁縼?lái)實(shí)現(xiàn)的?；鹧媸沁B續(xù)的，火焰特性（如：尺寸、動(dòng)量、溫度等）隨供熱量大小而改變。

數(shù)字化燃燒方式，供熱量的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變?nèi)紵龝r(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；鹧娌皇沁B續(xù)的，是斷續(xù)的，火焰特性（如：尺寸、動(dòng)量、溫度分布、空燃比等）不隨供熱量大小而改變。

數(shù)字化燃燒方式的主要特點(diǎn)是火焰始終保持穩(wěn)定的、滿(mǎn)足工藝要求的最佳特性，有利于鋼坯長(zhǎng)度方向的溫度均性。且供熱能力的調(diào)節(jié)比相當(dāng)大，一般可達(dá)1：10以上，適用于需要大幅度調(diào)整供熱量場(chǎng)合。

（2）蓄熱式燃燒方式

現(xiàn)代蓄熱式燃燒方式是，將小型蓄熱室與燃燒器有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成蓄熱式自身預(yù)熱式燒嘴。依靠蓄熱體的蓄熱與放熱，將排煙溫度降低到150～180℃，可以將空氣預(yù)熱到1000℃以上。與傳統(tǒng)的燃燒方式相比，具有更高的理論燃燒溫度，可以使用像高爐煤氣這樣的低熱值燃料，并且可以加快鋼坯的加熱速度，縮短加熱時(shí)間。且具有更高的煙氣余熱回收率和燃料節(jié)約率，更低的溫室氣體排放率。

但是，常規(guī)蓄熱式燃燒方式仍然是采用連續(xù)調(diào)節(jié)方式調(diào)整供熱量的大小。

（3）數(shù)字化蓄熱式燃燒方式

數(shù)字化蓄熱式燃燒方式是，將蓄熱式燃燒方式與數(shù)字化控制方式有機(jī)結(jié)合在一起形成的，集兩者的優(yōu)勢(shì)于一身，所以兼?zhèn)鋬烧叩奶攸c(diǎn)。

理論上，數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)的燃料節(jié)約率等同于常規(guī)蓄熱式燃燒系統(tǒng)。但是，由于數(shù)字化蓄熱式燃燒方式的調(diào)節(jié)比相當(dāng)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)蓄熱式燃燒方式，使得控制系統(tǒng)對(duì)熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)更加及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠，再加上最大限度地減少換向造成的煤氣損失，所以，實(shí)際上的燃料節(jié)約率應(yīng)該大于常規(guī)蓄熱式燃燒系統(tǒng)。

2.3 鋼坯氧化脫碳的控制

鋼坯氧化降低鋼材產(chǎn)量，其金屬損耗的經(jīng)濟(jì)損失幾乎相當(dāng)于加熱鋼坯消耗的燃料費(fèi)用。鋼坯表面的氧化鐵皮，軋制時(shí)一旦壓入鋼坯，將嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量。氧化鐵皮在爐內(nèi)脫落，不但侵蝕爐體，影響爐子壽命，而且在清除時(shí)增加了繁重的體力勞動(dòng)，以及嚴(yán)重影響爐子作業(yè)率。

加熱爐采取以下技術(shù)措施，盡量減少氧化燒損率和脫碳層深度，使金屬燒損率<1.2%。

（1）數(shù)字化蓄熱式燃燒單元的組成，上加熱煤氣在下空氣在上，下加熱煤氣在上空氣在下，盡量促使與鋼坯表面接觸的氣體形成還原性或弱還原性氣氛。

（2）自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置可靠的煤氣、空氣壓力調(diào)節(jié)閉環(huán)回路，確保數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)始終以最佳空燃比燃燒和供熱。

（3）根據(jù)不同的產(chǎn)量、品種、規(guī)格，采用不同的供熱制度、溫度制度和加熱制度，盡量減少鋼坯在爐內(nèi)高溫區(qū)的停留時(shí)間。

（4）建立可靠的爐壓控制系統(tǒng)，避免爐子（尤其是出料端）吸入冷風(fēng)。

（5）停軋、待軋、保溫期間，嚴(yán)格遵守降低熱負(fù)荷的操作制度。

2.4 爐體絕熱技術(shù)

合理設(shè)計(jì)進(jìn)料爐門(mén)和出料爐門(mén)，側(cè)墻除了少數(shù)檢修爐門(mén)和除渣門(mén)外不再設(shè)置操作爐門(mén)，檢修爐門(mén)和除渣門(mén)平時(shí)假砌，以及合理有效地控制爐壓，盡量減少溢氣和吸冷風(fēng)造成的熱損失。

爐頂、爐墻和爐底采用整體澆注的或砌筑的復(fù)合結(jié)構(gòu)，出料門(mén)內(nèi)襯輕質(zhì)澆注料，裝料門(mén)內(nèi)襯陶瓷纖維，既考慮了使用狀態(tài)下的溫度與強(qiáng)度，又具有良好的絕熱性能，最大限度降低爐體外表面溫度和爐體散熱損失。正常情況下，爐頂外表面溫度不高于120℃，爐墻外表面溫度不高于100℃。

3 小結(jié)

東北特鋼的扁鋼生產(chǎn)線(xiàn)上的這臺(tái)加熱爐運(yùn)行狀況良好，金屬燒損率<1.2%;單位熱耗低于3.8GJ/t;最大燃料消耗量≤4400N·m3/h。節(jié)能措施中采用的數(shù)字化蓄熱式燃燒方式，是其關(guān)鍵技術(shù)，在大幅度節(jié)約燃料的同時(shí)，大幅度降低溫室氣體排放量。此外，通過(guò)合理組織燃燒過(guò)程，達(dá)到了抑制NOx生成，控制NOx排放量大大滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]羅國(guó)民.蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.