張 斯

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

我國國民經濟的增長離不開鋼鐵行業(yè)，是我國社會經濟發(fā)展的主要動力之一，隨著經濟建設的需要，我國鋼鐵產量不斷增加，鋼鐵生產的總產量已經占全球鋼鐵總產量的很大部分。我們生產鋼鐵時，需要能源作為生產基礎，生產的鋼鐵產量越高，所需能源越多，不必要的能源損耗，會增加鋼鐵生產的成本，導致鋼鐵行業(yè)在社會中的競爭力下降。其中熱軋帶鋼加熱爐是鋼鐵生產的主要設備，也是能源消耗的主要場所，但現階段研發(fā)的熱軋帶鋼加熱爐還存在一些問題，熱軋帶鋼加熱爐容易出現漏火漏氣現象，能源不能全部被燃燒利用，加熱擋板容易堵塞影響，加熱爐熱量傳輸性能較差。為了保證生產鋼鐵的經濟效益，增強鋼鐵行業(yè)的競爭力，必須降低熱軋帶鋼加熱爐的能源損耗成本，所以研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施尤為重要。通過節(jié)能降耗措施能夠提高熱軋帶鋼加熱爐的工作性能，能夠有效控制整個加熱爐中能源的燃燒過程，讓能源能夠產出最大熱能，將熱能有效傳遞給生產中的熱軋帶鋼，熱軋帶鋼加熱率的能效研究還包括爐體保溫盒余熱回收能效。

1 熱軋帶鋼加熱爐發(fā)展現狀

熱軋帶鋼加工爐是鋼鐵生產中重要的加工設備，燃燒加熱物料的主要場所，它的主要作用就是根據具體的制造鋼鐵要求，將鋼鐵材料加熱到標準溫度，有利于鋼鐵材料順利進入下一步加工環(huán)節(jié)。加熱爐將燃料中能量轉化為熱能，需要大量燃料作為支撐，成為鋼鐵行業(yè)的主要耗能設備，我國熱軋帶鋼加熱爐一般采用煤和天然氣作為主要燃料，燃料在燃燒過程中會產生大量的二氧化碳和氮氧化合物，以及其他污染物，嚴重影響大氣環(huán)境[1]。熱軋帶鋼加熱爐類型較多，可以按照加熱爐的結構、用途和操作壓力進行分類，不同類型加熱爐的加熱對象和加熱目的不同。根據某地區(qū)鋼鐵行業(yè)的加熱爐運行實際情況進行分析，某地區(qū)鋼鐵加熱爐工作環(huán)境如下圖1所示。

圖1 加熱爐加工場景

圖1表示熱軋帶鋼加熱爐工作場景，容量規(guī)模為100萬噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量大約為8萬噸，每年燃料費用為3.5億元，每年煙氣排放量為175萬噸，容量規(guī)模為150萬噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量為13.5萬噸，每年燃料費用為5.4億元，每年煙氣排放量為180萬噸[2]。根據上述某地區(qū)鋼鐵行業(yè)加熱爐發(fā)展現狀發(fā)現，加熱爐燃料消耗量和煙氣排放量較大，加熱爐的熱效能利用率不高。研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施尤為重要，解決加熱爐熱效率、環(huán)境污染和加熱爐安全等問題，提高鋼鐵行業(yè)的經濟效益。

2 熱軋帶鋼加熱爐存在的問題

2.1 加熱爐漏火漏氣嚴重

熱軋帶鋼加熱爐在使用過程中會出現磨損現象，加熱爐投入使用時間較長，熱軋帶鋼加熱爐會出現漏火漏氣現象，漏火漏氣現象主要出現在加熱爐蓄熱室局部區(qū)域，漏火漏氣會導致加熱爐的內部溫度受熱不均勻，嚴重損壞加熱爐護爐板和墊塊，直接影響加熱爐的工作效能，導致加熱爐不能正常運行加工工作。加熱爐墊塊是加熱爐的核心部件，是加熱爐加工工作的重要組成部分，墊塊材料一般選用鈷基合金材料和鎳鉻合金材料，不同規(guī)模熱軋帶鋼加熱爐選用的墊塊材料不同，加熱爐墊塊具有很強的耐磨性和抗高溫性，一旦加熱爐墊塊受到損壞，很大程度上加熱爐會出現報廢情況[3]。造成加熱爐漏氣漏火的主要因素是由加熱爐蓄熱室的結構不穩(wěn)定導致的，制造加熱爐采用纖維板作為加熱爐的保溫材料，加熱爐蓄熱室中的纖維板和護爐板銜接效果不好，加熱爐在加工過程中，內部結構會發(fā)生變化，兩個板塊銜接點的地方就容易出現漏火漏氣現象。加熱爐加工時，煤氣進行換向運轉，換向閥門被卡阻，或者密封不嚴也會出現漏火漏氣現象[4]。蓄熱室燃氣換向過程圖如下圖2所示。

圖2 燃氣換向過程圖

根據上圖可知，蓄熱室中的燃氣會通過換向閥進行傳輸，燃料熱能也會通過換向閥進入蓄熱室，換向過程完成，關閉換向閥。換向閥和蓄熱室是造成漏氣漏火的主要場所。

2.2 加熱爐燒嘴磚易損壞

熱軋帶鋼加熱爐在使用過程中，加熱爐的擋板磚容易出現堵塞情況，擋板磚堵塞會嚴重損壞燒嘴磚。鋼鐵行業(yè)中的熱軋帶鋼加熱爐一般采用的煤炭作為主要的燃料，燃燒煤炭會產生大量的煙氣、粉末和雜質，是堵塞加熱爐擋板磚的主要物質。擋板磚由很多氣孔構成，對加熱爐內部溫度起到一個調節(jié)作用，保證加熱爐的溫度控制在標準范圍內，一旦氣孔被堵塞，加熱爐的擋板磚結構可能會產生一定的變化，嚴重時擋板磚會出現彎曲變形等情況，加熱爐內部溫度達不到標準要求，加工出來的產品質量會受到嚴重影響。燃料產生的煙氣和粉塵具有一定的腐蝕作用，長期受到煙氣和粉塵的污染，會降低燒嘴磚的強度，加熱爐運行時間越長，燒嘴磚的受損程度越高，燒嘴磚的強度是影響加熱爐加工質量和耗能的主要因素，加熱爐加工工作時間越久，加熱爐的燃燒質量會降低，燃燒耗能量增加，燒嘴磚主要是采用鐵皮合金鑄成，煙氣會加快燒嘴磚的鐵皮氧化量，維護成本較高。構成加熱爐的零部件較多，每一個零部件的損壞都會影響加熱爐的加工效能，比如換熱器損壞、爐底結渣和爐內水管結垢都會影響加熱爐的燃燒質量，縮短加熱爐的使用周期。

3 熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施

3.1 優(yōu)化加熱爐內部結構

根據熱軋帶鋼存在的問題提出相應的解決措施，加熱爐內部結構是造成加熱爐漏火漏氣的主要原因，我們需要不斷優(yōu)化加熱爐的內部結構，緊密銜接加熱爐中每一個運行區(qū)域。對加熱爐內部材料進行改變，采用耐火纖維和輕質耐火材料結合筑路，內部材料主要以輕質耐火材料為主，能夠提高蓄熱室的散熱和蓄熱功能，有效增加加熱爐的熱能利用率。輕質耐熱材料的利用率能夠達到86%，熱量損失在16%左右，加熱爐在加工過程中，加熱爐內部材料會吸收很大部分的熱量，輕質材料吸收的熱量較低，保障了加熱爐蓄熱室中的熱能。輕質材料還具有隔熱和保溫功能，減少加熱爐中的熱量流失。加熱爐裝爐技術會對加熱爐內部結構構成一定程度的影響，傳統(tǒng)的裝爐技術采用澆灌和預制構件等方法進行筑路，加熱爐內部的嚴密性不高，降低了加熱爐的使用壽命，維修靈活性較差[5]?，F階段的鑄造技術不斷提高，筑爐技術得到很大提升，加熱爐內部結構緊密性較好，縫隙縫合質量高，使用多功能爐襯加熱爐，以黑體強化輻射技術為主，有利于增強氣密性。

3.2 調整燒嘴磚角度

加熱爐燒嘴磚分為均熱段端燒嘴磚，加熱段上部側燒嘴磚，加熱段中部側燒嘴磚和加熱段下部側燒嘴磚，每一個區(qū)域的燒嘴磚個數也不相同，我們需要根據加熱爐加工工作的實際情況進行布局，調整每一個燒嘴磚的位置和角度，減少燒嘴磚的損壞程度。由于每一個加熱爐內部區(qū)域溫度和壓力不同，區(qū)域中燒嘴磚角度需要按照加熱爐內部壓力進行調整，壓力值大的區(qū)域增加燒嘴磚數量，傾斜角增加，壓力值較小的區(qū)域減少燒嘴磚數量，傾斜角減小。煙氣和粉塵是影響燒嘴磚的主要因素之一，我們可以減少煙氣和粉塵對燒嘴磚的影響程度，采用煙氣凈化技術降低煙氣的排放量，采用更加環(huán)保的燃料作為加工生產的主要燃料，減少粉塵的排放量。加熱爐的運行時間越長，燒嘴磚的性能越差，我們按時更換燒嘴磚，定期維護燒嘴磚。燒嘴磚會吸收一部分蓄熱室熱量，我們可以采用熱氣回收技術，回收燒嘴磚中的熱量，通過改變水管支撐結構，有效制定燒嘴磚的合理位置。

3.3 加熱爐分段燃燒控制技術

對加熱爐進行分段燃燒技術的應用，其中要在爐膛的各個控制端進行氣氛測量探頭的安裝，對于各段氧氣和一氧化碳的含量進行實時測量，并根據測量值對各段的空氣配比進行及時調整，控制氧氣和一氧化碳的含量在標準范圍內，從而實現耗能的減少。

3.4 加熱爐燃燒優(yōu)化過程

由于受到煤氣熱值波動、流量計量誤差、閥門開度誤差、氣體泄漏、排煙速度等因素的影響，導致爐內燃燒狀態(tài)出現偏離的情況。要想將燃燒提升到最佳狀態(tài)，進行燃燒狀態(tài)檢測、動態(tài)尋優(yōu)、優(yōu)化調整是必不可少的，從而從根本上節(jié)約了煤氣的使用。

4 結語

本文研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施，研究措施運用到實際加熱爐運行中，加熱爐在節(jié)能降耗方面取得了良好的效果，減少了鋼鐵行業(yè)的制造成本。根據熱軋帶鋼加熱爐發(fā)展現狀，發(fā)現加熱爐在工作時存在一些問題，根據具體問題給出相應的解決措施。本文對熱軋帶鋼加熱爐存在的問題分析不全面，加熱爐節(jié)能降耗還有很大潛力，希望在下一次研究中優(yōu)化加熱爐節(jié)能降耗措施，擴大鋼鐵行業(yè)的經濟效益。