徐松 王智恒 張克彪

摘要：軋鋼廠工業(yè)爐窯設(shè)備，主要以煤氣為燃料獲得熱能加熱工件達(dá)到生產(chǎn)工藝要求的溫度。由于煤氣有中毒、易燃、易爆等危險(xiǎn)因素，如何有效地安全使用煤氣，最大限度降低煤氣在使用過(guò)程中的安全隱患，是每個(gè)爐窯技術(shù)工程師應(yīng)該思考的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：加熱爐;煤氣安全規(guī)程;全封閉式電動(dòng)插板閥;技術(shù)改造

引言

目前大部分軋鋼步進(jìn)式加熱爐的水冷支撐梁均采用鈷基材質(zhì)的耐熱合金墊塊作為坯料直接支撐部件，長(zhǎng)時(shí)間在高溫下使用，墊塊易燒損、結(jié)瘤，從而形成不規(guī)則的接觸表面。鑄坯在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，表面易出現(xiàn)明顯的啃傷。通過(guò)我廠鋼軌軋制仿真軟件分析，若鑄坯被墊塊啃傷的位置在鑄坯楞角附近處，且深寬比小于1∶6，軋制過(guò)程中通過(guò)軋機(jī)對(duì)鑄坯的反復(fù)碾壓和拉伸，成品易產(chǎn)生折疊、軋疤或線紋等缺陷，最終影響鋼材質(zhì)量。該問(wèn)題成為一直困擾各大型材廠的一個(gè)技術(shù)難題。

1改造前的情況簡(jiǎn)介

重慶鋼鐵軋鋼廠厚板線三座加熱爐和一座熱處理爐在改造前，其爐前煤氣總管平臺(tái)上均采用兩臺(tái)電動(dòng)密閉蝶閥加一臺(tái)敞開(kāi)式眼鏡閥的組合形式，其主要功能為爐子停爐后對(duì)煤氣的有效切斷。但煤氣平臺(tái)均設(shè)置在緊鄰爐子的廠房?jī)?nèi)，且與爐子距離不足10m，不符合《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》（GB6222-2005）第7.2.4.2條“敞開(kāi)眼鏡閥和扇形閥應(yīng)安設(shè)在廠房外，如設(shè)在廠房?jī)?nèi)，應(yīng)離爐子10m以上”的規(guī)定和《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)冶金企業(yè)煤氣安全技術(shù)管理有關(guān)規(guī)定的通知》（安監(jiān)總管四﹝2010﹞125號(hào)）第十六條“凡開(kāi)、閉時(shí)冒出煤氣的隔斷裝置盲板、眼鏡閥或扇型及敞開(kāi)式插板閥等，不應(yīng)安裝在廠房?jī)?nèi)或通風(fēng)不良之處，離明火設(shè)備距離不少于40m”的安全規(guī)定，存在安全隱患。因此，需要對(duì)三座加熱爐和一座熱處理爐爐前煤氣總管閥組進(jìn)行技術(shù)改造，以符合煤氣相關(guān)安全規(guī)程、制度的要求，同時(shí)，最大限度地降低煤氣安全隱患。

2控制原理

根據(jù)柳鋼冶金規(guī)范中的加熱爐溫度制度，對(duì)加熱爐一級(jí)和二級(jí)系統(tǒng)實(shí)施改造，按生產(chǎn)模式、牌號(hào)、規(guī)格的坯料溫度要求設(shè)定各加熱段爐氣溫度控制目標(biāo)。坯料進(jìn)入加熱爐的預(yù)熱段時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)始標(biāo)記該坯料位置、入爐溫度、牌號(hào)鋼種和坯料規(guī)格等信息，按當(dāng)前坯料出爐節(jié)奏推算出一個(gè)動(dòng)態(tài)的在爐時(shí)間。通過(guò)采集該坯料實(shí)時(shí)的爐溫，以當(dāng)前目標(biāo)溫度為指導(dǎo)，綜合考慮各段已加熱時(shí)間，操控煤氣閥門(mén)和空氣閥門(mén)進(jìn)行全過(guò)程加熱控制。整個(gè)過(guò)程操作工人只需進(jìn)行出鋼節(jié)奏控制以及極少的人工溫度干預(yù)。

3改造方案的制定和比選

3.1煙氣外排參數(shù)

柳鋼軋鋼加熱爐以焦?fàn)t煤氣為燃料，焦?fàn)t煤氣的主要成分是氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、不飽和烴類、氧氣、氮?dú)夂蜕倭扛叻肿踊旌衔铮ㄝ?、氨、焦油和苯等）。焦?fàn)t煤氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣的主要成分為二氧化碳、水、氧氣和氮?dú)狻８鶕?jù)燃料燃燒元素守恒定律，可以算出每立方米焦?fàn)t煤氣在加熱爐中完全燃燒所需要的理論空氣量L理為4.51m3（CnHm按C6H10計(jì)算）。以熱軋廠1450線1號(hào)加熱爐為例，其加熱爐空燃比設(shè)置為5.2，則過(guò)量空氣系數(shù)a為1.15，1m3焦?fàn)t煤氣燃燒后在爐尾出口處產(chǎn)生的煙氣量為5.9m3，每小時(shí)使用焦?fàn)t煤氣約10000m3，因此產(chǎn)生的煙氣流量為59000m3/h。棒線型材廠各加熱爐空燃比設(shè)置為4.5，中板廠加熱爐煙氣氧含量控制在5%。

3.2結(jié)合太陽(yáng)能來(lái)優(yōu)化加熱技術(shù)

為了應(yīng)對(duì)能源形勢(shì)險(xiǎn)峻的問(wèn)題，油田企業(yè)在油氣介質(zhì)的加熱工作中，可以適當(dāng)借助太陽(yáng)能來(lái)代替部分燃料能源，從而緩解加熱爐系統(tǒng)工作高能耗的問(wèn)題?，F(xiàn)階段節(jié)能增效技術(shù)中，太陽(yáng)能的集熱技術(shù)發(fā)展較為成熟，工作人員能夠通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化設(shè)備與燃料鍋爐相結(jié)合，減少燃料鍋爐內(nèi)能源的投入。例如，工作人員在傳統(tǒng)的加熱爐系統(tǒng)中安裝太陽(yáng)能熱輔助系統(tǒng)，能夠在加熱工作中幫助鍋爐生產(chǎn)30%的額外蒸汽或者熱能，且由于太陽(yáng)能熱輔助系統(tǒng)的熱能生產(chǎn)較為穩(wěn)定，以至于工作人員仍然能夠通過(guò)調(diào)節(jié)加熱爐的燃料投入，來(lái)控制加熱工作的爐內(nèi)熱效率。

3.3墊塊布置及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

將墊塊的布置方式由交錯(cuò)布置改為居中布置，墊塊的高度不變，外形尺寸隨之做相應(yīng)的調(diào)整，如圖9、圖10所示。改進(jìn)后，墊塊的布置與水梁中心線重合，這樣墊塊更容易安裝在一個(gè)水平標(biāo)高上。在水平標(biāo)高一致的前提條件下，墊塊的安裝標(biāo)高的誤差精度由原來(lái)的0～3mm提高到了0～1mm。減小高差不平帶來(lái)的啃傷的同時(shí)，墊塊的穩(wěn)固性提高，水梁的受力更均勻。因?yàn)楣潭▔|塊的卡塊在使用過(guò)程中只是起到穩(wěn)定墊塊的作用，而不受側(cè)向支撐墊塊的力，同等條件下墊塊脫落的機(jī)率也大大降低。

3.4減少溫度波動(dòng)，提升加熱質(zhì)量

原加熱模式中的加熱質(zhì)量在很多時(shí)候取決于操作人員的操作能力。受操作人員操作能力和操作經(jīng)驗(yàn)的不同，各個(gè)班組之間的加熱質(zhì)量存在差異，導(dǎo)致軋制效果存在差異。加熱爐爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)研發(fā)投用后，與廠內(nèi)節(jié)奏系統(tǒng)互相配合，模型自動(dòng)給定、設(shè)定溫度，穩(wěn)定控制加熱爐爐氣溫度。

3.5墊塊材質(zhì)的改進(jìn)

中國(guó)冶金行業(yè)的加熱爐耐熱墊塊材料選擇是完全克隆歐美和日本的選擇，但是材質(zhì)的選擇沒(méi)有與加熱爐裝備技術(shù)更新同步進(jìn)行。上世紀(jì)70～80年代國(guó)內(nèi)的加熱爐以推鋼式加熱爐為主，水梁上的滑軌與鋼坯之間存在摩擦運(yùn)動(dòng)，因此在選擇熱滑軌材質(zhì)時(shí)要考慮熱滑軌的抗拉強(qiáng)度，由于鈷基材質(zhì)在高溫下有潤(rùn)滑功能，且有較好塑性和韌性，選擇鈷基材質(zhì)作鑄造滑塊是可行的。

結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能減排是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，特別是在當(dāng)前國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)代背景下，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)能更好地提高能源回收利用效率，實(shí)現(xiàn)碳減排。本文通過(guò)計(jì)算柳鋼軋鋼加熱爐煙氣余熱資源量，分析國(guó)內(nèi)先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，可為低溫余熱的回收利用提供參考依據(jù)。

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