鄧鵬釗,劉金超,叢志宇,賀亮,王存,范細(xì)忠
(鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司,遼寧 營(yíng)口 115007)
鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司1580 熱軋線裝備三座步進(jìn)式加熱爐,于2008 年9 月份投入使用,供熱燃料為高、焦?fàn)t混合煤氣,加熱鋼種主要有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐蝕鋼、管線鋼、汽車結(jié)構(gòu)鋼、集裝箱用鋼等。 1580熱軋線整個(gè)工序能耗中,煤氣消耗所占比例達(dá)到60%左右,軋鋼加熱爐是該產(chǎn)線的主要能耗設(shè)備,煤氣消耗占其能耗的80%左右。 因此,有必要對(duì)1580 熱軋線加熱爐煤氣消耗的影響因素進(jìn)行分析,以采取相應(yīng)的措施,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
1580 熱軋線開(kāi)工初期,由于難軋材軋制穩(wěn)定性差,精軋機(jī)卡鋼事故多發(fā),極大地影響了生產(chǎn)。為保障生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行,只能提高板坯出鋼溫度來(lái)解決精軋機(jī)軋制穩(wěn)定性不足的問(wèn)題,例如厚度規(guī)格為1.6 mm 的SPA-H 產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)中出鋼溫度目標(biāo)值為1 250 ℃,實(shí)際卻控制在1 270~1 280 ℃。 表1 為部分低碳鋼鋼種出鋼溫度目標(biāo)值。 由表1 看出,出鋼溫度目標(biāo)值偏高。 這種情況不僅會(huì)造成加熱工序中煤氣過(guò)度消耗,還會(huì)造成粗軋機(jī)出口中間坯溫度過(guò)高,影響精軋終軋溫度的控制。 而且為了降低中間坯溫度,需要在粗軋區(qū)域采取擺動(dòng)鋼坯和降低軋制速度等措施,造成軋制流不暢,影響軋線小時(shí)能力。
表1 部分低碳鋼種出鋼溫度目標(biāo)值Table 1 Tapping Temperature Target Values for Some Steel Grades with Low Carbon
表2為優(yōu)化前的加熱制度。
表2 優(yōu)化前的加熱制度Table 2 Heating System before Optimization ℃
持續(xù)跟蹤SPHC、Q235B、SAE 系列鋼種板坯成品厚度(>2.3 mm)的加熱過(guò)程,實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)板坯在爐內(nèi)的溫度,繪制板坯升溫曲線見(jiàn)圖1。 圖中SPHC 裝鋼溫度470 ℃,成品厚度3.55 mm;Q235B裝鋼溫度650 ℃,成品厚度3.35 mm;SS400B 裝鋼溫度680 ℃,成品厚度3.50 mm。
圖1 板坯升溫曲線Fig. 1 Temperature Rising Curves for Slab
由圖1 看出,板坯在均熱段存在異常降溫過(guò)程。 結(jié)合表2 分析認(rèn)為,加熱段溫度設(shè)定值偏高,均熱段設(shè)定值較低,板坯在加熱段快速升溫,較快達(dá)到并超出出鋼目標(biāo)溫度,進(jìn)入均熱段后出現(xiàn)了圖1 所示的異常降溫。 不合理的加熱制度造成板坯在加熱段的過(guò)度加熱,增加煤氣消耗。
根據(jù)板坯入爐前所測(cè)量的溫度計(jì)算板坯在爐內(nèi)各時(shí)段溫度,并建立其加熱溫度跟蹤及反饋程序。因此,板坯入爐溫度檢測(cè)對(duì)板坯加熱過(guò)程中的溫度模型計(jì)算至關(guān)重要,其直接決定升溫過(guò)程中板坯計(jì)算溫度是否符合實(shí)際溫度及加熱模型對(duì)溫度制度的設(shè)定是否正確。 軋鋼加熱爐裝鋼輥道處原設(shè)置兩臺(tái)溫度計(jì)(T1、T2,一工一備)用于檢測(cè)入爐板坯溫度,將采集到的溫度信息傳輸至溫度模型中,用于加熱過(guò)程參數(shù)的控制。 兩臺(tái)溫度計(jì)的測(cè)量區(qū)間存在差異,T1、T2高溫計(jì)的量程分別為300~1 000 ℃、0~700 ℃。 當(dāng)T1、T2 單獨(dú)工作時(shí),如發(fā)生入爐板坯溫度不在溫度計(jì)量程內(nèi)的情況時(shí),錯(cuò)誤的溫度信息將反饋給溫度模型,導(dǎo)致加熱板坯溫度值計(jì)算錯(cuò)誤,無(wú)法提供正確的溫度數(shù)據(jù),造成二級(jí)爐溫設(shè)定值錯(cuò)誤,增加煤氣消耗并影響出鋼溫度控制精度。
爐體表面熱量損失是加熱爐熱效率計(jì)算中重要的熱損失項(xiàng)。 加熱爐高溫段爐體外表面理論設(shè)計(jì)溫度應(yīng)低于150 ℃,但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量爐體外表面溫度最高時(shí)超過(guò)200 ℃。 這是因?yàn)?580 熱軋線軋鋼加熱爐生產(chǎn)集裝箱及中高碳鋼等高溫鋼品種產(chǎn)量較多,板坯加熱工藝溫度要求較高,爐膛內(nèi)溫度長(zhǎng)期處于高位,導(dǎo)致?tīng)t體耐火材料部分失效,爐體鋼結(jié)構(gòu)燒損、耐材裂縫偏大,因此爐體散熱量較大。
(1)隨著操作人員對(duì)產(chǎn)線工藝、設(shè)備的熟悉,操作技能水平持續(xù)提高,設(shè)備功能不斷優(yōu)化改進(jìn),難軋材軋制穩(wěn)定性已有大幅度提升,軋線事故時(shí)間大幅縮短,已無(wú)需采取提高板坯出鋼溫度彌補(bǔ)難軋品種軋制穩(wěn)定性的調(diào)整措施。 因此恢復(fù)難軋品種的出鋼溫度目標(biāo)控制值,如規(guī)格1.6 mm SPA-H 出鋼溫度由1 270~1 280 ℃降至1 250 ℃,粗軋出口溫度從1 120 ℃降至1 100 ℃,減少了難軋材過(guò)度加熱現(xiàn)象。
(2)針對(duì)部分鋼種出鋼溫度較高而軋機(jī)能力有富余的現(xiàn)狀,降低此類鋼種板坯的加熱溫度。對(duì)部分低碳鋼進(jìn)行降溫軋制試驗(yàn),參考厚度、寬度層別,定寬機(jī)是否投入等因素對(duì)其出鋼溫度進(jìn)行細(xì)化,表3 為優(yōu)化后的部分鋼種出鋼溫度目標(biāo)值。
表3 優(yōu)化后的部分鋼種出鋼溫度目標(biāo)值Table 3 Tapping Temperature Target Values for Some Steel Grades after Optimization ℃
出鋼溫度優(yōu)化后,成品性能穩(wěn)定,成材率大幅度提高,煤氣單耗也得到一定降低。 試驗(yàn)成功后已申請(qǐng)對(duì)低碳鋼、 普碳鋼加熱溫度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂,并將降溫軋制試驗(yàn)推廣到集裝箱、焊瓶鋼、超低碳鋼等鋼種。 圖2 為優(yōu)化后出鋼溫度趨勢(shì),截止2020 年6 月份,平均出鋼溫度降至1 209 ℃,比優(yōu)化前低26 ℃,實(shí)現(xiàn)了低溫軋制。
圖2 優(yōu)化后出鋼溫度趨勢(shì)Fig. 2 Discharge Temperature Tendency after Optimization
(1)優(yōu)化加熱制度
合理的板坯加熱制度不僅會(huì)提高板坯加熱質(zhì)量,優(yōu)化晶體顯微組織結(jié)構(gòu),提升鋼卷綜合力學(xué)性能,還會(huì)降低煤氣消耗,降低生產(chǎn)制造成本。 由于燃燒控制的復(fù)雜性,根據(jù)加熱爐操作及工藝運(yùn)行的現(xiàn)狀,采取分階段實(shí)現(xiàn)燃燒控制。針對(duì)部分鋼種(SPHC、 Q235B 等)厚規(guī)格升溫曲線存在不理想的情況,通過(guò)對(duì)加熱爐燒鋼過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)研究,逐步優(yōu)化加熱工藝制度。表4 為優(yōu)化后的加熱制度,優(yōu)化后降低了加熱段溫度,提高了均熱段溫度,煤氣消耗得到降低。
表4 優(yōu)化后的加熱制度Table 4 Heating System after Optimization ℃
(2)優(yōu)化自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)
加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)(ACC)的工作原理是通過(guò)過(guò)程計(jì)算機(jī)對(duì)加熱爐各控制段的爐溫或流量進(jìn)行設(shè)定,直接控制計(jì)算機(jī)(DDC)執(zhí)行燃燒控制,最終達(dá)到各品種出鋼目標(biāo)溫度[1]。 ACC 系統(tǒng)溫度模型設(shè)定、DDC 系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)能力將直接影響板坯加熱升溫過(guò)程和出爐溫度控制精度。
通過(guò)對(duì)二級(jí)燃燒系統(tǒng)模型、 一級(jí)自動(dòng)化控制過(guò)程的研究,發(fā)現(xiàn)ACC 溫度模型控制條件下存在DDC 程序執(zhí)行的跟隨性、 收斂性滯后。 因此,對(duì)ACC 模型參數(shù)及DDC 燃燒控制參數(shù)進(jìn)行了不斷優(yōu)化,在鋼種裝鋼溫度和成品厚度與優(yōu)化前一致情況下,上述現(xiàn)象得到較大改善,板坯爐內(nèi)升溫過(guò)程更趨合理。 目前,1580 熱軋線三座步進(jìn)式加熱爐全自動(dòng)燒鋼品種投入率達(dá)80%以上,基本實(shí)現(xiàn)板坯加熱過(guò)程全自動(dòng)控制。 圖3 為優(yōu)化后板坯升溫曲線。
圖3 優(yōu)化后板坯升溫曲線Fig. 3 Temperature Rising Curves for Slab after Optimization
優(yōu)化后的板坯升溫曲線平滑,無(wú)異常降溫階段,升溫速度滿足軋線軋制節(jié)奏要求。
針對(duì)入爐板坯溫度計(jì)檢測(cè)量程不同,出現(xiàn)板坯溫度超出檢測(cè)量程范圍的問(wèn)題,調(diào)整溫度計(jì)原始設(shè)計(jì)一工一備的投入狀態(tài),采取兩臺(tái)溫度計(jì)同時(shí)投入板坯溫度檢量的方式,在PLC 后臺(tái)程序中增加邏輯判斷功能,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況選擇合適量程的溫度計(jì)進(jìn)行板坯入爐溫度檢量,將檢測(cè)正確的溫度信息傳入OPS 畫(huà)面和二級(jí)溫度計(jì)算模型中。 板坯溫度檢測(cè)邏輯圖見(jiàn)圖4,擴(kuò)大了板坯入爐溫度檢測(cè)范圍,優(yōu)化了板坯加熱過(guò)程。 準(zhǔn)確測(cè)量、傳輸板坯入爐溫度提高了爐內(nèi)板坯溫度計(jì)算精度,防止了溫度檢測(cè)錯(cuò)誤(如高溫板坯誤檢測(cè)成為低溫板坯)造成的升溫過(guò)程中煤氣過(guò)度消耗現(xiàn)象。
圖4 板坯溫度檢測(cè)邏輯圖Fig. 4 Logic Diagram for Slab Temperature Detecting
建立加熱爐爐體溫度測(cè)量、記錄表,使用測(cè)溫槍按固定檢測(cè)周期(每周一次)對(duì)不同部位爐體溫度進(jìn)行測(cè)量、記錄,繪制各部位爐體溫度趨勢(shì)圖,跟蹤爐體耐材保溫性能變化趨勢(shì)。 按照停爐檢修計(jì)劃,針對(duì)重點(diǎn)部位安排耐材更換、維修;加強(qiáng)耐材施工過(guò)程質(zhì)量管理,杜絕因施工質(zhì)量不合格造成的耐材脫落缺陷。 通過(guò)加強(qiáng)耐材維護(hù)提高爐體保溫能力,減少了爐體散熱損失。優(yōu)化后檢測(cè)加熱爐爐體溫度曲線見(jiàn)圖5。
圖5 優(yōu)化后檢測(cè)加熱爐爐體溫度曲線Fig. 5 Temperature Curves for Heating Furnace Body after Optimization
由圖5 可以看出,采取上述優(yōu)化措施后,三座加熱爐爐體溫度均低于130 ℃,滿足了加熱爐高溫段爐體外表面理論設(shè)計(jì)溫度低于150 ℃的要求。
統(tǒng)計(jì)優(yōu)化前后加熱爐煤氣單耗對(duì)比見(jiàn)表5。由表5 看出,平均煤氣單耗由1.495 GJ/t 降至1.340 GJ/t,同比降低了約10.4%。
表5 優(yōu)化前后加熱爐煤氣單耗對(duì)比Table 5 Comparison of Gas Consumption per Unit for Heating Furnace before and after Optimization GJ/t
(1)針對(duì)鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司1580 熱軋線加熱爐煤氣單耗高的問(wèn)題,分析了影響煤氣單耗的因素,認(rèn)為是板坯出鋼溫度高、部分鋼種加熱制度不合理、 板坯入爐溫度檢測(cè)區(qū)間狹窄及加熱爐爐體外表面散熱大導(dǎo)致。
(2)優(yōu)化了板坯出鋼溫度,實(shí)現(xiàn)了低溫軋制;優(yōu)化了板坯加熱工藝、 加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)(ACC)模型參數(shù)及數(shù)字直接控制計(jì)算機(jī)(DDC)燃燒參數(shù)的控制,實(shí)現(xiàn)了板坯平穩(wěn)加熱的全自動(dòng)控制;擴(kuò)大板坯入爐溫度檢測(cè)范圍,提高了爐內(nèi)板坯溫度計(jì)算精度;加強(qiáng)爐體耐材檢修、維護(hù),杜絕因爐體溫度過(guò)高造成的熱量散失,提高了加熱爐熱效率。 加熱爐煤氣單耗平均值由原來(lái)的1.49 GJ/t降至1.34 GJ/t,同比降低了0.15 GJ/t。