陳弘杰

（江西新科環(huán)保股份有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

節(jié)能降耗，降本增效是當(dāng)前市場經(jīng)濟條件下對企業(yè)提出的新要求，節(jié)能降耗就是節(jié)約能源，降低消耗，通過合理利用、科學(xué)管理、技術(shù)改進(jìn)等綜合途徑，減少生產(chǎn)過程中的損失和浪費，減少企業(yè)生產(chǎn)成本，增加企業(yè)生產(chǎn)效益。而在鋼鐵企業(yè)中，能源費用占制造成本25%以上，能源費用占比非常大，節(jié)能降耗工作刻不容緩。

在大型長流程鋼鐵企業(yè)中，軋鋼加熱爐的能源消耗占鋼鐵企業(yè)總能源消耗10%左右，其中軋鋼加熱爐又占了軋鋼廠能源消耗的65%~75%，是鋼鐵企業(yè)軋鋼廠最大的用能設(shè)備，其能耗水平直接影響軋鋼廠生產(chǎn)成本，但目前加熱爐其熱效率一般只有20%~30%，有70%~80%的熱損失，其中在整個加熱爐區(qū)域中，煤氣消耗占比75%左右，所以加熱爐煤氣消耗節(jié)約潛力非常巨大。在加熱區(qū)域除了節(jié)約煤氣消耗，還有一塊節(jié)能降耗大頭是降低氧化燒損，目前國內(nèi)大部分鋼廠加熱爐氧化燒損普遍在0.8%~1.5%范圍內(nèi)波動，少數(shù)鋼廠控制在1.5%以上，以一座年產(chǎn)120萬噸棒線材加熱爐為例，如果氧化燒損全年降低0.1%就能增加成品產(chǎn)量1 200噸，鋼材成品與氧化鐵皮按當(dāng)前3 000元每噸差價計算，全年氧化燒損降低0.1%，將會增加360萬元左右效益，如若全年氧化燒損降低0.2%，將會增加720萬元左右效益，這是一項非常大效益。

1 軋鋼加熱爐目前存在情況

在長期與全國大多數(shù)軋鋼廠蓄熱式加熱爐打交道過程中，發(fā)現(xiàn)很多軋鋼廠加熱爐在使用過程中存在很多問題，比如有氧化燒損嚴(yán)重，最嚴(yán)重的見過2.5%；有些爐壓大，冒火嚴(yán)重，甚至進(jìn)出鋼爐門冒火3米遠(yuǎn)，周圍附屬設(shè)備燒壞非常嚴(yán)重；有些加熱爐煤氣消耗比其他鋼廠同類型大20%以上；有些加熱爐爐皮表面、爐頂和爐底溫度偏高，爐皮漆脫落嚴(yán)重，根本不敢用手區(qū)觸摸，熱量損失嚴(yán)重；有些加熱爐操作工上班就是在操作室，燒懶人鋼，缺乏溝通；鋼廠技術(shù)人員缺乏，技術(shù)人員技術(shù)水平較低，加熱爐管理工作不到位等這些問題，這些問題的存在或多或少影響加熱爐的節(jié)能降耗和使用效率，甚者還影響加熱爐的使用壽命。

2 針對上述問題，制定相應(yīng)措施

加熱爐熱平衡分析是根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立起來的，表示在一定時間內(nèi)加熱爐熱量收入和熱量支出在數(shù)量上的平衡關(guān)系，通過對熱平衡詳細(xì)分析，加熱爐熱量的支出主要是鋼坯吸收熱量、煙氣散失熱量和加熱爐本體散失熱量，所以通過加強加熱爐日常的管理和工藝優(yōu)化減少煙氣和加熱爐本體散失的熱量，降低加熱爐煤氣消耗。

2.1 選擇合理的爐型結(jié)構(gòu)

在設(shè)計時，選擇的爐型結(jié)構(gòu)對加熱爐能耗影響非常重要，根據(jù)各個廠具體情況選擇合適的爐型結(jié)構(gòu)，因此在加熱爐新建或改造時應(yīng)該盡量綜合考慮到加熱爐節(jié)能的需要，只有盡量減少加熱爐爐膛煙氣和爐體損失的熱量，盡量將煙氣余熱回收到爐內(nèi)來，提高煤氣的利用系數(shù)，減少爐子熱量損失，這樣才能提高爐子熱效率，減少加熱爐能耗損失。

（1）長遠(yuǎn)考慮盡可能選擇步進(jìn)式加熱爐。雖然步進(jìn)式加熱爐比推鋼式加熱爐造價相對高，設(shè)備制造和安裝技術(shù)要求較高，基建施工量大，機電設(shè)備維護水平高，但經(jīng)過多年步進(jìn)式加熱爐的實踐表明，它與傳統(tǒng)推鋼式加熱爐相比有很多優(yōu)點：鋼坯與鋼坯之間留有一定間隙，鋼坯四面受熱，鋼坯受熱均勻，有利于消除水冷黑印，鋼坯表面不劃傷，生產(chǎn)出成品質(zhì)量相對更好；步進(jìn)式加熱爐有漏渣孔，相比推鋼式加熱爐爐渣不易積聚，生產(chǎn)到一定時間后爐渣堆不高，清渣檢修不像推鋼式加熱爐頻繁，可減輕繁重的清渣體力勞動；鋼坯加熱溫度均勻，操作靈活，可前進(jìn)、后退或踏步，在換鋼種或停機檢修情況下可以清空爐內(nèi)鋼坯，減少爐內(nèi)鋼坯鋼化燒損。

（2）根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)延長加熱爐長度。加熱爐長度是由總加熱能力決定的，但為了提高爐子熱效率，降低煤氣燃耗，可以根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)延長加熱爐長度。如果加熱爐長度短，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饫寐蚀蟠蠼档?，排出的煙氣就要帶走大量的熱量造成熱量損失。因此，適當(dāng)延長加熱爐長度，可關(guān)閉在靠近端墻預(yù)熱段2~3 m處的燒嘴閥門，通過高溫段的煙氣溢到預(yù)熱段，達(dá)到提前預(yù)熱鋼坯的目的，同時增加了爐長，鋼坯溫度更均勻，減少煤氣消耗和氧化燒損。

2.2 選用合適的蓄熱體

在進(jìn)入20世紀(jì)90年代，在原有的高效技能技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了以蜂窩體型的蓄熱式燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)是將蜂窩體與燒嘴置于一體，較之前通道式蓄熱減少了爐墻厚度，增加了爐膛面積，且蜂窩體型蓄熱體與老式通道式蓄熱小球相比表面積大通孔系數(shù)高，余熱回收更完全。蓄熱式燃燒技術(shù)所帶來的節(jié)能效果非常明顯，能最大限度將高溫?zé)煔獾臒崃课眨苊饬藷崃坷速M，回收后的熱量用于預(yù)熱空氣和煤氣，加熱爐理論燃燒溫度提高，可以利用低熱值高爐煤氣。近些年，以蜂窩體蓄熱式加熱爐發(fā)展迅速，市場占有率逐步提高，這項具有中國特色的換熱燃燒技術(shù)很快在中、小型私營鋼鐵企業(yè)得到推廣應(yīng)用。而蜂窩蓄熱體作為蓄熱式高溫燃燒技術(shù)的關(guān)鍵和核心部件，蜂窩體的選用非常關(guān)鍵，選用不當(dāng)會使用過程中出現(xiàn)堵塞、燒損、坍塌等現(xiàn)象，造成鋼溫速遞上升慢，燒不上溫度，嚴(yán)重者造成停爐事故，即影響生產(chǎn)又增加煤氣消耗。所以在選用蜂窩體時，除了考慮蜂窩體耐急冷急熱、荷重軟化溫度、耐壓強度、熱膨脹系數(shù)和耐熱沖擊等指標(biāo)外，還需考慮蜂窩體蓄熱放熱特性，需在選用比表面積適宜的情況下，選用比重大、黑度大、熱容大和導(dǎo)熱快等材質(zhì)的蜂窩體，這樣蜂窩體吸熱放熱更快、更多，能夠有效吸收煙氣的熱量，顯著的增加煤氣、空氣預(yù)熱溫度，提高加熱爐燃燒溫度，達(dá)到降低煤氣消耗的目的。

2.3 減少加熱爐散熱損失

2.3.1 選用合理的隔熱保溫材料

加熱爐的爐襯耐火保溫材料由于長時間在高溫下工作，其內(nèi)部由于晶型轉(zhuǎn)變，容易粉化脫落，造成爐墻保溫效果降低，熱量損失大大增加，嚴(yán)重時爐墻內(nèi)會出現(xiàn)裂縫，裂縫還造成了爐皮鋼板高溫蠕變，造成爐皮溫度升高，降低了加熱爐熱效率，甚至將部分爐墻燒穿，損壞加熱爐爐體。

近年來，我國隔熱保溫材料發(fā)展十分迅速，產(chǎn)品越來越多，同時材料的絕熱等級和導(dǎo)熱系數(shù)越來越優(yōu)良。因此，需要根據(jù)加熱爐的使用條件，進(jìn)行計算節(jié)能效果，并分析對比，選擇合適的質(zhì)量好的隔熱保溫材料。針對加熱爐爐墻、爐頂、爐底和爐筋管保溫材料，需選用導(dǎo)熱率低、蓄熱少的絕熱耐火材料，如有需要可適當(dāng)增加保溫層厚度，降低熱量損失。

2.3.2 減少孔洞的熱量散失

軋鋼加熱爐進(jìn)出料爐門、觀察孔、耙渣孔和落渣孔等孔洞，由于輻射熱量、吸入冷風(fēng)、冒火所造成的熱損失之和非常大，對于端進(jìn)出料的軋鋼加熱爐尤為嚴(yán)重。生產(chǎn)過程中加熱爐進(jìn)出鋼爐門打開開度需適宜，在停機過程中要及時關(guān)閉進(jìn)出鋼爐門，最好能做到自動啟停，減少冷風(fēng)的吸入和內(nèi)部熱量的溢出，造成燒壞設(shè)備，減少熱量損失。對于步進(jìn)式加熱爐，要時刻關(guān)注水封槽水封情況，防止因為水封槽缺水而導(dǎo)致熱風(fēng)熱量從落渣孔散失。

2.4 加強加熱爐日常操作管理和工藝優(yōu)化

（1）加強宣傳教育，樹立節(jié)約用水意識，推行全新的節(jié)能思想，加強日常工作中的跑、冒、滴、漏，提高員工的節(jié)能意識和責(zé)任心，建立巡視和檢查制度，明確責(zé)任和目標(biāo)，實行節(jié)獎勵超重罰等制度，制定加熱爐操作工收入與加熱氧化燒損和煤氣消耗目標(biāo)掛鉤等制度。

（2）優(yōu)化鋼坯熱送熱裝溫度工藝技術(shù)和管理，實施直接裝爐-軋制技術(shù)。對煉鋼熱坯熱送率設(shè)定考核目標(biāo)，鋼坯熱送熱裝溫度每提高100 ℃，加熱爐可節(jié)約煤氣5%~6%，在送坯輥道上做好相應(yīng)鋼坯保溫措施，減少鋼坯溫度熱量損失。當(dāng)爐子熱送和熱送溫度較高時，可適當(dāng)降低加熱爐各段溫度，鋼坯加熱質(zhì)量好且溫度均勻，氧化燒損率和軋機故障率將會明顯降低。

（3）優(yōu)化加熱爐的燃燒控制，目前我國少數(shù)加熱爐實行了自動燃燒控制，煤氣和風(fēng)的供給按配比自動調(diào)節(jié)。但大多數(shù)軋鋼加熱爐仍為人工控制煤氣和風(fēng)的供給量和空燃比，由于受操作者的技能、生產(chǎn)連續(xù)性、煤氣壓力波動等影響，空燃比的控制往往難以達(dá)到最佳狀態(tài)，空燃比低時導(dǎo)致煤氣進(jìn)氣較多不完全燃燒，增加煤氣消耗，空燃比高時，空氣進(jìn)氣量多，出現(xiàn)氧化性氣氛氧化燒損嚴(yán)重，產(chǎn)生NOx含量高的煙氣。同時在實際操作中多觀察爐內(nèi)燒嘴的燃燒狀況及爐氣狀況，一般來說，燃燒完全爐氣略帶霧狀，表示燃燒控制較好；如果爐氣很明亮，則表明空氣配比過大，氧化燒損會增加；如果爐氣里較多的煙霧，則表明空氣不足，燃燒不完全，較多燃燒不完全煤氣被引風(fēng)機排出，增加煤氣消耗。因此必須根據(jù)煤氣熱值合理控制空燃比，在加熱爐各段必須嚴(yán)格控制爐內(nèi)為微還原性氣氛，尤其在高溫加熱段、均熱段。同時可采用氧化鋯殘氧分析儀對煙氣殘氧量進(jìn)行檢測，并將該量作為參考值對空燃比進(jìn)行修正，達(dá)到降低氧化燒損，節(jié)能降耗的目的。

（4）合理制定加熱爐鋼坯溫度，鋼坯加熱溫度并不是越高越好，適當(dāng)鋼溫就行。加熱溫度和爐內(nèi)氣氛是鋼坯表面氧化主要因素，隨著加熱爐爐內(nèi)溫度的升高，鋼坯表面氧化速度逐漸加快。如圖1所示，普碳鋼加熱溫度與燒損量關(guān)系成拋物線變化規(guī)律。當(dāng)溫度低于600 ℃時，鋼坯氧化燒損量非常少，基本可忽略不計；當(dāng)溫度在700~800 ℃時，氧化燒損量較??；當(dāng)溫度超過900 ℃時，氧化燒損量開始緩慢增大；當(dāng)溫度在1 000~1 200 ℃時，鋼坯表面各組分的擴散速度快速增加，鋼坯鋼氧化燒損量快速增加；當(dāng)溫度超過1 200 ℃時，鋼坯表面氧化鐵皮開始熔化，氧化燒損量急劇增大，同時溫度過高，消耗的煤氣也大幅增加。適當(dāng)降低鋼坯加熱溫度不僅有利于提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量，同時減少煤氣消耗和減少氧化燒損。嚴(yán)格控制加熱溫度與加熱時間，在工藝允許條件下，采取低溫加熱，減少鋼坯在高溫區(qū)的停留時間。圖2為不同溫度下，加熱時間與氧化燒損關(guān)系圖。從圖2可以看出，同一加熱制度條件下，隨著加熱時間的延長，鋼坯表面氧化燒損量逐漸增加，其燒損量成拋物線變化規(guī)律變化。

圖1、圖2分別為研究人員測得加熱爐加熱溫度與氧化燒損關(guān)系和不同溫度下加熱時間與氧化燒損的關(guān)系。所以控制鋼坯加熱溫度和加熱時間對氧化燒損至關(guān)重要，在盡可能條件下，快速加熱減少鋼坯在爐內(nèi)停留時間。

（5）爐內(nèi)氣氛除了氧氣影響氧化燒損，同時爐內(nèi)中水汽和SO2含量也影響氧化燒損，所以除了控制空燃比還必須減少煤氣帶入的水汽和SO2含量，在煉鐵上道工序中盡可能除去煤氣中的水汽和SO2，同時在加熱爐主管道設(shè)置存水彎，存水彎處安裝定時排水器，這樣煤氣中的水汽將冷凝在存水彎處，可有效減少煤氣中的水汽進(jìn)入加熱爐爐內(nèi)，減少水汽進(jìn)入爐內(nèi)與鋼坯發(fā)生反應(yīng)，降低加熱爐氧化燒損，同時也可提高加熱爐閥門、管道和氣動機構(gòu)等設(shè)備使用壽命。

（6）加強加熱爐操作工責(zé)任心，做好“三勤”操作，勤觀察、勤聯(lián)系、勤調(diào)整，不能一直長期待在加熱爐控制室燒懶人鋼，應(yīng)出去多觀察加熱爐火焰顏色、出鋼溫度、氧化鐵皮厚度，與上下工序勤聯(lián)系，多溝通。在生產(chǎn)工程中，必須控制好爐膛壓力，保持為微正壓，避免冷風(fēng)吸入，同時根據(jù)鋼種的變化，可不同程度地加熱各種鋼種出爐溫度。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)故障，停機待坯時，根據(jù)停機時間長短適當(dāng)降低加熱爐各段溫度，并適當(dāng)關(guān)小引風(fēng)機和鼓風(fēng)機。例如當(dāng)停機時間10~30 min左右，應(yīng)適當(dāng)降低預(yù)熱段、加熱段溫度，保證均熱段；停機30 min以上只保證均熱段鋼溫即可，預(yù)熱段和加熱段煤氣和空氣閥門應(yīng)盡量關(guān)小，同時根據(jù)爐壓，關(guān)小引風(fēng)機和鼓風(fēng)機。如有大量冷坯入爐，在入爐前，提前升高預(yù)熱段溫度，這樣科技減少悶爐時間甚至不悶爐，減少鋼坯在加熱爐內(nèi)停留時間，減少鋼坯氧化燒損。

3 結(jié)束語

綜上所述，軋鋼加熱爐節(jié)能降耗潛力巨大，在我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展中起著重要的作用，通過對加熱爐的選型，加熱爐保溫材料和蓄熱體的選擇，在優(yōu)化工藝的同時，加強加熱爐操作管理，定能夠?qū)⒓訜釥t氧化燒損和煤氣消耗控制在較好的水平。