轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的方法探讨

轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的方法探讨

刘松波

黑龙江建龙钢铁有限公司  黑龙江省双鸭山市 155120

摘要：轧钢加热炉在轧钢企业中属于规模最大的用能设备，其在整个生产工序中能耗较大（煤气消耗占比高达79.8%），单耗高达1.33GJ/t，年产煤气超过280万t。就轧钢厂生产过程而言，它的全线烧损率一般都控制在1%~3%范围内。所以本文中简单分析了轧钢加热炉节能降低煤气单耗烧损的具体方法，提出工艺优化操作方式与设备自动控制策略，最终得出结论。

关键词：轧钢加热炉；节能；煤气单耗烧损；工艺优化方法；蓄热式燃烧

轧钢厂加热炉设备本身具有极大的热滞后惯性，所以为保证设备生产质量控制、寿命延长就必须降低其消耗损耗，并规避频繁调整技术操作行为。为此，追求轧钢加热炉的生产力均衡发展，提出工艺优化操作方式与设备自动控制策略。

1. 轧钢加热炉的均衡生产发展要求

目前的轧钢加热炉都追求节能，且要追求燃烧过程绝对稳定、生产均衡。就加热炉本身而言，它所采用的是一级燃烧段温度目标和二级控制系统，可实现对周期目标值控制系统的有效更新与转换，整体看来应用基础生产机制稳定均衡。就二级燃烧系统来说，需要预测各个阶段的目标温度，结合预先设定工轧钢节奏与加热能力对最佳节能控制值进行计算^[1]。一般来说每相隔3分钟左右对每个燃烧段进行一次所需温度燃料量计算，观察其是否与预期存在较大偏差。在对加热炉生产值进行预测过程中，需要分析其结果牺牲加热质量，有效提高热送热装率与热送温度，同时降低轧钢加热炉的整体燃料消耗，分析相关数据统计条件。就同等条件而言，需要保证每提高10%的热送热装率基础之上降低煤气消耗至少3%左右，同时降低烧损大约0.01%。其平均每年可节约大约250万元左右^[2]。在提高热送热装率与热装温度过程中可大量节约煤气，减少氧化烧损，可实现大批量连续生产过程，确保加热率产能大幅提高至少30%左右。从理论层面讲，热送热装过程中需要减少冷热坯过渡，并留有一定间隙，不过在实际生产过程中是存在一定难度的。具体来讲它是容易造成热坯过烧的，对于热坯的氧化烧损几率增加具有一定影响^[3]。

2. 轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的优化工艺操作方法

轧钢加热炉节能以及降低氧化烧损的优化工艺操作方法主要围绕以下3点展开：

1. 优化坯料出炉温度

首先对坯料的出炉温度进行优化控制，参考轧钢线路设备工艺来确定轧线轧制安全稳定性，确保坯料在不同工序温度有效优化，提高产品质量。根据相关生产实践资料显示，坯料的目标温度会至少降低30℃左右。这里以热效率为40%的轧钢加热炉为例，它可节能至少12kW·h/t。考虑到板坯出炉目标是能够实现有效细化的，所以坯料的尺寸、材质、轧制规格以及坯料目标温度确定过程都是动态变化的，在优化坯料出炉温度过程中需要做到审时度势^[4]。

2. 制定加热升温曲线

在合理制定加热升温曲线过程中，需要首先确定轧钢节奏有效确定，合理控制炉温，保证每一块坯料的轧制节奏都能做到有效确定。在针对轧制薄、难规格产品过程中，要了解其轧制时间偏长、坯料在炉时间相对较长问题，配合低温、低流量控制建立良好的燃料分配机制，保证预热段预热热量充分，并分析不同状态下的升温曲线情况。另外，在分析加热炉燃料分配过程中，需要放大预热段用量，适当增加预热段炉膛整体问题。就以预热段为例，由于其坯料温度相对偏低、传热强度相对偏大、所以必须考虑提高炉膛温度的有效方法，避免坯料不易被氧化。在加热段应该尽量控制温度，最大限度减少坯料在高温区域的停留时间。

3. 合理控制炉内炉气氛炉压

需要考虑轧钢加热炉节能以及降低氧化烧损过程均热段状态，即在出钢时直接开启炉门，该阶段会大量吸入冷风，此时必须控制均热段的微还原性气氛，此时的加热段温度达到最高，燃料可完全燃烧且可实现风量有效控制。在针对流入预热段燃烧燃料进行控制过程中，其助燃空气相比略大，如此可保证燃料完全燃烧。在通过炉尾的残氧分析仪器设备进行控制过程中，要保证它的含氧量大约控制在0~3%左右为最佳。考虑到炉膛压力控制至关重要，且加热炉不能吸入冷风，所以要避免炉压过大，合理控制炉内扼流墙高度，始终将炉压控制在5Pa范围内，建立良好的加热炉炉压自动控制机制^[5]。

3. 轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的设备自动控制与新技术推广

1. 轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的设备自动控制策略

在轧钢加热炉节能生产过程中首先要合理选择耐火材料，保证加热炉保温层选择到位，即保证其散热损失控制在整体热支出的1.5%~2.5%左右，要持续强化加热炉的保温节能功能，延长轧钢加热炉的整体使用寿命。在炉体保温过程中，它对钢结构要求较高，如果结构变形，锚固砖会直接被拉断，导致炉顶严重下沉。而在针对压下部位变形问题进行分析可以了解到，就需要选择强度相对较大的锚固砖，并设置保温层，这对提高助燃空气温度、优化风管道包扎效果至关重要。

另外，需要针对轧钢加热炉建立一级控制系统，主要设置生成DCS集散系统，该系统节能效果明显，响应速度相对较快，可确保加热炉快速达到既定温度目标值，可适配不同工况，生产出不同产品。另外就是配合二级系统对轧制工况变化进行进一步分析，建立闭环控制机制，计算所有坯料温度。整体看来，二级系统的计算周期是相对较短的，需要对系统的软硬件进行及时改造升级，有效提高煤气混合加压站热值精度有效控制，并将热值信号前馈信号直接引入到轧制加热炉中进行针对性控制^[6]。

2. 轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的创新技术推广应用

在轧钢加热炉节能生产、降低氧化烧损过程中目前也提出了诸多创新技术内容，并加以推广应用。譬如说蓄热式燃烧技术，它突破了传统的余热回收技术方式，整体看来节能效果相对明显，在同等规模下生产加热炉节能至少25%以上，同时面向大气层至少少排放30%左右的CO₂气体，最限度减少温室效应影响。另外，由于采用到低热值煤气，它的蓄热式燃烧空气预热温度最高达到1000℃以上，这就生成了低热值煤气，整体看来成本节约效果表现良好。在充分考虑加热质量过程中，需要对预热段进行常规加热，采用脉冲燃烧控制技术^[7]。

总结：

目前轧钢加热炉在生产应用过程中就构建了一套完整的节能系统工程体系，其所能实现的功能内容非常之丰富，但操作技术难度也相对偏大。本文中着重探讨了它的技术进步与热加工生产节能、降低氧化烧损技术途径，希望借此机会提高国内轧钢生产建设水平，在节能、环保、降耗等诸多技术领域都能有所建树，更进一步。

参考文献：

[1] 姚海涛, 魏福顺. 探讨轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径[J]. 中国金属通报, 2019, 000(006):10,12.

[2] 张杨. 加热炉节能及降低氧化烧损的途径[J]. 信息周刊, 2020, 000(006):P.1-1.

[3] 林永健. 热轧加热炉燃烧智能控制技术实践及节能减排[J]. 建筑技术研究, 2020, 3(7):83-84.

[4] 贾寿峰. 轧钢加热炉综合节能技术分析[J]. 山东工业技术, 2019, 000(017):29.

[5] 刘双力. 永磁调速技术在蓄热式加热炉的应用[J]. 电子世界, 2019, 000(010):205.

[6] 赵小龙, 王雍期, 唐兴昌,等. 钢坯在加热过程中的氧化机理及其研究综述[J]. 轧钢, 2019,232(06):71-73+87.

[7] 何安瑞, 荆丰伟, 刘超,等. 薄板坯连铸连轧过程控制技术的发展,应用及展望[J]. 轧钢, 2020(3):1-7.