棒線材坯料加熱的節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展探討

許穎波，舒云勝，武天壽，王東宇，楊章令

（紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自 661100）

某鋼廠現(xiàn)擁有1座雙蓄熱步進(jìn)式加熱爐，1座雙蓄熱推鋼式加熱爐，步進(jìn)式加熱爐最大加熱能力為160t/h（冷坯），加熱爐有效長(zhǎng)度20880mm，有效寬度12644mm，加熱爐主要采用3段爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用蓄熱式側(cè)燒嘴，爐墻的內(nèi)層采用納米絕熱保溫板貼附，第二層覆蓋20mm左右的隔熱甩絲毯，第三層采用耐火磚砌筑，外層（接觸火焰）采用耐高溫料噴涂，外部換熱原件工作區(qū)移到距離爐墻1.5米的外圍進(jìn)行布置，爐頂除正常的耐熱澆筑層外錨固靶向加熱元件反射熱能，整個(gè)爐膛內(nèi)安裝靶向加熱元件約11582個(gè)提高加熱能力。目前還沒有采用汽化冷卻，但水梁的使用壽命正常，爐墻各點(diǎn)溫度不超過110℃。在長(zhǎng)期加熱過程中，加熱爐暴露了一些弊端和需要改進(jìn)的地方，保溫材料不能屏蔽熱輻射，造成大量熱損失，燃料加熱需要的空間巨大，效率還不夠，探索新的加熱工藝極具必要性。

1 棒線材生產(chǎn)線加熱爐節(jié)能技術(shù)優(yōu)化

1.1 選用適合生產(chǎn)的加熱爐結(jié)構(gòu)

加熱爐設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合公司的基本條件和需求，如投資計(jì)劃，等級(jí)和規(guī)格加熱，燃料類型，加熱爐生產(chǎn)和可用性，加熱溫度和能源消耗。只有清楚這些才能確定軋機(jī)的結(jié)構(gòu)和水平。

如果企業(yè)大多是低熱值燃?xì)獠⑶矣懈Ｒ姷匿摫患訜?，那么在選擇軋鋼爐時(shí)，必須選擇帶有空氣和燃?xì)獾碾p蓄熱爐。如果生產(chǎn)穩(wěn)定，選擇傳統(tǒng)的熱交換爐，如果公司有不同類型的天然氣，結(jié)合公司的經(jīng)濟(jì)效益來確定加熱爐結(jié)構(gòu)。大型鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)加熱爐的基本功能選擇加熱爐結(jié)構(gòu)，結(jié)合鋼坯的加熱質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，綜合考慮節(jié)能效果。

爐膛水平與鋼坯的加熱質(zhì)量和節(jié)能效果直接相關(guān)。依靠手動(dòng)操作，不可能離開儀表控制裝置來達(dá)到提高質(zhì)量和節(jié)約能源的效果。因此，仍然需要將爐級(jí)和基于信息的智能技術(shù)與開發(fā)愿景相結(jié)合。

1.2 加熱爐新技術(shù)發(fā)展

1.2.1 高效、環(huán)保、低成本燃燒

作為加熱爐的核心部件，燃燒器受到越來越多的關(guān)注。隨著新環(huán)保法的頒布和實(shí)施，低NOx燃燒器已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)，考慮到燃料燃燒效率和爐內(nèi)溫度的均勻性。對(duì)于大型爐，低NOx可調(diào)火焰燃燒器，低NOx平焰燃燒器和高調(diào)節(jié)比平焰燃燒器應(yīng)該是優(yōu)選的。

爐膛智能燃燒技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種燃燒控制技術(shù)，它基于模擬燃燒控制改為數(shù)字燃燒控制，火焰長(zhǎng)度和溫度分布不受熱負(fù)荷變化的影響。當(dāng)氣體熱值相對(duì)穩(wěn)定且爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻時(shí)，氣體流量調(diào)節(jié)的過渡期是合適的，但當(dāng)氣體熱值頻繁變化且不能穩(wěn)定時(shí)不合適。優(yōu)點(diǎn)是：燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，溫度場(chǎng)均勻，燃料利用率高。

氧燃料技術(shù)的研究和推廣，氧燃料技術(shù)已應(yīng)用于多家鋼廠，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：①燃料利用率高。由于煙氣量少，可以減少爐氣的相對(duì)流量，延長(zhǎng)燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，提高燃料利用率；②產(chǎn)量會(huì)增加。在提高理論燃燒溫度的同時(shí)，它還提高了爐內(nèi)的實(shí)際溫度，從而增加了功率；③減少了NOx排放。爐氣中的N2濃度降低后，廢氣中NOx的排放量大大減少，這是國(guó)內(nèi)外燃燒行業(yè)人們的熱點(diǎn)，也減少了NOx的來源。這也是一種方式。

1.2.2 熱平衡轉(zhuǎn)化

熱交換器已廣泛用于軋鋼爐中，作為爐廢氣余熱回收的特殊節(jié)能裝置?？諝夂腿?xì)忸A(yù)熱溫度高，投資和維護(hù)成本低，一直是公司關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，主要有片狀管式熱交換器，管式插入式熱交換器和噴射式熱交換器。然而，一般的問題是由于空氣預(yù)熱溫度低（400℃～500℃），鋼軋制爐中煙氣余熱的回收率低。目前，中國(guó)的幾所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)正在研究高效，低成本的熱交換器，這將使熱交換器的結(jié)構(gòu)和材料發(fā)生重大變化，并在三到五年內(nèi)預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

隨著新型爐襯材料的發(fā)展，襯里材料逐漸發(fā)展為輕質(zhì)，模塊化，高阻燃，襯里蓄熱損失低，因此上升速度和冷卻速度快，國(guó)內(nèi)外大型加熱爐成為首選。真空保溫板是近年來發(fā)展起來的一種新型高效保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.003 W/（mK），是傳統(tǒng)耐火材料的1/10，厚度為1它只有/7。實(shí)現(xiàn)了1/10節(jié)能和節(jié)省空間的目標(biāo)。在鋼鐵廠中，澆注料用作火表面的襯里材料，并且加熱爐外壁的溫度降低20℃，因?yàn)槔w維模塊和真空隔熱板用作隔熱層。

在加熱爐的高溫部分的頂部和側(cè)壁上涂上高輻射涂層（黑體涂層）或高反射涂層（白體涂層），在加熱爐的高溫部分涂上高黑度因子散熱器以釋放氣體山。它被轉(zhuǎn)換為黑體輻射。上述技術(shù)的實(shí)施可以將加熱爐的單位消耗降低3%至5%。

2 棒線材加熱技術(shù)展望

2.1 感應(yīng)加熱

隨著棒線材坯料斷面的不斷增大，對(duì)于目前常用的165*165方坯，工頻感應(yīng)爐加熱深度為10mm～20mm，加熱溫度在900℃～1030℃，這需要充分利用鋼坯的自身余熱，配合更加快速地軋制速度來實(shí)現(xiàn)。

感應(yīng)加熱設(shè)備、感應(yīng)加熱生產(chǎn)線自動(dòng)化控制程度及高可靠性要求在持續(xù)提高，必須加強(qiáng)感應(yīng)加熱工藝成套裝置的開發(fā)。同時(shí)感應(yīng)加熱系統(tǒng)正向智能化、小型化、節(jié)能化控制方向發(fā)展，具有智能控制和自動(dòng)診斷，高控制性能的感應(yīng)加熱系統(tǒng)正成為未來的發(fā)展目標(biāo)。

2.2 智能電爐加熱

金屬材料強(qiáng)反射率對(duì)使得微波加熱不能很好應(yīng)用，同時(shí)加熱溫度過低不能很好應(yīng)用，而遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)法向發(fā)射率大于92%，熱響應(yīng)時(shí)間小于2分鐘，使用溫度在780℃～900℃之間，加熱層深度有限，不能很好的應(yīng)用，而智能電加熱爐可以滿足不同斷面的坯料，加熱溫度能從0℃～1100℃任意調(diào)節(jié)，一般使用電阻和電子束加熱，在金屬內(nèi)部直接生熱，升溫速度快，可根據(jù)不同鋼種的加熱溫度要求，實(shí)現(xiàn)整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱），在電加熱過程中，產(chǎn)生的煙塵、殘余物和以及其他排放物少，可保持被加熱物體的潔凈，不污染外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)減排目的。

2.3 清潔燃料燃燒加熱

使用清潔能源進(jìn)行燃燒加熱，在氫氣、酒精等能源價(jià)格低廉時(shí)，使用清潔燃料進(jìn)行替代。氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142，351kJ/kg，氫與其他燃料相比氫燃燒時(shí)最清潔，燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用，目前主要是在分解和儲(chǔ)存中存在的難題未能突破，在低成本分解和儲(chǔ)存技術(shù)突破的同時(shí)，加熱能源以及加熱技術(shù)也將隨之發(fā)生變化，同時(shí)新的加熱循環(huán)利用技術(shù)也將帶來研究熱潮。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)軋鋼工序能耗和國(guó)外相比，還存在較大差異。在棒線材生產(chǎn)過程中，加熱技術(shù)與生產(chǎn)工藝統(tǒng)籌推進(jìn)，從加熱溫度需求、加熱爐節(jié)能技術(shù)應(yīng)用、新型加熱技術(shù)設(shè)計(jì)等方面提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)。