降低加熱爐氧化燒損實(shí)踐

劉 軍

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

在軋鋼工序中用到的主要耗能設(shè)備就是加熱爐。在軋鋼加熱爐進(jìn)行生產(chǎn)過程中，其目標(biāo)就是要使軋制工藝要求得到滿足，能最優(yōu)化的控制爐膛氣氛、加熱時(shí)間和加熱溫度，將氧化燒損和能耗在最大程度上降低。加熱爐是鋼鐵生產(chǎn)的最后一道工序（國(guó)內(nèi)煉鋼綜合能耗約600kg 標(biāo)煤/噸鋼），具有較高的氧化燒損程度，從而就會(huì)造成了能源的大量浪費(fèi)，還對(duì)軋鋼的成材率有一定的影響，因此直接對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響；此外，在爐底堆積的氧化鐵皮如果不能及時(shí)清除，就會(huì)使生產(chǎn)率在一定程度上降低，還會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度加強(qiáng)。

1 相關(guān)概述

在鋼材鍛壓和軋制前進(jìn)行鋼坯加熱是鋼鐵行業(yè)中不可或缺的一道重要工序，想要改善鋼坯塑性的重要方法就是將鋼坯的溫度進(jìn)行有效的提升。在煉鋼過程中，從開坯到軋制成材需要反復(fù)的加熱，這樣會(huì)造成大量燃料的消耗，以及具有氧化性的加熱介質(zhì)會(huì)致使出現(xiàn)大量的氧化燒損鋼。在氧化燒損當(dāng)中，氧化性介質(zhì)由于與鐵發(fā)生反應(yīng)而會(huì)有大量能量的消耗，由氧化燒損而形成的氧化皮也會(huì)在出爐時(shí)將大量顯熱帶走，與此同時(shí)氧化皮還會(huì)對(duì)傳熟產(chǎn)生阻礙作用，從而對(duì)加熱的效率產(chǎn)生影響，這些問題都會(huì)給經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。在進(jìn)行鋼坯加熱的過程中，被爐頭負(fù)壓溫降所影響，并與收縮后的氧化鐵皮相分離，就會(huì)掉進(jìn)爐底的均熱段并形成大量堆積，這種情況下，就要求操作工人要定時(shí)進(jìn)行扒渣清除的工作，甚至于要停止加熱爐的運(yùn)行來扒渣，在一定程度上使勞動(dòng)強(qiáng)度加強(qiáng)了，加熱爐的作業(yè)率則降低了。另外，在進(jìn)行軋制當(dāng)中，如果高壓水沒能將鋼錠表面的氧化鐵皮清除干凈，而壓進(jìn)了鋼坯和鋼材當(dāng)中，就會(huì)對(duì)產(chǎn)品的表面與內(nèi)部質(zhì)量、尺寸精度以及力學(xué)性能質(zhì)量產(chǎn)生最直接的影響，在一定程度上使成材率降低了。經(jīng)過更進(jìn)一步的對(duì)各種各樣的鋼在高溫下所呈現(xiàn)的氧化特性和氧化機(jī)理的研究，證明是可以運(yùn)用一定的技術(shù)措施將加熱當(dāng)中產(chǎn)生的氧化燒損降到最低程度的。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來看，將氧化燒損有效降低其實(shí)也是節(jié)能的表現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，爐內(nèi)的鋼坯一般情況下有1.00%～2.5%的氧化燒損率，因此造成的經(jīng)濟(jì)損失與燃料費(fèi)用相差無幾。比如，按照一高線年投坯=75×0.987=74.025 萬t，1.5%的燒損率來計(jì)算，則一年鋼材的損失達(dá)到11103.75t，如果燒損率下降到1.0%，每年就能節(jié)約3701.25t 的鋼材，如果按每噸鋼坯2000 元計(jì)算，每年就有740.25萬元被節(jié)省下來。

2 影響鋼坯氧化燒損的因素

2.1 加熱溫度對(duì)鋼坯氧化燒損的影響

在常溫條件下鋼坯開始逐漸進(jìn)行氧化，這個(gè)過程是非常復(fù)雜的。氧化速度隨著溫度的增加而加快，一直到650℃，在這之前氧化鐵皮的生成量都是很有限的，但是溫度一旦超過760℃，氧化鐵皮的生成量就可以進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)溫度高于800℃時(shí)，氧化燒損量就會(huì)呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)。然而鋼坯的氧化燒損量會(huì)隨著溫度的持續(xù)上升而劇烈增加，假設(shè)氧化燒損量在800℃時(shí)是1，那么1000℃就會(huì)增加到4 倍量，1200℃時(shí)增加到10 倍量，1300℃時(shí)就會(huì)達(dá)到20 倍量。

2.2 爐內(nèi)氣氛對(duì)鋼坯氧化燒損的影響

鋼坯發(fā)生氧化燒損會(huì)隨著爐內(nèi)氣氛的氧化性而增強(qiáng)，而爐內(nèi)氣氛又受到燃料成分、空燃比及爐膛內(nèi)燃燒狀況等因素的影響。在天津鋼鐵集團(tuán)有效公司高線廠的加熱爐內(nèi)，燃料是一種由高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣的混合煤氣。由于轉(zhuǎn)爐煤氣其含量比較低而且沒有固定的配比，導(dǎo)致煤氣熱值會(huì)不斷的發(fā)生變化，從而使加熱爐的看火操作的難度在一定程度上增大了，而對(duì)于空燃比進(jìn)行的調(diào)整要比煤氣熱值的變化相對(duì)落后，肯定就會(huì)對(duì)爐內(nèi)燃燒情況、燃?xì)饫寐省⒀趸療龘p造成一定的影響。

3 減少氧化燒損的措施

3.1 對(duì)爐壓的控制

爐壓的控制對(duì)于蓄熱式加熱爐來說起到了非常重要的作用，如果爐壓過大，就會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)的燃燒狀況相對(duì)比較差，氣氛也會(huì)不穩(wěn)定，氧化燒損的程度比較高，還有可能會(huì)燒毀附屬設(shè)備等各種問題，爐膛產(chǎn)生負(fù)壓，冷風(fēng)會(huì)進(jìn)入到爐門及懸臂輥道轉(zhuǎn)軸處，影響局部的氣氛強(qiáng)氧化性以及鋼坯局部溫度，將氧化燒損程度增加。天鋼高線廠加熱爐爐壓通常會(huì)低于50Pa，并且杜絕負(fù)壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。生產(chǎn)實(shí)踐說明，在此爐壓內(nèi)蓄熱式加熱爐進(jìn)行運(yùn)行的過程中，爐內(nèi)燃燒的狀況相比較來說是最穩(wěn)定的。而正常控制的爐壓，是蓄熱換向系統(tǒng)在進(jìn)行正常工作的時(shí)候附帶的效果，都是在燒嘴換向閥以及蓄熱體正常工作的情況下進(jìn)行的，所以及時(shí)檢修并維護(hù)換向閥，同時(shí)對(duì)蓄熱體進(jìn)行及時(shí)的檢查更換，為蓄熱式加熱爐的正常生產(chǎn)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

3.2 加熱爐分段燃燒控制技術(shù)

對(duì)加熱爐進(jìn)行分段燃燒技術(shù)的應(yīng)用，其中要在爐膛的各個(gè)控制端進(jìn)行氣氛測(cè)量探頭的安裝，對(duì)于各段氧氣和一氧化碳的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值對(duì)各段的空氣配比進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，控制氧氣和一氧化碳的含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)氧化燒損的降低、板坯表面質(zhì)量的提升、耗能的減少。以下是具體的流程：將探頭式過程氣體分析系統(tǒng)安裝在加熱、均熱、預(yù)熱的燃燒段，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)于各段燃燒的氣氛進(jìn)行指導(dǎo)與調(diào)整，使得抑制氧化、優(yōu)化燃燒、降低燃耗的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。每座加熱爐的測(cè)量點(diǎn)都是7 個(gè)。測(cè)量點(diǎn)布置的方法是：將一套o(hù)2和一套Co激光檢測(cè)單元分別布置在均熱、三加熱段與二加熱段，將一套Co 激光檢測(cè)單元布置在一加末端，并結(jié)合現(xiàn)有的氧化鋯探頭使用。整個(gè)系統(tǒng)具有其一定的優(yōu)點(diǎn)即技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)、測(cè)試精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、安裝方便、維護(hù)成本低等。

3.3 加熱爐燃燒優(yōu)化過程

由于受到煤氣熱值波動(dòng)、流量計(jì)量誤差、閥門開度誤差、氣體泄漏、排煙速度等因素的影響，導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒狀態(tài)出現(xiàn)偏離的情況。要想將燃燒提升到最佳狀態(tài)，進(jìn)行燃燒狀態(tài)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)尋優(yōu)、優(yōu)化調(diào)整是必不可少的，從而從根本上節(jié)約了煤氣的使用。①在均熱、三加、二加、溫度調(diào)節(jié)當(dāng)中，如果o2的檢測(cè)過量，那么就要將空氣流量減小，在下一段就會(huì)將每段多余的Co 消化掉；②在一加初始階段，如果Co 的檢測(cè)過量，就要將空氣流量加大，o2的含量則根據(jù)預(yù)熱段氧化鋯的測(cè)量進(jìn)行校核穩(wěn)定；③將空氣流量和燃料流量進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化調(diào)節(jié)，從而使得空燃比有最合理的設(shè)置、爐內(nèi)燃燒的燃燒區(qū)域處于最佳位置，有效提升熱效率的利用。

3.4 改進(jìn)停軋待溫制度,減少加熱時(shí)間

計(jì)劃性待軋和非計(jì)劃性待軋是待軋的兩種分類。其中計(jì)劃性待軋我們預(yù)先就知道了時(shí)間，就可以將加熱段的爐溫提前降低，等到待軋開始時(shí)再將均熱段的爐溫進(jìn)行降低，待軋結(jié)束之后爐溫就會(huì)恢復(fù)到正常值。而非計(jì)劃性待軋事先我們都是不知道的，要根據(jù)往常積累的經(jīng)驗(yàn)來處理比如軋線意外事故的發(fā)生,待軋時(shí)間的長(zhǎng)短等，如果發(fā)生待軋，就要將各段爐溫進(jìn)行立即降低，待軋結(jié)束之后爐溫會(huì)恢復(fù)到正常范圍。在進(jìn)行待軋的過程中，爐內(nèi)的鋼坯其平均溫度就會(huì)持續(xù)上升，隨著待軋時(shí)間的增加溫度的增長(zhǎng)幅度也會(huì)不斷上升，因此鋼坯在出爐時(shí)的平均溫度會(huì)比正常生產(chǎn)時(shí)的出爐溫度相對(duì)較高。所以，要想將燃料的消耗減少，氧化燒損的程度降低，就要在待軋時(shí)將各段熱負(fù)荷根據(jù)待軋時(shí)間的長(zhǎng)短而進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档汀Ｓ捎诖埰陂g鋼坯、爐圍和爐氣存儲(chǔ)了很多能量，一部分能量在待軋結(jié)束之后會(huì)慢慢的釋放出來，會(huì)影響到鋼坯的加熱。因此，不想鋼坯有過熱的情況發(fā)生，而且鋼坯在出爐之后溫度會(huì)有一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，就要在待軋時(shí)將供入的燃料減少，在待軋結(jié)束后的一段時(shí)間之內(nèi)，仍然可以將燃料的供入量進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少。一個(gè)好的待軋方案要能夠滿足：發(fā)生待軋情況時(shí)，燃料的消耗量能夠及時(shí)合理的進(jìn)行減少，將爐溫以最快的速度降低到適當(dāng)?shù)乃剑乐惯^熱的情況出現(xiàn)；在待軋恢復(fù)時(shí)，要確保出爐之后的鋼坯符合工藝要求，減少超溫并能有效的避免待熱。而且是定量的方案，可以進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行方案，盡量在風(fēng)格上與常規(guī)的決策保持一致的狀態(tài)。

3.5 優(yōu)化空燃比控制

進(jìn)行優(yōu)化之前，在正常操作的情況下將空燃比控制在4∶1。為了使氧化燒損降低，通過對(duì)實(shí)踐進(jìn)行分析，改善了各段的空燃比控制，在均熱段、一加熱段、二加熱段將空燃比分別控制在3.5∶1、4∶1、4.5～5∶1，主要是為了進(jìn)入到均熱段的鋼坯，表面有相對(duì)較高的溫度，爐內(nèi)的氣氛要盡量保持還原性的氣氛，使加熱二段的空燃比得到一定的提高，煤在爐內(nèi)的完全燃燒就能得到保證。與此同時(shí)，為了將空燃比的控制精度得到更深入的提升，將含氧量分析儀加入到煙道內(nèi)，并控制煙氣含氧量在0%～3%之間，使空燃比得到更準(zhǔn)確的控制。

4 結(jié)語

綜上所述，得出以下結(jié)論：通過對(duì)加熱爐分段燃燒控制及紅外爐內(nèi)鋼坯溫度檢測(cè)技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，取得了預(yù)期的效果。通過該系統(tǒng)，可以對(duì)不同鋼種加熱及燃燒控制制度進(jìn)行針對(duì)性的研究及優(yōu)化控制，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)效益。