淺議軋鋼廠加熱爐和熱處理爐爐前煤氣閥組改造

徐松 王智恒 張克彪

摘要：軋鋼廠工業(yè)爐窯設(shè)備，主要以煤氣為燃料獲得熱能加熱工件達(dá)到生產(chǎn)工藝要求的溫度。由于煤氣有中毒、易燃、易爆等危險(xiǎn)因素，如何有效地安全使用煤氣，最大限度降低煤氣在使用過程中的安全隱患，是每個爐窯技術(shù)工程師應(yīng)該思考的問題。

關(guān)鍵詞：加熱爐;煤氣安全規(guī)程;全封閉式電動插板閥;技術(shù)改造

引言

目前大部分軋鋼步進(jìn)式加熱爐的水冷支撐梁均采用鈷基材質(zhì)的耐熱合金墊塊作為坯料直接支撐部件，長時間在高溫下使用，墊塊易燒損、結(jié)瘤，從而形成不規(guī)則的接觸表面。鑄坯在爐內(nèi)運(yùn)動過程中，表面易出現(xiàn)明顯的啃傷。通過我廠鋼軌軋制仿真軟件分析，若鑄坯被墊塊啃傷的位置在鑄坯楞角附近處，且深寬比小于1∶6，軋制過程中通過軋機(jī)對鑄坯的反復(fù)碾壓和拉伸，成品易產(chǎn)生折疊、軋疤或線紋等缺陷，最終影響鋼材質(zhì)量。該問題成為一直困擾各大型材廠的一個技術(shù)難題。

1改造前的情況簡介

重慶鋼鐵軋鋼廠厚板線三座加熱爐和一座熱處理爐在改造前，其爐前煤氣總管平臺上均采用兩臺電動密閉蝶閥加一臺敞開式眼鏡閥的組合形式，其主要功能為爐子停爐后對煤氣的有效切斷。但煤氣平臺均設(shè)置在緊鄰爐子的廠房內(nèi)，且與爐子距離不足10m，不符合《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》（GB6222-2005）第7.2.4.2條“敞開眼鏡閥和扇形閥應(yīng)安設(shè)在廠房外，如設(shè)在廠房內(nèi)，應(yīng)離爐子10m以上”的規(guī)定和《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)冶金企業(yè)煤氣安全技術(shù)管理有關(guān)規(guī)定的通知》（安監(jiān)總管四﹝2010﹞125號）第十六條“凡開、閉時冒出煤氣的隔斷裝置盲板、眼鏡閥或扇型及敞開式插板閥等，不應(yīng)安裝在廠房內(nèi)或通風(fēng)不良之處，離明火設(shè)備距離不少于40m”的安全規(guī)定，存在安全隱患。因此，需要對三座加熱爐和一座熱處理爐爐前煤氣總管閥組進(jìn)行技術(shù)改造，以符合煤氣相關(guān)安全規(guī)程、制度的要求，同時，最大限度地降低煤氣安全隱患。

2控制原理

根據(jù)柳鋼冶金規(guī)范中的加熱爐溫度制度，對加熱爐一級和二級系統(tǒng)實(shí)施改造，按生產(chǎn)模式、牌號、規(guī)格的坯料溫度要求設(shè)定各加熱段爐氣溫度控制目標(biāo)。坯料進(jìn)入加熱爐的預(yù)熱段時，控制系統(tǒng)開始標(biāo)記該坯料位置、入爐溫度、牌號鋼種和坯料規(guī)格等信息，按當(dāng)前坯料出爐節(jié)奏推算出一個動態(tài)的在爐時間。通過采集該坯料實(shí)時的爐溫，以當(dāng)前目標(biāo)溫度為指導(dǎo)，綜合考慮各段已加熱時間，操控煤氣閥門和空氣閥門進(jìn)行全過程加熱控制。整個過程操作工人只需進(jìn)行出鋼節(jié)奏控制以及極少的人工溫度干預(yù)。

3改造方案的制定和比選

3.1煙氣外排參數(shù)

柳鋼軋鋼加熱爐以焦?fàn)t煤氣為燃料，焦?fàn)t煤氣的主要成分是氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、不飽和烴類、氧氣、氮?dú)夂蜕倭扛叻肿踊旌衔铮ㄝ?、氨、焦油和苯等）。焦?fàn)t煤氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣的主要成分為二氧化碳、水、氧氣和氮?dú)?。根?jù)燃料燃燒元素守恒定律，可以算出每立方米焦?fàn)t煤氣在加熱爐中完全燃燒所需要的理論空氣量L理為4.51m3（CnHm按C6H10計(jì)算）。以熱軋廠1450線1號加熱爐為例，其加熱爐空燃比設(shè)置為5.2，則過量空氣系數(shù)a為1.15，1m3焦?fàn)t煤氣燃燒后在爐尾出口處產(chǎn)生的煙氣量為5.9m3，每小時使用焦?fàn)t煤氣約10000m3，因此產(chǎn)生的煙氣流量為59000m3/h。棒線型材廠各加熱爐空燃比設(shè)置為4.5，中板廠加熱爐煙氣氧含量控制在5%。

3.2結(jié)合太陽能來優(yōu)化加熱技術(shù)

為了應(yīng)對能源形勢險(xiǎn)峻的問題，油田企業(yè)在油氣介質(zhì)的加熱工作中，可以適當(dāng)借助太陽能來代替部分燃料能源，從而緩解加熱爐系統(tǒng)工作高能耗的問題。現(xiàn)階段節(jié)能增效技術(shù)中，太陽能的集熱技術(shù)發(fā)展較為成熟，工作人員能夠通過將太陽能轉(zhuǎn)化設(shè)備與燃料鍋爐相結(jié)合，減少燃料鍋爐內(nèi)能源的投入。例如，工作人員在傳統(tǒng)的加熱爐系統(tǒng)中安裝太陽能熱輔助系統(tǒng)，能夠在加熱工作中幫助鍋爐生產(chǎn)30%的額外蒸汽或者熱能，且由于太陽能熱輔助系統(tǒng)的熱能生產(chǎn)較為穩(wěn)定，以至于工作人員仍然能夠通過調(diào)節(jié)加熱爐的燃料投入，來控制加熱工作的爐內(nèi)熱效率。

3.3墊塊布置及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

將墊塊的布置方式由交錯布置改為居中布置，墊塊的高度不變，外形尺寸隨之做相應(yīng)的調(diào)整，如圖9、圖10所示。改進(jìn)后，墊塊的布置與水梁中心線重合，這樣墊塊更容易安裝在一個水平標(biāo)高上。在水平標(biāo)高一致的前提條件下，墊塊的安裝標(biāo)高的誤差精度由原來的0～3mm提高到了0～1mm。減小高差不平帶來的啃傷的同時，墊塊的穩(wěn)固性提高，水梁的受力更均勻。因?yàn)楣潭▔|塊的卡塊在使用過程中只是起到穩(wěn)定墊塊的作用，而不受側(cè)向支撐墊塊的力，同等條件下墊塊脫落的機(jī)率也大大降低。

3.4減少溫度波動，提升加熱質(zhì)量

原加熱模式中的加熱質(zhì)量在很多時候取決于操作人員的操作能力。受操作人員操作能力和操作經(jīng)驗(yàn)的不同，各個班組之間的加熱質(zhì)量存在差異，導(dǎo)致軋制效果存在差異。加熱爐爐溫自動控制系統(tǒng)研發(fā)投用后，與廠內(nèi)節(jié)奏系統(tǒng)互相配合，模型自動給定、設(shè)定溫度，穩(wěn)定控制加熱爐爐氣溫度。

3.5墊塊材質(zhì)的改進(jìn)

中國冶金行業(yè)的加熱爐耐熱墊塊材料選擇是完全克隆歐美和日本的選擇，但是材質(zhì)的選擇沒有與加熱爐裝備技術(shù)更新同步進(jìn)行。上世紀(jì)70～80年代國內(nèi)的加熱爐以推鋼式加熱爐為主，水梁上的滑軌與鋼坯之間存在摩擦運(yùn)動，因此在選擇熱滑軌材質(zhì)時要考慮熱滑軌的抗拉強(qiáng)度，由于鈷基材質(zhì)在高溫下有潤滑功能，且有較好塑性和韌性，選擇鈷基材質(zhì)作鑄造滑塊是可行的。

結(jié)束語

節(jié)能減排是我國可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，特別是在當(dāng)前國家碳達(dá)峰、碳中和的時代背景下，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)能更好地提高能源回收利用效率，實(shí)現(xiàn)碳減排。本文通過計(jì)算柳鋼軋鋼加熱爐煙氣余熱資源量，分析國內(nèi)先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，可為低溫余熱的回收利用提供參考依據(jù)。

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