降低鞍鋼1580 熱軋線加熱爐煤氣單耗實踐

鄧鵬釗，劉金超，叢志宇，賀亮，王存，范細忠

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司1580 熱軋線裝備三座步進式加熱爐，于2008 年9 月份投入使用，供熱燃料為高、焦爐混合煤氣，加熱鋼種主要有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐蝕鋼、管線鋼、汽車結(jié)構(gòu)鋼、集裝箱用鋼等。 1580熱軋線整個工序能耗中，煤氣消耗所占比例達到60%左右，軋鋼加熱爐是該產(chǎn)線的主要能耗設(shè)備，煤氣消耗占其能耗的80%左右。 因此，有必要對1580 熱軋線加熱爐煤氣消耗的影響因素進行分析，以采取相應(yīng)的措施，達到節(jié)能降耗的目的。

1 影響加熱爐煤氣消耗的因素分析

1.1 板坯出鋼溫度高

1580 熱軋線開工初期，由于難軋材軋制穩(wěn)定性差，精軋機卡鋼事故多發(fā)，極大地影響了生產(chǎn)。為保障生產(chǎn)穩(wěn)定運行，只能提高板坯出鋼溫度來解決精軋機軋制穩(wěn)定性不足的問題，例如厚度規(guī)格為1.6 mm 的SPA-H 產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計中出鋼溫度目標值為1 250 ℃，實際卻控制在1 270～1 280 ℃。 表1 為部分低碳鋼鋼種出鋼溫度目標值。 由表1 看出，出鋼溫度目標值偏高。 這種情況不僅會造成加熱工序中煤氣過度消耗，還會造成粗軋機出口中間坯溫度過高，影響精軋終軋溫度的控制。 而且為了降低中間坯溫度，需要在粗軋區(qū)域采取擺動鋼坯和降低軋制速度等措施，造成軋制流不暢，影響軋線小時能力。

表1 部分低碳鋼種出鋼溫度目標值Table 1 Tapping Temperature Target Values for Some Steel Grades with Low Carbon

1.2 部分品種加熱制度不合理

表2為優(yōu)化前的加熱制度。

表2 優(yōu)化前的加熱制度Table 2 Heating System before Optimization ℃

持續(xù)跟蹤SPHC、Q235B、SAE 系列鋼種板坯成品厚度（＞2.3 mm）的加熱過程，實時統(tǒng)計板坯在爐內(nèi)的溫度，繪制板坯升溫曲線見圖1。 圖中SPHC 裝鋼溫度470 ℃，成品厚度3.55 mm；Q235B裝鋼溫度650 ℃，成品厚度3.35 mm；SS400B 裝鋼溫度680 ℃，成品厚度3.50 mm。

圖1 板坯升溫曲線Fig. 1 Temperature Rising Curves for Slab

由圖1 看出，板坯在均熱段存在異常降溫過程。 結(jié)合表2 分析認為，加熱段溫度設(shè)定值偏高，均熱段設(shè)定值較低，板坯在加熱段快速升溫，較快達到并超出出鋼目標溫度，進入均熱段后出現(xiàn)了圖1 所示的異常降溫。 不合理的加熱制度造成板坯在加熱段的過度加熱，增加煤氣消耗。

1.3 板坯入爐溫度檢測區(qū)間狹窄

根據(jù)板坯入爐前所測量的溫度計算板坯在爐內(nèi)各時段溫度，并建立其加熱溫度跟蹤及反饋程序。因此，板坯入爐溫度檢測對板坯加熱過程中的溫度模型計算至關(guān)重要，其直接決定升溫過程中板坯計算溫度是否符合實際溫度及加熱模型對溫度制度的設(shè)定是否正確。 軋鋼加熱爐裝鋼輥道處原設(shè)置兩臺溫度計（T1、T2，一工一備）用于檢測入爐板坯溫度，將采集到的溫度信息傳輸至溫度模型中，用于加熱過程參數(shù)的控制。 兩臺溫度計的測量區(qū)間存在差異，T1、T2高溫計的量程分別為300～1 000 ℃、0～700 ℃。 當T1、T2 單獨工作時，如發(fā)生入爐板坯溫度不在溫度計量程內(nèi)的情況時，錯誤的溫度信息將反饋給溫度模型，導致加熱板坯溫度值計算錯誤，無法提供正確的溫度數(shù)據(jù)，造成二級爐溫設(shè)定值錯誤，增加煤氣消耗并影響出鋼溫度控制精度。

1.4 爐體外表面溫度偏高

爐體表面熱量損失是加熱爐熱效率計算中重要的熱損失項。 加熱爐高溫段爐體外表面理論設(shè)計溫度應(yīng)低于150 ℃，但現(xiàn)場實際測量爐體外表面溫度最高時超過200 ℃。 這是因為1580 熱軋線軋鋼加熱爐生產(chǎn)集裝箱及中高碳鋼等高溫鋼品種產(chǎn)量較多,板坯加熱工藝溫度要求較高,爐膛內(nèi)溫度長期處于高位,導致爐體耐火材料部分失效,爐體鋼結(jié)構(gòu)燒損、耐材裂縫偏大，因此爐體散熱量較大。

2 優(yōu)化措施

2.1 降低板坯出鋼溫度

（1）隨著操作人員對產(chǎn)線工藝、設(shè)備的熟悉，操作技能水平持續(xù)提高，設(shè)備功能不斷優(yōu)化改進，難軋材軋制穩(wěn)定性已有大幅度提升，軋線事故時間大幅縮短，已無需采取提高板坯出鋼溫度彌補難軋品種軋制穩(wěn)定性的調(diào)整措施。 因此恢復難軋品種的出鋼溫度目標控制值，如規(guī)格1.6 mm SPA-H 出鋼溫度由1 270～1 280 ℃降至1 250 ℃，粗軋出口溫度從1 120 ℃降至1 100 ℃，減少了難軋材過度加熱現(xiàn)象。

（2）針對部分鋼種出鋼溫度較高而軋機能力有富余的現(xiàn)狀，降低此類鋼種板坯的加熱溫度。對部分低碳鋼進行降溫軋制試驗,參考厚度、寬度層別，定寬機是否投入等因素對其出鋼溫度進行細化，表3 為優(yōu)化后的部分鋼種出鋼溫度目標值。

表3 優(yōu)化后的部分鋼種出鋼溫度目標值Table 3 Tapping Temperature Target Values for Some Steel Grades after Optimization ℃

出鋼溫度優(yōu)化后，成品性能穩(wěn)定,成材率大幅度提高，煤氣單耗也得到一定降低。 試驗成功后已申請對低碳鋼、 普碳鋼加熱溫度標準進行修訂，并將降溫軋制試驗推廣到集裝箱、焊瓶鋼、超低碳鋼等鋼種。 圖2 為優(yōu)化后出鋼溫度趨勢，截止2020 年6 月份，平均出鋼溫度降至1 209 ℃，比優(yōu)化前低26 ℃，實現(xiàn)了低溫軋制。

圖2 優(yōu)化后出鋼溫度趨勢Fig. 2 Discharge Temperature Tendency after Optimization

2.2 優(yōu)化加熱制度及自動燃燒控制功能

（1）優(yōu)化加熱制度

合理的板坯加熱制度不僅會提高板坯加熱質(zhì)量，優(yōu)化晶體顯微組織結(jié)構(gòu)，提升鋼卷綜合力學性能，還會降低煤氣消耗，降低生產(chǎn)制造成本。 由于燃燒控制的復雜性，根據(jù)加熱爐操作及工藝運行的現(xiàn)狀，采取分階段實現(xiàn)燃燒控制。針對部分鋼種（SPHC、 Q235B 等）厚規(guī)格升溫曲線存在不理想的情況，通過對加熱爐燒鋼過程進行系統(tǒng)研究，逐步優(yōu)化加熱工藝制度。表4 為優(yōu)化后的加熱制度，優(yōu)化后降低了加熱段溫度，提高了均熱段溫度，煤氣消耗得到降低。

表4 優(yōu)化后的加熱制度Table 4 Heating System after Optimization ℃

（2）優(yōu)化自動燃燒控制系統(tǒng)

加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)（ACC）的工作原理是通過過程計算機對加熱爐各控制段的爐溫或流量進行設(shè)定，直接控制計算機（DDC）執(zhí)行燃燒控制，最終達到各品種出鋼目標溫度[1]。 ACC 系統(tǒng)溫度模型設(shè)定、DDC 系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)能力將直接影響板坯加熱升溫過程和出爐溫度控制精度。

通過對二級燃燒系統(tǒng)模型、 一級自動化控制過程的研究，發(fā)現(xiàn)ACC 溫度模型控制條件下存在DDC 程序執(zhí)行的跟隨性、 收斂性滯后。 因此，對ACC 模型參數(shù)及DDC 燃燒控制參數(shù)進行了不斷優(yōu)化，在鋼種裝鋼溫度和成品厚度與優(yōu)化前一致情況下，上述現(xiàn)象得到較大改善，板坯爐內(nèi)升溫過程更趨合理。 目前，1580 熱軋線三座步進式加熱爐全自動燒鋼品種投入率達80%以上,基本實現(xiàn)板坯加熱過程全自動控制。 圖3 為優(yōu)化后板坯升溫曲線。

圖3 優(yōu)化后板坯升溫曲線Fig. 3 Temperature Rising Curves for Slab after Optimization

優(yōu)化后的板坯升溫曲線平滑，無異常降溫階段，升溫速度滿足軋線軋制節(jié)奏要求。

2.3 優(yōu)化板坯入爐溫度檢測功能

針對入爐板坯溫度計檢測量程不同，出現(xiàn)板坯溫度超出檢測量程范圍的問題，調(diào)整溫度計原始設(shè)計一工一備的投入狀態(tài)，采取兩臺溫度計同時投入板坯溫度檢量的方式，在PLC 后臺程序中增加邏輯判斷功能，根據(jù)現(xiàn)場工況選擇合適量程的溫度計進行板坯入爐溫度檢量，將檢測正確的溫度信息傳入OPS 畫面和二級溫度計算模型中。 板坯溫度檢測邏輯圖見圖4，擴大了板坯入爐溫度檢測范圍，優(yōu)化了板坯加熱過程。 準確測量、傳輸板坯入爐溫度提高了爐內(nèi)板坯溫度計算精度，防止了溫度檢測錯誤（如高溫板坯誤檢測成為低溫板坯）造成的升溫過程中煤氣過度消耗現(xiàn)象。

圖4 板坯溫度檢測邏輯圖Fig. 4 Logic Diagram for Slab Temperature Detecting

2.4 優(yōu)化爐體耐材維護技術(shù)

建立加熱爐爐體溫度測量、記錄表，使用測溫槍按固定檢測周期（每周一次）對不同部位爐體溫度進行測量、記錄，繪制各部位爐體溫度趨勢圖，跟蹤爐體耐材保溫性能變化趨勢。 按照停爐檢修計劃，針對重點部位安排耐材更換、維修；加強耐材施工過程質(zhì)量管理，杜絕因施工質(zhì)量不合格造成的耐材脫落缺陷。 通過加強耐材維護提高爐體保溫能力，減少了爐體散熱損失。優(yōu)化后檢測加熱爐爐體溫度曲線見圖5。

圖5 優(yōu)化后檢測加熱爐爐體溫度曲線Fig. 5 Temperature Curves for Heating Furnace Body after Optimization

由圖5 可以看出，采取上述優(yōu)化措施后，三座加熱爐爐體溫度均低于130 ℃，滿足了加熱爐高溫段爐體外表面理論設(shè)計溫度低于150 ℃的要求。

3 取得的效果

統(tǒng)計優(yōu)化前后加熱爐煤氣單耗對比見表5。由表5 看出，平均煤氣單耗由1.495 GJ/t 降至1.340 GJ/t，同比降低了約10.4%。

表5 優(yōu)化前后加熱爐煤氣單耗對比Table 5 Comparison of Gas Consumption per Unit for Heating Furnace before and after Optimization GJ/t

4 結(jié)論

（1）針對鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司1580 熱軋線加熱爐煤氣單耗高的問題，分析了影響煤氣單耗的因素，認為是板坯出鋼溫度高、部分鋼種加熱制度不合理、 板坯入爐溫度檢測區(qū)間狹窄及加熱爐爐體外表面散熱大導致。

（2）優(yōu)化了板坯出鋼溫度，實現(xiàn)了低溫軋制；優(yōu)化了板坯加熱工藝、 加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)（ACC）模型參數(shù)及數(shù)字直接控制計算機（DDC）燃燒參數(shù)的控制，實現(xiàn)了板坯平穩(wěn)加熱的全自動控制；擴大板坯入爐溫度檢測范圍，提高了爐內(nèi)板坯溫度計算精度；加強爐體耐材檢修、維護，杜絕因爐體溫度過高造成的熱量散失，提高了加熱爐熱效率。 加熱爐煤氣單耗平均值由原來的1.49 GJ/t降至1.34 GJ/t，同比降低了0.15 GJ/t。