2 250熱軋加熱爐降低單位燃耗途徑分析與實踐

王 云

(河鋼集團邯鋼公司熱軋廠，河北 邯鄲 056015)

在軋鋼工序，加熱爐作為鋼坯軋制前加熱耗能設(shè)備，其單位燃耗一般占到軋鋼工序能耗的70 %左右[1]，降低加熱爐單位燃耗對于降低軋鋼工序生產(chǎn)成本具有重要意義。而某鋼2 250 mm熱軋廠加熱爐單位燃耗一直居高不下，與國內(nèi)同類型生產(chǎn)線加熱爐相比，其單位燃耗偏高較多。因此，對影響2 250 mm熱軋廠加熱爐單位燃耗的原因進行了較全面的分析，制定了相應(yīng)的措施并實踐，其單位燃耗有了較大程度下降，降低了熱軋工序單位生產(chǎn)成本，收到了良好的經(jīng)濟和社會效益。

1 加熱爐概況

2 250 mm熱連軋生產(chǎn)線于2008年建廠投產(chǎn)，設(shè)計年產(chǎn)量為480萬 t。配備了四座步進梁式加熱爐，采用空氣單預(yù)熱技術(shù)，使用燃料為高、焦、轉(zhuǎn)爐混合煤氣，其溫度為常溫，水梁采用汽化冷卻技術(shù)，其燃燒控制方式為脈沖式數(shù)字化燃燒方式。單爐冷裝產(chǎn)量為375 t/h，有效爐長54.85 m，爐子內(nèi)寬為12.1 m。沿爐長方向由熱回收段、預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段和均熱段組成，其中熱回收段長度為24 m。燃燒控制段均采用側(cè)向上下加熱，二加熱段和均熱段采用可調(diào)焰燒嘴。

2 影響加熱爐單位燃耗的原因分析

分析加熱爐燃料消耗的主要方法是熱平衡法。軋鋼加熱爐爐膛熱平衡簡化方程式為

Qs+Qk=Qx+Qft+Qst

(1)

式中：Qs為燃料的燃燒熱，kJ/m3；Qk為空氣帶入的物理熱，kJ/m3；Qx為鋼坯獲得的有效熱，kJ/m3；Qft為爐膛廢氣帶走的物理熱kJ/m3；Qst為爐膛各種散熱損失熱，kJ/m3。

Qx=Qcg-Qzg-Qf

(2)

式中：Qcg為鋼坯出爐時帶走的物理熱，kJ/m3；Qzg為鋼坯入爐時帶入的物理熱，kJ/m3；Qf為鋼坯氧化放出的熱量，kJ/m3。

根據(jù)式(1)、式(2)可以得知，影響加熱爐單位燃耗的幾個主要方面為Qk、Qcg、Qzg、Qft、Qst。因此，從以上幾個方面著手分析影響2 250熱軋加熱爐單位燃耗的具體原因。

2.1 鋼坯入爐溫度偏低

鋼坯整體入爐溫度偏低的主要原因就是熱裝熱送比例偏低，提高熱裝熱送率，可以大幅提高鋼坯入爐溫度，可以充分利用鋼坯自身顯熱，這樣可以大幅度降低加熱爐單位燃耗[2]。熱裝與冷裝相比，鋼坯提高100 ℃，加熱爐節(jié)約5%～6%燃料。500 ℃熱裝可減少燃耗30%，800 ℃熱裝可降低燃耗50%[3]。

鋼坯的入爐溫度與鋼坯從煉鋼連鑄機切斷時刻開始到鋼坯進入加熱爐時刻的間隔時間有直接的關(guān)系[4]。鋼坯傳擱時間越短，入爐溫度越高。經(jīng)過統(tǒng)計大量鋼坯的傳擱時間與鋼坯入爐溫度的關(guān)系，得出表1中對應(yīng)關(guān)系。

表1 鋼坯的傳擱時間與入爐溫度關(guān)系

統(tǒng)計熱軋廠2019年7月—2020年6月期間的不同傳擱時間段下的鋼坯入爐比例，傳擱時間≤6 h的比例僅為4.87 %，6 h

而同類型熱連軋加熱爐熱裝熱送率已高達80 %以上[5]，熱裝熱送率偏低必然會導(dǎo)致鋼坯整體入爐溫度偏低，從而造成加熱爐單位燃耗偏高。而造成熱裝熱送率偏低的原因，經(jīng)過分析主要有以下幾點。

2.1.1 外購坯生產(chǎn)影響

近幾年，受環(huán)保限產(chǎn)等原因，軋鋼上游工序滿足不了2 250 mm熱軋鋼坯原料。因此從外公司采購鋼坯原料，每月大約生產(chǎn)近3萬t外購鋼坯，使熱裝熱送率大約降低了5%。因外購鋼坯是通過火車長距離運輸?shù)綇S，其內(nèi)外溫度均為常溫，屬于完全冷料，加熱爐加熱時單位燃耗非常大，且需要的在爐時間還要增加，大幅增加了單位燃耗，外購坯單位單耗達到了160 m3/t。

2.1.2 生產(chǎn)組織方式的影響

改進前，對熱裝熱送計劃組織力度不夠，因煉鋼拉速較慢，1臺連鑄機切割板坯支撐DHCR計劃的執(zhí)行，其節(jié)奏滿足不了熱軋加熱爐裝鋼要求[6]。往往是將熱裝熱送計劃先下線入庫，待全部入庫后再組織上料入爐。熱裝熱送計劃傳擱時間較長，導(dǎo)致入爐溫度和熱裝熱送率都雙雙下降。另外在鋼坯庫存較高的情況下，板材室為了合同兌現(xiàn)率，一般都先編排庫內(nèi)鋼坯，從而導(dǎo)致熱裝熱送計劃不能生產(chǎn)，形成了“死循環(huán)”，降低了熱裝熱送率和入爐溫度。

2.2 鋼坯出爐溫度偏高

鋼坯加熱出爐溫度愈低，燃料愈節(jié)省[7]。但是不能一味地降低出爐溫度，在降低出爐溫度的同時，需要保證鋼坯出爐黑印溫差才可以保證低溫穩(wěn)定軋制。當(dāng)前，2 250 mm熱連軋廠生產(chǎn)低碳鋼系列產(chǎn)量占當(dāng)月總產(chǎn)量的40 %以上，且平均出爐溫度高達1 220 ℃，R2Dt平均溫度高達1 050 ℃。結(jié)合低碳鋼延伸率好、導(dǎo)熱率高的特性，低碳鋼較易加熱和軋制，因此通過降低低碳鋼爐內(nèi)熱焓增量，也就是降低出爐溫度，對于降低單位燃耗和提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量具有非常重要意義。

2.3 助燃空氣預(yù)熱溫度降低

理論燃燒溫度的計算公式為

tl=(Qd+Qk+Qr)/V0·cp

(3)

式中：tl為理論燃燒溫度， ℃；Qd為燃料的低發(fā)熱量，kJ/m3；Qk為空氣帶入的物理熱，kJ/m3；Qr為燃料帶入的物理熱，kJ/m3；V0為燃燒產(chǎn)物的體積，m3；cp為燃燒產(chǎn)物的比熱容，kJ/m3· ℃。

根據(jù)理論燃燒溫計算公式可知，在燃料低發(fā)熱量已定的條件下，助燃空氣預(yù)熱溫度高，向爐內(nèi)帶入的物理熱就愈多，能夠達到的理論燃燒溫度和愈高，從而熱效率也愈高[8]。2 250 mm四座加熱爐只采用空氣單預(yù)熱技術(shù)，設(shè)計投產(chǎn)時助燃空氣預(yù)熱溫度為550 ℃，目前因空氣預(yù)熱器經(jīng)十多年的運行，預(yù)熱器管束壁結(jié)垢較為嚴重，且在管束底部積攢了較厚灰塵，預(yù)熱器預(yù)熱效能下降，當(dāng)前預(yù)熱空氣僅有450 ℃，下降了近100 ℃，理論燃燒溫度因此降低了約50 ℃，降低了熱效率，隨之增加了燃料消耗量。

3 降低單位燃耗的主要措施與實踐

3.1 提高熱裝熱送率

3.1.1 優(yōu)化外購坯生產(chǎn)方式，降低外購坯單位燃耗

利用爐內(nèi)煙氣預(yù)熱鋼坯,提高爐子熱效率，盡量減少和充分利用爐膛廢氣,乃是加熱爐節(jié)能的關(guān)鍵[9]。想要降低外購坯單位燃耗，唯一辦法就是將外購坯在不使用燃料的前提下進行預(yù)熱。2 250 mm加熱爐有24 m長的熱回收節(jié)能段，可以充分利用廢煙氣來進行外購坯預(yù)熱。

利用每周計劃好的日修、定修期間，將外購坯裝到節(jié)能段，然后利用加熱爐保溫期間的廢煙氣將外購坯在熱回收段進行預(yù)熱。預(yù)熱后的鋼坯在進入供熱段時，可按熱裝工藝制度進行爐溫控制。

經(jīng)過試驗對比，將外購坯利用節(jié)能段預(yù)熱后，單位燃耗減少了約42.7 m3/t，見表2。每次可安排預(yù)熱外購坯約2 000 t，每周可安排三次，因此，可基本將每月3萬t的外購坯進行預(yù)熱生產(chǎn)，每月能夠減少約12.8萬m3混合煤氣。

表2 外購坯預(yù)熱試驗對比 m3/t

3.1.2 優(yōu)化熱裝熱送計劃生產(chǎn)組織，提高熱裝熱送率和入爐溫度

積極與制造部協(xié)調(diào)，不論鋼坯庫存高低，優(yōu)先執(zhí)行熱裝熱送率。同時，在鋼坯庫上料崗位上推行冷裝計劃“熔斷”機制。當(dāng)熱裝熱送計劃煉鋼生產(chǎn)出計劃總數(shù)的半數(shù)時，鋼坯庫上料崗位人員向當(dāng)班運行作業(yè)長上報并做好記錄，由運行作業(yè)長判斷計劃結(jié)構(gòu)來決定當(dāng)前冷裝計劃是否“熔斷”，然后執(zhí)行熱裝熱送計劃。通過此項措施的執(zhí)行與實踐，鋼坯傳擱時間在6 h以下的熱送率比改進前提高了328 %，鋼坯傳擱時間在22 h以下的總體熱裝熱送率提高到了82 %，提高了22.5 %。

3.2 降低低碳鋼出爐溫度，降低單位燃耗

低溫軋制技術(shù)是一項可提高熱軋帶鋼表面質(zhì)量，降低燒損和能耗的有效措施[10]。低溫軋制技術(shù)的實施首先需要降低鋼坯出爐溫度。適用于低溫軋制的鋼種較多，從低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼到調(diào)質(zhì)鋼等，但對于合金含量較高的鋼種，軋制變形抗力大，不適合用低溫軋制。

當(dāng)前2 250 mm熱軋廠每月生產(chǎn)低碳鋼比例達到30 %以上，推進降低以低碳鋼系列為主的出爐溫度，對于降低單位燃耗具有顯著潛力。充分利用低碳鋼傳導(dǎo)系數(shù)高的特性，優(yōu)化調(diào)整了低碳鋼加熱制度，加熱低碳鋼時關(guān)閉預(yù)熱段，一加段爐溫目標(biāo)溫度下調(diào)了50 ℃，二加段下調(diào)了30 ℃，均熱段下調(diào)了30 ℃。使低碳鋼平均出爐溫度下降到了1 200 ℃，下降了近20 ℃。優(yōu)化后的低碳鋼加熱制度見表3。

表3 優(yōu)化后低碳鋼加熱制度 ℃

3.3 利用爐修將空氣預(yù)熱器下機清洗，提高空氣預(yù)熱溫度

為了提高空氣預(yù)熱溫度，利用爐修將空氣預(yù)熱器進風(fēng)口和出風(fēng)口彎頭拆除，將空氣預(yù)熱器吊出地坑，然后先將預(yù)熱器管束底部的大量積灰清理。再將空氣預(yù)熱器放入到預(yù)先制作好的藥水池內(nèi)浸泡清洗，最后進行打壓側(cè)漏重新上機運行。通過此項措施，空氣預(yù)熱溫度由450 ℃提高到了500 ℃，提高了50 ℃。

4 效 果

通過以上主要措施的實踐，2 250 mm熱軋加熱爐的單位燃耗有了明顯降低，并使每月單位燃耗穩(wěn)定在了43 kgce/t左右，2019年7月—2020年6月份加熱爐單位燃耗為45.6 kgce/t，攻關(guān)后，2020年7月—2021年6月單位燃耗完成為43.4 kgce/t，比攻關(guān)前的單位燃耗減少了2.2 kgce/t，見表4。

表4 加熱爐單位燃耗攻關(guān)前后對比 kgce/t

5 結(jié) 論

通過對2 250 mm熱連軋加熱爐單位燃耗偏高的原因分析，制定并采取了有針對性的措施。通過實踐表明以上這些措施對降低加熱爐的燃耗具有很好效果，并已將相應(yīng)的措施固化到了加熱爐工藝制度中，對同類型熱連軋加熱爐節(jié)能降耗方面提供了借鑒。

(1)推進冷裝計劃“熔斷機制”，可優(yōu)先實現(xiàn)熱裝熱送計劃的執(zhí)行，有效提高了熱裝熱送率和鋼坯入爐溫度，提高鋼坯帶人爐內(nèi)顯熱，實現(xiàn)降低單位熱耗。

(2)推行了外購坯冷裝計劃優(yōu)先預(yù)熱的生產(chǎn)組織方式，利用軋線日修、定修等有計劃性的停車，將外購坯裝入爐內(nèi)利用熱回收段廢煙氣進行預(yù)熱來實現(xiàn)降低單位熱耗的目的。

(3)生產(chǎn)低碳鋼系列產(chǎn)品，推進低溫軋制技術(shù)，優(yōu)化下調(diào)加熱爐各段爐溫設(shè)定值，從而降低低碳鋼出爐溫度，實現(xiàn)節(jié)能。

(4)利用爐修，可將空氣預(yù)熱器下機進行清洗，然后重新上機運行，可提高助燃空氣溫度約50 ℃。