熱裝熱送技術(shù)的研究與應(yīng)用

張寧

摘要：連鑄坯熱送熱裝工藝是鋼鐵生產(chǎn)中節(jié)能降耗的重要措施之一，其應(yīng)用程度是衡量鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理水平的重要指標(biāo)。本文針對(duì)某公司軋鋼廠熱裝比偏低，鑄坯余熱浪費(fèi)嚴(yán)重以及鑄坯產(chǎn)生紅送裂紋等問題，以實(shí)際工藝為背景，在鋼、軋生產(chǎn)計(jì)劃管理等方面做了大量改造和優(yōu)化工作，鑄坯熱裝率由30%左右逐步提高至55%左右，每年在節(jié)約煤氣、提高產(chǎn)能和成材率等方面創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱裝熱送；軋鋼廠；節(jié)能減排

0 前言

近年以來，在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，能耗雙控和區(qū)域限電限產(chǎn)等政策接踵而來，能源問題已經(jīng)成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要的制約因素，如何節(jié)能降耗成為鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。連鑄坯熱送熱裝是鋼鐵企業(yè)節(jié)約能耗的有效手段［1-3］。板坯熱送熱裝工藝是把鑄機(jī)生產(chǎn)的高溫?zé)o缺陷鑄坯切割成定尺后，將高溫鑄坯送至軋鋼廠或加熱爐加熱后軋制的一種連續(xù)化生產(chǎn)工藝，具有降低鑄坯氧化燒損量、減少加熱爐燃耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用程度是衡量鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理水平的重要指標(biāo)，連鑄坯熱送熱裝工藝是鋼鐵生產(chǎn)中節(jié)能降耗的重要措施之一，據(jù)有關(guān)研究表明，鋼坯每提高100℃ ，燃耗降低0.1～0.2 GJ/t［4-5］。同時(shí)，熱送熱裝技術(shù)的應(yīng)用有利于推動(dòng)煉鋼-連鑄-軋鋼的一體化管理，使鋼鐵生產(chǎn)過程向連續(xù)化、低成本、高質(zhì)量、高效益方向發(fā)展。

本文針對(duì)該公司軋鋼廠熱裝比偏低，鑄坯余熱浪費(fèi)嚴(yán)重以及鑄坯產(chǎn)生紅送裂紋等問題，以實(shí)際工藝為背景，在鑄坯熱送熱裝配套設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施，鋼、軋生產(chǎn)計(jì)劃管理等方面做了大量改造和優(yōu)化工作，鑄坯熱裝率由30%左右逐步提高至55%左右，每年在節(jié)約煤氣、提高產(chǎn)能和成材率等方面創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原因分析

一是可紅送資源低，根據(jù)對(duì)標(biāo)先進(jìn)單位日照公司可紅送資源較寶鋼湛江低30%左右。二是煉鋼坯料不穩(wěn)定，煉鋼5號(hào)鑄機(jī)不穩(wěn)定，造成角裂，邊部裂紋，非穩(wěn)態(tài)，質(zhì)量不穩(wěn)定。毛刺機(jī)清理切割渣，胡子不干凈，造成鑄坯被迫下線清理。三是輥期不匹配，與中厚板廠當(dāng)前執(zhí)行的計(jì)劃匹配不合適，部分紅送軋制規(guī)格較寬，不適合直接裝爐，因厚板軋機(jī)輥期原因造成板型不好控制，不適合排產(chǎn)。四是MSE系統(tǒng)不同步，煉鋼系統(tǒng)與軋鋼系統(tǒng)板坯信息同步功能，各工序信息溝通不及時(shí)，物料跟蹤不明確。五是無有效保溫措施：對(duì)于某些臨時(shí)下線坯料，未采取有效保溫措施，造成坯料從熱料變成冷料。六是生產(chǎn)管理模式不完善：熱送熱裝現(xiàn)代化生產(chǎn)管理模式不合理，中厚板廠熱軋工序與煉鋼工序相對(duì)獨(dú)立，工序間的生產(chǎn)約束條件較多，準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)及高效率熱送熱裝生產(chǎn)方面管理不足。

2 相關(guān)措施及其效果

2.1 開展紅送鋼種拓展試驗(yàn)

由于熱送鋼坯入爐溫度較高，其晶粒、組織與冷裝鋼坯有一定差異，因此可能對(duì)性能造成不利影響，對(duì)熱裝熱送鋼坯及冷裝坯軋制后鋼板的性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，不同規(guī)格、鋼種的鋼板采用不同的入爐方式后，鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均無明顯差別。根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的需要，對(duì)現(xiàn)有鋼種進(jìn)行梳理，積極開展不同品種、不同規(guī)格鋼坯紅送拓展試驗(yàn)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，優(yōu)化熱送熱裝軋制、冷卻工藝，拓寬熱送品種規(guī)格，采取小批量試軋→工藝優(yōu)化→試軋→穩(wěn)定工藝→批量熱送熱裝的模式，將紅送資源由原來的60%增長到90%左右。

2.2 煉鋼-軋鋼一體化軋制計(jì)劃的編制

熱裝熱送工藝是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，它涉及多環(huán)節(jié)生產(chǎn)之間的協(xié)調(diào)，要以熱裝熱送生產(chǎn)計(jì)劃為基礎(chǔ)。熱裝熱送生產(chǎn)計(jì)劃的編制是實(shí)現(xiàn)熱裝熱送一體化管理中的核心，通過優(yōu)化完善MES系統(tǒng)中熱送熱裝計(jì)劃編制，實(shí)現(xiàn)煉鋼系統(tǒng)與軋鋼系統(tǒng)板坯信息同步功能。連鑄板坯產(chǎn)出后通過輥道進(jìn)入厚板側(cè)，物料系統(tǒng)采集板坯來料信息，對(duì)作業(yè)計(jì)劃命令中的虛擬板坯進(jìn)行替換。當(dāng)進(jìn)行實(shí)物替換時(shí)，物料跟蹤模塊觸發(fā)作業(yè)計(jì)劃模塊，將物料相關(guān)的作業(yè)命令、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制、化學(xué)成分、重量信息等PDI信息下發(fā)到加熱爐及軋線L2系統(tǒng)，控制其生產(chǎn)。

該廠積極推進(jìn)連鑄機(jī)200斷面更換300斷面，更換250 mm斷面，兩鑄機(jī)斷面加熱工藝逐步接近，300 mm斷面熱送和250 mm斷面涼料可實(shí)現(xiàn)同步組織、搭配生產(chǎn)，大幅降低斷面切換對(duì)生產(chǎn)組織的影響。斷面更換后，輥道直送量增加，待熱時(shí)間減少，由于集中裝300 mm斷面坯料造成200 mm熱送下線的比例由50%降低至20%，熱裝率提升10%以上。

2.3 熱坯的集批生產(chǎn)管理

過減少余坯提升熱裝效率。有效的合同管理及跟蹤。合同歸并，MES系統(tǒng)將訂貨量較小的合同，按歸并原則歸并成大合同即歸并合同來組織生產(chǎn)。通過優(yōu)化組批，減少余坯，提高產(chǎn)量。合同跟蹤，以合同為中心，以合同欠量為主線，實(shí)時(shí)接收并處理其它相關(guān)系統(tǒng)生產(chǎn)、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，對(duì)合同各工序路徑材料在庫量、封鎖量、計(jì)劃量、通過量、轉(zhuǎn)入量、轉(zhuǎn)出量等的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，動(dòng)態(tài)反映合同各工序欠量的變化，確定合同狀態(tài)，表征合同的生產(chǎn)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)合同全過程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤。便于生產(chǎn)組織單位及時(shí)有效地進(jìn)行煉鋼投料及軋鋼計(jì)劃編制，實(shí)現(xiàn)少余材產(chǎn)出，確保合同按時(shí)完成。同時(shí)，通過組板設(shè)計(jì)完成，組板設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了將訂貨成品小板組合為軋制大板，倒推算出進(jìn)加熱爐的定尺板坯尺寸和重量，同時(shí)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的命令信息指導(dǎo)生產(chǎn)。

2.4 優(yōu)化加熱工藝

蓄熱式加熱爐爐膛壓力不穩(wěn)定，對(duì)加熱爐運(yùn)行造成負(fù)面影響。輕則造成冒火、吸冷風(fēng)現(xiàn)象，爐內(nèi)氣氛較差。使用過程中由于密封不好或者爐體存在裂縫以及操作不當(dāng)可能造成煤氣的泄漏，危及人員安全。煤氣及空氣噴入爐膛后并不會(huì)立刻混合完全燃燒，爐膛內(nèi)存在大量游離態(tài)的氧氣，這部分氧氣在接觸到高溫鋼坯時(shí)，直接造成鋼坯的氧化，同時(shí)大量的氧混合在煙氣中，導(dǎo)致環(huán)保指標(biāo)折算高；無組織的燃燒過程致使加熱爐溫度場分布混亂，嚴(yán)重影響爐內(nèi)氣氛，能耗指標(biāo)波動(dòng)大，容易超標(biāo)；一部分會(huì)從煙道排出，造成換熱器超溫?fù)p壞，設(shè)備損耗大、能耗增高。

根據(jù)加熱爐平衡計(jì)算，制定正常生產(chǎn)條件下降耗攻關(guān)重點(diǎn)，建立加熱爐煤氣消耗關(guān)鍵績效參數(shù)管控模型，如圖2所示。根據(jù)煤氣熱值變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)整空燃比，預(yù)熱段、一加、二加段空燃比范圍控制在：0.55-0.65；均熱段空燃比范圍控制在0.58-0.68?？諝膺^剩系數(shù)預(yù)熱段、一加、二加段按照0.95-1控制，保證其弱還原性；均熱段空燃比范圍控制在：1.02-1.05。爐內(nèi)殘氧檢測數(shù)值按照＜3%控制。通過調(diào)整煤氣手閥開度強(qiáng)化下加熱，降低上加熱爐壓，降低不同燒嘴間煤氣入口壓差。

2.5 鋼坯熱裝節(jié)能效果評(píng)估

鋼坯熱量的計(jì)算公式

Q1=1000（cptp-cete）（1）

式中：Q1為鋼坯熱量，kJ/t；ce、cp為鋼坯環(huán)溫50℃～入爐溫度平均比熱容，單位為kJ/kg；te、tp為環(huán)溫及鋼坯入爐溫度，單位為℃。

當(dāng)鋼坯的含碳量為0.20%時(shí)、鋼坯環(huán)境溫度為20℃、鋼壞在環(huán)溫時(shí)比熱容為0.46 kJ/kg·℃，加熱爐熱效率按照45%計(jì)算，全爐熱裝時(shí)，鋼坯溫度從20℃升至為400℃時(shí)，根據(jù)表2，此時(shí)鋼的比熱容為0.51kJ/kg·℃，則鋼坯的吸熱量、工序能耗下降量、能動(dòng)成本下降分別為：

Q400=1000（cptp-cete）=1000*（0.51*400-0.46*20）=194800（kJ/t）

194800（kJ/t）/ 29307（kJ/kgce）=6.65（kgce/t）

工序能耗下降量=6.65/45%=14.77（kgce/t）

根據(jù)綜合能耗計(jì)算通則，低發(fā)熱量等于29307千焦的燃料，稱為1千克標(biāo)準(zhǔn)煤（1kgce）。同理鋼坯溫度從環(huán)境溫度升至為300、500、600℃時(shí)，鋼坯的吸熱量、工序能耗下降量、能動(dòng)成本下降影響見表3。

根據(jù)該廠2022年噸鋼能耗及高爐煤氣成本，高爐煤氣單價(jià)按30元/GJ，相對(duì)應(yīng)熱裝帶來的能耗節(jié)余量見表4。

3 結(jié)論

鑄坯熱送熱裝工藝的優(yōu)化，不僅有效降低了能耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果，更進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高了鋼廠的整體制造水平。通過實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)，熱裝率穩(wěn)定至55%以上，超過設(shè)計(jì)指標(biāo)40%，降低能耗約0.18 GJ/t，有效降低了軋鋼廠煤氣消耗。同時(shí)，板坯直接裝爐減少了鋼坯因溫度過高引起的二次氧化，有效縮短鋼坯在爐加熱時(shí)間，表面氧化燒損量相對(duì)減少。

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