论连续退火炉节能减排降耗的控制措施

易新平

摘 要：文章分析了冷轧大型连续退火炉炉内气氛中压力、露点、氧含量等主要指标对公辅能耗和排放的影响，并针对退火炉设备制造、现场安装调试和生产运行3个不同阶段分别提出了降低公辅能耗和排放的措施。

关键词：退火炉；露点；氧含量；炉内压力；公辅能耗

1 概述

连续退火炉的关键性指标有炉内压力、露点、氧含量等参数，这些指标与冷轧退火带钢的品质、介质能耗排放是息息相关的。当今市场，对产品品质提出了越来越高要求，然而对于每一种设备，在其制造、安装、调试过程中已基本定型，就需要炉内有高品质的露点（小于-30℃ ）、氧含量（小于5×10-6）保证，故通过不停的注入保护气体来保证炉内压力、露点及氧含量的正常稳定，为了保证炉温，就需要增加燃气量，这些措施的执行就加大了能源的消耗和废气的排放。

设计年产能70万t的大型立式连续退火炉，一般设计要求氮气平均消耗约1.6×103Nm3/h，煤气平均消耗约1.5×104Nm3/h，根据热能公式可以得出带钢加热需要的热量3.6347×1014J，折合需要煤气用量为8.8×107Nm3（按热效率55%、煤气热值为7500KJ/Nm3计算）。

由于每座炉子单体设备在制造精度、现场安装精度、调试生产稳定结果不同，每个钢铁企业所提供的能耗介质不同，所以其实际的能源消耗一般比设计值高3%～20%，折中按新增氮气10%耗量（160Nm3/h）计算，温度加热到800℃（炉内温度）所需能量为0.2392×106KJ，折合消耗的混合煤气约为58Nm3/h，则每年多消耗煤气为4.06×106Nm3（以年作业时间7000h计算），排放烟气1.6×106Nm3、高温氮气1.6×106Nm3、氢气8.05×104Nm3、氮氧化物528kg、二氧化硫213.15kg。

2 炉内主要参数与公辅能耗关联

2.1 炉内压力

炉内压力是由分布于炉子各部分（主要是底部）大量保护气体（压力（0.1-0.3bar）注入和炉上各放散阀门的开度调节形成，在整个炉内形成一个正压系统。通过保证炉内为微正压（100-250pa）以达到防止外界气体进入炉内，保证炉内气氛稳定，从而保证产品质量和设备安全的目的。当炉内压力高时，可以通过调整炉上各放散阀门的开度来保证炉内压力正常，但是这增加热保护气体的流失，增加了煤气消耗；当炉内压力低时，可通过增加保护气体注入量来维持炉内压力正常，但这会降低炉温，增加煤气消耗。

2.2 氧含量

虽然炉内为正压，但气体流动极为复杂，无法保证炉内每一处都为正压，所以也就很难杜绝氧气的存在。炉壳焊接质量差、孔盖密封不良、风机抽风口阀门、风机氮气密封没有打开都将使炉内氧含量增多，通过保护气体中的还原性的氢气与氧气发生反应生成水，增加炉内露点；但冷却段由于存在低温负压区，氧气极易渗入，且由于温度低于500℃（氢气着火点），氢气和氧气反应无法进行，氧气只能与带钢反应，造成带钢氧化。

2.3 露点

露点是在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。露点高低受进入炉内的原料中所含氧化物、以及表面由于挤干和烘干不良導致的水残留影响。由于带钢原料有乳化液残留、中间存放时间过长，带钢表面产生氧化铁。碱液清洗主要是去除带钢表面的油污和悬浮铁粉，带钢表面氧化铁残留。带钢进入炉内时，其表面的氧化铁便与炉内保护气体中的氢气发生反应而生成水，增加炉内露点。

炉内露点升高，就需加大保护气体的排放，造成炉内压力降低，为保证炉内压力就必须增加保护气体注入量，带走热量降低炉温，为了保证带钢的退火性能，则炉内温度必须稳定，所以增加了辐射管的燃烧功率，增加了煤气的消耗。

2.4 保温

退火炉保温好坏主要由排出的高温气体及自身的散热所决定，炉壳散热只能通过确保安装时的保温质量来控制，良好的保温质量，可将炉壳温度控制在70℃以内，而安装工艺落后及安装质量较差的炉壳温度常常在90℃左右，局部处理不良可能达到150℃，这些热损失只能通过增加煤气燃烧来弥补，热损失的控制难度多在辐射管支架、炉辊盖、炉顶盖、炉底盖与炉壳的结合处。

年产能为70万t的退火炉的炉壳面积约9000m2，按退火炉炉壳面1%面积超设计温度30℃来计算增加的煤气消耗为14Nm3/h，折合年消耗煤气98000Nm3。

3 控制公辅能耗

3.1 炉内压力控制

炉压控制关键在于炉壳、风机循环管道的制造和焊接质量，孔盖的制造安装质量。在炉壳制造焊接中，采用气体保护连续焊接来提高焊接质量，完成炉壳焊接工作后必须对焊缝质量进行PT着色探伤和煤油渗透检测，在厂内进行预组装，合格后方可发到施工现场进行组装，所有炉壳组装焊接采用气体保护焊，并进行PT探伤；注意炉盖、辐射管安装法兰、炉辊安装法兰等部位容易发生焊接变形或安装变形的问题，确保其平面度在要求范围之内；所有与炉体相连接的阀门要注意检查，是否处于正常状态；炉盖、人孔是否处于紧密状态；入口密封辊和出口密封辊间隙调整，最大限度地防止炉内气体外泄。

炉内压力在1200Pa时对炉壳的密封处及焊缝处做肥皂水测试，确保无漏点。炉内压力从1000Pa自然降到100Pa的时间不少于30min（尤其是高氢气段要做正压和负压实验，合格后方可放行）。

3.2 氧含量控制

利用大、中修时间用对所有风机和循环管道做渗漏测试，确保无泄漏，并定期紧固各密封处的螺栓；定期更换风机、移动风箱、人孔、炉盖的密封；保证风机轴封密封氮的压力；对各风机的循环管道相关阀门进行检查，保证都处于关闭状态；检查炉辊顶丝孔处于封闭状态。

3.3 露点控制

露点控制关键还是把好源头关，要求来料表面就是干净清洁的状态，主要在于生产组织和工艺的控制，保证中间库干燥通风，合理安排生产计划，防止原料存放时间过长而产生氧化；同时酸轧的轧制要求表面残留的水分和乳化液要控制好，避免氧化生锈；连退机组相关人员定期检查、清理、更换清洗段挤干辊，确保干燥系统的高效运行，将带钢表面的水控制在最少。

3.4 保温控制

对于保温的控制保温材料的质量、保温材料的安装质量是两个关键因素。首先应确保保温材料材质、型号，材质的选择是根据所处各段的炉温决定的，退火炉不同区域炉温不同，其保温材料的密度也不同、所耐高温程度也不同，如果单单从外观上难以区分，所以在我们所有的耐材进入安装现场后要求详细的清单，并附质保书，同时通过监理进行专业机构的鉴定。其次，施工过程严格执行安装标准和要求，安装的先后顺序、安装的具体层数、安装的厚度、过渡处的处理原则、安装面的间隙、同时注意在辐射管法兰及支架处填塞同等厚度的保温棉，不留间隙，防止高温气体直接与炉壳接触。耐材安装好后，不锈钢内衬板的安装技巧也是非常的关键的，如果内衬板与耐材太紧，在加热的过程中会把内衬板、锚固钉变形，露棉，但是太松导致棉脱落，保温效果不良。

4 结束语

在本文的研究过程中发现，这些指标都是息息相关的，如同一件事情，前面的将会直接的影响的后续的发展，所以在进行连退炉的项目时，一定要把好设计、安装建设、调试、生产的各个环节，希望通过本文的介绍可以起到抛砖引玉的作用，让大家了解项目设计、制造、安装质量控制和生产过程控制在节能减排、降耗都具有重要的意义。