中厚板生产中加热炉的节能技术研究

黄 伟

（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京 210035）

加热炉设备是中厚钢板热轧生产流程中必需的生产设备之一，在热轧生产过程中发挥着关键性的作用，加热炉设备的加热效果对热轧产品的质量问题和成材率问题有着重要的影响。在实际钢板生产流程中，加热炉设备对钢坯进行加热需要耗用较多的能量，加热炉常用的能源是煤气，煤气能源的消耗在中厚板热轧生产成本中占有重要的比重。因此，对加热炉设备的能源消耗和单耗进行合理的降低，提升加热炉设备的加热工作效率，是减少生产成本投入，提升企业运营经济效益和生产力的重要途径。我钢铁厂采用的是蓄热式分散控制热式加热技术，以及步进式汽化冷却连续加热技术，能良好的改善钢坯表面脱碳工序的效果，提升了加热效果，确保了产品的生产质量。近几年来，我钢铁厂应用先进的生产技术工艺和科学的生产管理，对加热炉设备进行了科学的改进，使加热炉设备的能源消耗得以较大程度的降低。

1 现状分析

采用蓄热燃烧步进梁式板坯连续加热炉，是根据订单计划控制钢坯的加热方式及其加热质量，进入加热炉的钢坯类型及其厚度是会不断发生变化的，因此钢坯的加热结果常会出现加热不均匀、加热过度、加热不够等问题，对钢坯的加热效果有着重要的影响。

（1）加热炉加热方式。钢坯在加热炉中的加热过程可分为三个步骤：①预热段。钢坯在此阶段置于加热炉设备的尾部，钢坯获得的加热能源主要是燃料产生的余热。②加热段。钢坯在此阶段置于加热炉设备的中部，加热炉快速加热钢坯，使钢坯加热到目标温度，这时候的钢坯的内部温度仍不够高，达不到钢坯轧制要求，仍需要持续加热钢坯，使钢坯内部温度满足轧制温度。③均热段。此阶段的目的是为了升高钢坯内部温度，均匀钢坯的温度，并使钢坯保持在要求的温度范围内，钢坯经过均热阶段的加热处理后，钢坯的表面温度和内部温度都满足了相应的温度要求，满足预定的轧制温度后，才可以继续下一道生产工序。

（2）加热质量控制。①合理控制钢坯加热时间及加热温度。控制钢坯加热温度的依据主要是Fe-C相图和钢坯自身的化学构成，不但要保证钢坯达到轧制温度，而且要保证钢坯的相变情况满足最佳状态，一般情况下加热温度控制：预热阶段控制温度在900℃，初加热阶段控制温度在1100℃至1200℃，二次加热阶段控制温度在1200℃至1280℃，均热阶段控制温度在1200℃至1260℃。要根据钢坯原料的厚度控制合理的加热时间，一般情况下是在1.0 min/mm至1.1 min/mm之间。钢坯轧制初始温度需要高于1050摄氏度。②合理调整空燃比。在加热炉内空气与煤气燃料在燃烧之前的混合比例即为空燃比。空燃比对钢坯的加热质量问题和煤气燃料的消耗量有着决定性的影响。空燃比若是太高，加热炉内混合气中氧气比例较大，尽管会使煤气燃料的燃烧更加充分，但多余的氧气会对钢坯发生氧化作用，会使钢坯生成厚度较大的氧化铁皮，从而降低钢坯的表面质量，降低钢板的成材率；空燃比太小，虽然能提高钢板的成材率，但也有弊端，煤气燃料的燃烧不够充分，导致煤气消耗过多，提高了燃料成本，而且不完全燃烧的煤气会污染大气环境。空燃比的理想状态的理论值是2.5。当煤气热值有较大的波动时，应根据实际情况对空燃气进行合理的调整。依据我钢铁厂实际的生产情况，采用的空燃比值在2.0至3.2之间，要防止钢坯遭受较为严重的氧化作用，保证钢坯达到加热质量要求，调节空燃比使煤气尽可能的充分燃烧，从而降低能源损耗。

2 采用的主要节能技术

加热炉设备的产量巨大，其消耗的能量也是巨大的，有着极大的改进能源节约的潜力，是所有钢铁生产企业都非常重视的问题。我国钢铁行业已经历了多年的发展和改进，许多大型加热炉设备正需要进行改造，而能源节约设计正是加热炉设备的重点改造任务。对于这些需要进行改造的加热炉设备，不能只是应用传统的技术，应当应用与融入先进的技术成果，以下对加热炉设备的技术设计方面、运行管理方面等进行节能改造的分析探讨。

（1）正确地组织燃料燃烧。对加热炉内燃料的燃烧进行正确的组织，确保燃料能进行充分的燃烧。燃料进入加热炉内后如果可以立即进行充分的燃烧，能较快的提高加热炉温度，提高加热炉的生产效率，减少加热炉的燃料单耗，不但能增加生产量，而且能起到节约能源的作用。从生产操作方面分析，正确组织燃料的燃烧，不但要掌握燃料的性能，还要控制好风的温度和压力，把握好烧嘴的使用操作及其调节控制，在控制好这些因素的基础上，燃料与空气的混合比例是决定燃料能否燃烧充分、能源节约问题的关键因素。

（2）合理控制热负荷。在对钢坯进行加热时，要依据加热炉内生产情况的变化对热负荷进行合理的调节，使加热炉调控在最好的单耗水平，有利于钢坯加热效果、加热炉使用寿命及其能源消耗情况。在低产量或非正常生产时，要注意控制好加热炉各阶段的燃料分配。在产量较大时，加热炉要遵循预热阶段、加热阶段、均热阶段的操作；当加热炉产量减少时，可相应减少加热阶段的热量供应。

（3）合理制定加热升温曲线和控制出钢温。依据钢坯的轧制节奏合理控制加热炉的温度，每个钢坯都有较为确切的轧制节奏。坯料进入加热炉后即能确定坯料在加热炉各阶段应当停留的时间。对于厚度较小、难轧制的坯料，轧制坯料所需时间不短，为确保坯料的加热效果，常应用低温控制和低流量控制，空气燃料混合比例应当以加热阶段和均热阶段为主。对于厚度较大、容易轧制的坯料，轧制坯料所需时间不长，加热能力稍显不够，需要加热一段时间。

（4）合理控制、调节加热炉温度。对加热炉的温度要进行合理的把控，在生产操作发生变化时要对加热炉温度进行及时的调节。制定加热炉设备的炉温制度要依据钢坯的性能参数及其材料性质，制定预热阶段、加热阶段、均热阶段的温度要依据钢的加热特性来确定，坯料的加热时间要依据坯料的规格、加热炉内的温度分布等情况进行确定。对于碳含量不高、加热性能良好的钢材类型，加热温度要求较高。钢的碳含量升高，钢对温度也会更加敏感，钢所需要的加热温度也会降低。加热炉内温度过高，加热炉的燃料供给过量了，加热炉设备的热量损失也会增多，而且废气的温度也升高，热量损失增多，加热炉的热效率因此降低，单位热量消耗升高，加热炉温度过高也会影响其使用寿命。加热炉温度过高会影响钢的生产质量，如钢会出现损坏问题、加热过度问题、脱碳问题等。

（5）加热炉压力控制。加热炉压力的控制对加热炉的加热效果有重要影响，加热炉压力的大小及压力分布直接影响着加热炉内火焰的形状与分布、温度大小的分布以及加热炉内气氛，加热炉压力影响着加热钢坯的速度、钢坯的加热质量问题以及燃料的燃烧情况等。当加热炉处于负压状态时，设备会通过空洞从外界吸入冷空气，这些冷空气会造成烟气量的增多，影响加热炉内对钢坯的传热效果，降低了钢坯的温度和加热炉的温度，使钢坯的加热时间增长，导致燃料的损耗增加。当加热炉处于正压状态时，高温气体会溢出炉外，加热炉周边温度会因此升高，破坏劳动环境，工人的操作难度增大，而且温度过高影响加热炉的使用寿命，增大燃料的损耗，甚至带来不安全问题。加热炉内的压力需要控制在合理范围内，才能确保钢坯的加热质量问题、减少钢坯的烧损问题，以及降低燃料的损耗。

（6）升高预热空气温度，减少热风的散发排放。生产过程中要严格根据规范进行操作，避免燃气没有充分燃烧后进入烟道中，并在换热器位置燃烧，如此会对换热器造成损伤影响其使用年限，一般金属换热器的使用年限是在三年至五年之间。要烟道进行定期的检修，烟道里的附着物不但对换热器的正常使用有影响，而且会降低换热器设备的使用年限。3 结语

在长时间的钢材生产实践中，积累了大量的生产经验，并进行不断的技术研究与探索，在保证钢坯满足加热质量规定的基础上，合理应用先进的降低能耗技术，改善了钢坯表面烧损问题和氧化问题。加热炉设备的能源节约设计是较为系统的工程，涉及多方面的工作和问题，需要解决较多的技术问题，我们应当在现有基础上，综合分析各方面因素，科学改进生产工艺，进行不断深入的研究与创新，才能更科学的改进加热炉的节能技术。