扁钢步进底式加热炉的节能措施论述

朱梅 马欣

摘 要

东北特钢扁钢生产线的步进底式加热炉，是用来轧制合金钢扁坯的加热设备，钢坯种类多，对温度的控制，节能等指标要求较高。本文通过对工况和技术参数分析，论述了在设计过程中采用的相关节能措施及其使用效果。

关键词

扁钢;步进底式加热炉;节能措施

中图分类号： TG307              文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.037

Abstract

The stepping bottom heating furnace of Northeast Special flat steel production line is a heating equipment for rolling flat alloy steel.The steels are of various types and have high requirements for temperature control， energy saving and other indicators.Based on the analysis of working conditions and technical parameters，the paper discusses the relevant energy-saving measures adopted in the design process and their application effects.

Key Words

Flat steel;The stepping bottom heating furnace;Energy-saving measure

0 前言

扁鋼步进底式加热炉是东北特钢集团扁钢生产线中的重要配套设备。扁钢生产线是一条由炼钢、连铸、加热和轧钢组成的短流程生产线。生产线年成品扁钢产量规模10万吨，年用坯料13万吨。主要产品规格：宽100～850mm、厚5～300mm、长4000～8000mm。

1 炉况概述

扁钢步进底式加热炉是一座用于合金钢扁坯（含连铸坯、轧制坯和锻坯）轧前加热的、空气单预热的蓄热式步进底加热炉。炉型结构分为预热段、加热段和均热段，均热段与加热段之间设有无水冷隔墙。加热炉燃料采用热值为1400×4.18 kJ/N·m3的冷发生炉煤气。装料方式是端进料，装钢机装料，单排布料。入炉钢坯有冷料和热料，热装比例：50%。冷料坯为环境温度;热料坯表面温度≥600℃;步进炉的活动底梁及固定底梁均采用强制循环水冷却。炉子设置两种排烟方式：{1}强制排烟：60%～65%的烟气量在引风机的抽力作用下，通过燃烧装置的蓄热室排出。{2}自然排烟：35%～40%的烟气量在烟筒的抽力作用下，通过设置在炉子进料端的排烟口排出。

2 节能措施

2.1 加热制度的合理设计

钢坯的装炉温度、加热速度、均热（保温）时间、出炉温度取决于钢坯种类、形状规格和工艺要求。该加热炉加热的钢坯绝大多数属于合金钢和高合金钢，还有少量高温合金。

料坯中连铸坯（占41.6%）、轧制坯和锻坯（占58.4%）。钢种主要有：

碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢、高速钢、以及高温合金钢。根据需加热钢种的组分及金属学性能把加热工艺分为四大类：

（1）对装炉温度和升温速度没有严格限制，例如：优质碳素结构钢，低合金结构钢。

（2）对装炉温度和低温（低于600℃）升温速度有严格限制，绝大多数中合金钢和高合金钢属于此类。

（3）对装炉温度和低温（低于600℃）升温速度有严格限制，还要求高温下应有很长的保温时间，例如：轴承钢就属于此类。

（4）对装炉温度和低温（低于600℃）升温速度有严格限制，还要求在钢坯断面温差符合要求的同时，高温下停留时间尽量短，以便降低脱碳层深度，例如：弹簧钢。

以牌号为Cr12MoV的高合金工具为例，其金相组织为马氏体，合金成分含量较高，低温（600℃以下）导热率很低，料坯较厚，加热时需要的透热深度较大，要求出炉前钢坯断面温差较小（20℃）。依据这些特点，采取如下加热制度和炉温制度：

——钢坯装炉温度：环境温度;

——装炉炉温：控制在600～700℃;

——加热速度：低温（600℃以下）时严格控制升温速度;

——钢坯出炉断面温差：20℃（工艺要求）

——均热时间：1.5～2 h

——钢坯出炉温度：1150～1200℃

为了满足上述加热制度，制定的相应的炉温度制度如图1所示。

2.2 加热炉的数字化蓄热式燃烧系统

（1）数字化燃烧方式

数字化燃烧方式与传统燃烧方式根本区别是调节供热量的手段不同。

传统燃烧方式供热量的调节是通过改变燃料和空气阀门的开启度，进而改变燃料和空气的流量来实现的。火焰是连续的，火焰特性（如：尺寸、动量、温度等）随供热量大小而改变。

数字化燃烧方式，供热量的调节是通过改变燃烧时间来实现的。火焰不是连续的，是断续的，火焰特性（如：尺寸、动量、温度分布、空燃比等）不随供热量大小而改变。

数字化燃烧方式的主要特点是火焰始终保持稳定的、满足工艺要求的最佳特性，有利于钢坯长度方向的温度均性。且供热能力的调节比相当大，一般可达1：10以上，适用于需要大幅度调整供热量场合。

（2）蓄热式燃烧方式

现代蓄热式燃烧方式是，将小型蓄热室与燃烧器有机结合起来，形成蓄热式自身预热式烧嘴。依靠蓄热体的蓄热与放热，将排烟温度降低到150～180℃，可以将空气预热到1000℃以上。与传统的燃烧方式相比，具有更高的理论燃烧温度，可以使用像高炉煤气这样的低热值燃料，并且可以加快钢坯的加热速度，缩短加热时间。且具有更高的烟气余热回收率和燃料节约率，更低的温室气体排放率。

但是，常规蓄热式燃燒方式仍然是采用连续调节方式调整供热量的大小。

（3）数字化蓄热式燃烧方式

数字化蓄热式燃烧方式是，将蓄热式燃烧方式与数字化控制方式有机结合在一起形成的，集两者的优势于一身，所以兼备两者的特点。

理论上，数字化蓄热式燃烧系统的燃料节约率等同于常规蓄热式燃烧系统。但是，由于数字化蓄热式燃烧方式的调节比相当大，远远超过常规蓄热式燃烧方式，使得控制系统对热负荷的调节更加及时、准确、可靠，再加上最大限度地减少换向造成的煤气损失，所以，实际上的燃料节约率应该大于常规蓄热式燃烧系统。

2.3 钢坯氧化脱碳的控制

钢坯氧化降低钢材产量，其金属损耗的经济损失几乎相当于加热钢坯消耗的燃料费用。钢坯表面的氧化铁皮，轧制时一旦压入钢坯，将严重影响钢材质量。氧化铁皮在炉内脱落，不但侵蚀炉体，影响炉子寿命，而且在清除时增加了繁重的体力劳动，以及严重影响炉子作业率。

加热炉采取以下技术措施，尽量减少氧化烧损率和脱碳层深度，使金属烧损率<1.2%。

（1）数字化蓄热式燃烧单元的组成，上加热煤气在下空气在上，下加热煤气在上空气在下，尽量促使与钢坯表面接触的气体形成还原性或弱还原性气氛。

（2）自动化系统设置可靠的煤气、空气压力调节闭环回路，确保数字化蓄热式燃烧系统始终以最佳空燃比燃烧和供热。

（3）根据不同的产量、品种、规格，采用不同的供热制度、温度制度和加热制度，尽量减少钢坯在炉内高温区的停留时间。

（4）建立可靠的炉压控制系统，避免炉子（尤其是出料端）吸入冷风。

（5）停轧、待轧、保温期间，严格遵守降低热负荷的操作制度。

2.4 炉体绝热技术

合理设计进料炉门和出料炉门，侧墙除了少数检修炉门和除渣门外不再设置操作炉门，检修炉门和除渣门平时假砌，以及合理有效地控制炉压，尽量减少溢气和吸冷风造成的热损失。

炉顶、炉墙和炉底采用整体浇注的或砌筑的复合结构，出料门内衬轻质浇注料，装料门内衬陶瓷纤维，既考虑了使用状态下的温度与强度，又具有良好的绝热性能，最大限度降低炉体外表面温度和炉体散热损失。正常情况下，炉顶外表面温度不高于120℃，炉墙外表面温度不高于100℃。

3 小结

东北特钢的扁钢生产线上的这台加热炉运行状况良好，金属烧损率<1.2%;单位热耗低于3.8GJ/t;最大燃料消耗量≤4400N·m3/h。节能措施中采用的数字化蓄热式燃烧方式，是其关键技术，在大幅度节约燃料的同时，大幅度降低温室气体排放量。此外，通过合理组织燃烧过程，达到了抑制NOx生成，控制NOx排放量大大满足国家标准。

参考文献

[1]罗国民.蓄热式高温空气燃烧技术[M].北京：冶金工业出版社.