降低加热炉氧化烧损实践

刘 军

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

在轧钢工序中用到的主要耗能设备就是加热炉。在轧钢加热炉进行生产过程中，其目标就是要使轧制工艺要求得到满足，能最优化的控制炉膛气氛、加热时间和加热温度，将氧化烧损和能耗在最大程度上降低。加热炉是钢铁生产的最后一道工序（国内炼钢综合能耗约600kg 标煤/吨钢），具有较高的氧化烧损程度，从而就会造成了能源的大量浪费，还对轧钢的成材率有一定的影响，因此直接对企业的经济效益产生了严重的影响；此外，在炉底堆积的氧化铁皮如果不能及时清除，就会使生产率在一定程度上降低，还会将现场工人的劳动强度加强。

1 相关概述

在钢材锻压和轧制前进行钢坯加热是钢铁行业中不可或缺的一道重要工序，想要改善钢坯塑性的重要方法就是将钢坯的温度进行有效的提升。在炼钢过程中，从开坯到轧制成材需要反复的加热，这样会造成大量燃料的消耗，以及具有氧化性的加热介质会致使出现大量的氧化烧损钢。在氧化烧损当中，氧化性介质由于与铁发生反应而会有大量能量的消耗，由氧化烧损而形成的氧化皮也会在出炉时将大量显热带走，与此同时氧化皮还会对传熟产生阻碍作用，从而对加热的效率产生影响，这些问题都会给经济带来巨大的损失。在进行钢坯加热的过程中，被炉头负压温降所影响，并与收缩后的氧化铁皮相分离，就会掉进炉底的均热段并形成大量堆积，这种情况下，就要求操作工人要定时进行扒渣清除的工作，甚至于要停止加热炉的运行来扒渣，在一定程度上使劳动强度加强了，加热炉的作业率则降低了。另外，在进行轧制当中，如果高压水没能将钢锭表面的氧化铁皮清除干净，而压进了钢坯和钢材当中，就会对产品的表面与内部质量、尺寸精度以及力学性能质量产生最直接的影响，在一定程度上使成材率降低了。经过更进一步的对各种各样的钢在高温下所呈现的氧化特性和氧化机理的研究，证明是可以运用一定的技术措施将加热当中产生的氧化烧损降到最低程度的。从经济观点来看，将氧化烧损有效降低其实也是节能的表现。据统计，炉内的钢坯一般情况下有1.00%～2.5%的氧化烧损率，因此造成的经济损失与燃料费用相差无几。比如，按照一高线年投坯=75×0.987=74.025 万t，1.5%的烧损率来计算，则一年钢材的损失达到11103.75t，如果烧损率下降到1.0%，每年就能节约3701.25t 的钢材，如果按每吨钢坯2000 元计算，每年就有740.25万元被节省下来。

2 影响钢坯氧化烧损的因素

2.1 加热温度对钢坯氧化烧损的影响

在常温条件下钢坯开始逐渐进行氧化，这个过程是非常复杂的。氧化速度随着温度的增加而加快，一直到650℃，在这之前氧化铁皮的生成量都是很有限的，但是温度一旦超过760℃，氧化铁皮的生成量就可以进行测量，当温度高于800℃时，氧化烧损量就会呈现明显上升的趋势。然而钢坯的氧化烧损量会随着温度的持续上升而剧烈增加，假设氧化烧损量在800℃时是1，那么1000℃就会增加到4 倍量，1200℃时增加到10 倍量，1300℃时就会达到20 倍量。

2.2 炉内气氛对钢坯氧化烧损的影响

钢坯发生氧化烧损会随着炉内气氛的氧化性而增强，而炉内气氛又受到燃料成分、空燃比及炉膛内燃烧状况等因素的影响。在天津钢铁集团有效公司高线厂的加热炉内，燃料是一种由高炉煤气与转炉煤气的混合煤气。由于转炉煤气其含量比较低而且没有固定的配比，导致煤气热值会不断的发生变化，从而使加热炉的看火操作的难度在一定程度上增大了，而对于空燃比进行的调整要比煤气热值的变化相对落后，肯定就会对炉内燃烧情况、燃气利用率、氧化烧损造成一定的影响。

3 减少氧化烧损的措施

3.1 对炉压的控制

炉压的控制对于蓄热式加热炉来说起到了非常重要的作用，如果炉压过大，就会出现炉内的燃烧状况相对比较差，气氛也会不稳定，氧化烧损的程度比较高，还有可能会烧毁附属设备等各种问题，炉膛产生负压，冷风会进入到炉门及悬臂辊道转轴处，影响局部的气氛强氧化性以及钢坯局部温度，将氧化烧损程度增加。天钢高线厂加热炉炉压通常会低于50Pa，并且杜绝负压现象的产生。生产实践说明，在此炉压内蓄热式加热炉进行运行的过程中，炉内燃烧的状况相比较来说是最稳定的。而正常控制的炉压，是蓄热换向系统在进行正常工作的时候附带的效果，都是在烧嘴换向阀以及蓄热体正常工作的情况下进行的，所以及时检修并维护换向阀，同时对蓄热体进行及时的检查更换，为蓄热式加热炉的正常生产运行奠定了基础。

3.2 加热炉分段燃烧控制技术

对加热炉进行分段燃烧技术的应用，其中要在炉膛的各个控制端进行气氛测量探头的安装，对于各段氧气和一氧化碳的含量进行实时测量，并根据测量值对各段的空气配比进行及时调整，控制氧气和一氧化碳的含量在标准范围内，从而实现氧化烧损的降低、板坯表面质量的提升、耗能的减少。以下是具体的流程：将探头式过程气体分析系统安装在加热、均热、预热的燃烧段，进行实时监测、对于各段燃烧的气氛进行指导与调整，使得抑制氧化、优化燃烧、降低燃耗的目标得以实现。每座加热炉的测量点都是7 个。测量点布置的方法是：将一套o2和一套Co激光检测单元分别布置在均热、三加热段与二加热段，将一套Co 激光检测单元布置在一加末端，并结合现有的氧化锆探头使用。整个系统具有其一定的优点即技术针对性强、测试精度高、稳定性好、响应快、安装方便、维护成本低等。

3.3 加热炉燃烧优化过程

由于受到煤气热值波动、流量计量误差、阀门开度误差、气体泄漏、排烟速度等因素的影响，导致炉内燃烧状态出现偏离的情况。要想将燃烧提升到最佳状态，进行燃烧状态检测、动态寻优、优化调整是必不可少的，从而从根本上节约了煤气的使用。①在均热、三加、二加、温度调节当中，如果o2的检测过量，那么就要将空气流量减小，在下一段就会将每段多余的Co 消化掉；②在一加初始阶段，如果Co 的检测过量，就要将空气流量加大，o2的含量则根据预热段氧化锆的测量进行校核稳定；③将空气流量和燃料流量进行循环优化调节，从而使得空燃比有最合理的设置、炉内燃烧的燃烧区域处于最佳位置，有效提升热效率的利用。

3.4 改进停轧待温制度,减少加热时间

计划性待轧和非计划性待轧是待轧的两种分类。其中计划性待轧我们预先就知道了时间，就可以将加热段的炉温提前降低，等到待轧开始时再将均热段的炉温进行降低，待轧结束之后炉温就会恢复到正常值。而非计划性待轧事先我们都是不知道的，要根据往常积累的经验来处理比如轧线意外事故的发生,待轧时间的长短等，如果发生待轧，就要将各段炉温进行立即降低，待轧结束之后炉温会恢复到正常范围。在进行待轧的过程中，炉内的钢坯其平均温度就会持续上升，随着待轧时间的增加温度的增长幅度也会不断上升，因此钢坯在出炉时的平均温度会比正常生产时的出炉温度相对较高。所以，要想将燃料的消耗减少，氧化烧损的程度降低，就要在待轧时将各段热负荷根据待轧时间的长短而进行适当的降低。由于待轧期间钢坯、炉围和炉气存储了很多能量，一部分能量在待轧结束之后会慢慢的释放出来，会影响到钢坯的加热。因此，不想钢坯有过热的情况发生，而且钢坯在出炉之后温度会有一个相对平稳的状态，就要在待轧时将供入的燃料减少，在待轧结束后的一段时间之内，仍然可以将燃料的供入量进行适当的减少。一个好的待轧方案要能够满足：发生待轧情况时，燃料的消耗量能够及时合理的进行减少，将炉温以最快的速度降低到适当的水平，防止过热的情况出现；在待轧恢复时，要确保出炉之后的钢坯符合工艺要求，减少超温并能有效的避免待热。而且是定量的方案，可以进行自动执行方案，尽量在风格上与常规的决策保持一致的状态。

3.5 优化空燃比控制

进行优化之前，在正常操作的情况下将空燃比控制在4∶1。为了使氧化烧损降低，通过对实践进行分析，改善了各段的空燃比控制，在均热段、一加热段、二加热段将空燃比分别控制在3.5∶1、4∶1、4.5～5∶1，主要是为了进入到均热段的钢坯，表面有相对较高的温度，炉内的气氛要尽量保持还原性的气氛，使加热二段的空燃比得到一定的提高，煤在炉内的完全燃烧就能得到保证。与此同时，为了将空燃比的控制精度得到更深入的提升，将含氧量分析仪加入到烟道内，并控制烟气含氧量在0%～3%之间，使空燃比得到更准确的控制。

4 结语

综上所述，得出以下结论：通过对加热炉分段燃烧控制及红外炉内钢坯温度检测技术研究及现场实践，取得了预期的效果。通过该系统，可以对不同钢种加热及燃烧控制制度进行针对性的研究及优化控制，可有效提高产品质量，增加企业效益。