热轧带钢加热炉节能降耗措施研究

张 斯

（河钢股份有限公司承德分公司、河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

我国国民经济的增长离不开钢铁行业，是我国社会经济发展的主要动力之一，随着经济建设的需要，我国钢铁产量不断增加，钢铁生产的总产量已经占全球钢铁总产量的很大部分。我们生产钢铁时，需要能源作为生产基础，生产的钢铁产量越高，所需能源越多，不必要的能源损耗，会增加钢铁生产的成本，导致钢铁行业在社会中的竞争力下降。其中热轧带钢加热炉是钢铁生产的主要设备，也是能源消耗的主要场所，但现阶段研发的热轧带钢加热炉还存在一些问题，热轧带钢加热炉容易出现漏火漏气现象，能源不能全部被燃烧利用，加热挡板容易堵塞影响，加热炉热量传输性能较差。为了保证生产钢铁的经济效益，增强钢铁行业的竞争力，必须降低热轧带钢加热炉的能源损耗成本，所以研究热轧带钢加热炉节能降耗措施尤为重要。通过节能降耗措施能够提高热轧带钢加热炉的工作性能，能够有效控制整个加热炉中能源的燃烧过程，让能源能够产出最大热能，将热能有效传递给生产中的热轧带钢，热轧带钢加热率的能效研究还包括炉体保温盒余热回收能效。

1 热轧带钢加热炉发展现状

热轧带钢加工炉是钢铁生产中重要的加工设备，燃烧加热物料的主要场所，它的主要作用就是根据具体的制造钢铁要求，将钢铁材料加热到标准温度，有利于钢铁材料顺利进入下一步加工环节。加热炉将燃料中能量转化为热能，需要大量燃料作为支撑，成为钢铁行业的主要耗能设备，我国热轧带钢加热炉一般采用煤和天然气作为主要燃料，燃料在燃烧过程中会产生大量的二氧化碳和氮氧化合物，以及其他污染物，严重影响大气环境[1]。热轧带钢加热炉类型较多，可以按照加热炉的结构、用途和操作压力进行分类，不同类型加热炉的加热对象和加热目的不同。根据某地区钢铁行业的加热炉运行实际情况进行分析，某地区钢铁加热炉工作环境如下图1所示。

图1 加热炉加工场景

图1表示热轧带钢加热炉工作场景，容量规模为100万吨的热轧带钢加热炉每年燃料消耗量大约为8万吨，每年燃料费用为3.5亿元，每年烟气排放量为175万吨，容量规模为150万吨的热轧带钢加热炉每年燃料消耗量为13.5万吨，每年燃料费用为5.4亿元，每年烟气排放量为180万吨[2]。根据上述某地区钢铁行业加热炉发展现状发现，加热炉燃料消耗量和烟气排放量较大，加热炉的热效能利用率不高。研究热轧带钢加热炉节能降耗措施尤为重要，解决加热炉热效率、环境污染和加热炉安全等问题，提高钢铁行业的经济效益。

2 热轧带钢加热炉存在的问题

2.1 加热炉漏火漏气严重

热轧带钢加热炉在使用过程中会出现磨损现象，加热炉投入使用时间较长，热轧带钢加热炉会出现漏火漏气现象，漏火漏气现象主要出现在加热炉蓄热室局部区域，漏火漏气会导致加热炉的内部温度受热不均匀，严重损坏加热炉护炉板和垫块，直接影响加热炉的工作效能，导致加热炉不能正常运行加工工作。加热炉垫块是加热炉的核心部件，是加热炉加工工作的重要组成部分，垫块材料一般选用钴基合金材料和镍铬合金材料，不同规模热轧带钢加热炉选用的垫块材料不同，加热炉垫块具有很强的耐磨性和抗高温性，一旦加热炉垫块受到损坏，很大程度上加热炉会出现报废情况[3]。造成加热炉漏气漏火的主要因素是由加热炉蓄热室的结构不稳定导致的，制造加热炉采用纤维板作为加热炉的保温材料，加热炉蓄热室中的纤维板和护炉板衔接效果不好，加热炉在加工过程中，内部结构会发生变化，两个板块衔接点的地方就容易出现漏火漏气现象。加热炉加工时，煤气进行换向运转，换向阀门被卡阻，或者密封不严也会出现漏火漏气现象[4]。蓄热室燃气换向过程图如下图2所示。

图2 燃气换向过程图

根据上图可知，蓄热室中的燃气会通过换向阀进行传输，燃料热能也会通过换向阀进入蓄热室，换向过程完成，关闭换向阀。换向阀和蓄热室是造成漏气漏火的主要场所。

2.2 加热炉烧嘴砖易损坏

热轧带钢加热炉在使用过程中，加热炉的挡板砖容易出现堵塞情况，挡板砖堵塞会严重损坏烧嘴砖。钢铁行业中的热轧带钢加热炉一般采用的煤炭作为主要的燃料，燃烧煤炭会产生大量的烟气、粉末和杂质，是堵塞加热炉挡板砖的主要物质。挡板砖由很多气孔构成，对加热炉内部温度起到一个调节作用，保证加热炉的温度控制在标准范围内，一旦气孔被堵塞，加热炉的挡板砖结构可能会产生一定的变化，严重时挡板砖会出现弯曲变形等情况，加热炉内部温度达不到标准要求，加工出来的产品质量会受到严重影响。燃料产生的烟气和粉尘具有一定的腐蚀作用，长期受到烟气和粉尘的污染，会降低烧嘴砖的强度，加热炉运行时间越长，烧嘴砖的受损程度越高，烧嘴砖的强度是影响加热炉加工质量和耗能的主要因素，加热炉加工工作时间越久，加热炉的燃烧质量会降低，燃烧耗能量增加，烧嘴砖主要是采用铁皮合金铸成，烟气会加快烧嘴砖的铁皮氧化量，维护成本较高。构成加热炉的零部件较多，每一个零部件的损坏都会影响加热炉的加工效能，比如换热器损坏、炉底结渣和炉内水管结垢都会影响加热炉的燃烧质量，缩短加热炉的使用周期。

3 热轧带钢加热炉节能降耗措施

3.1 优化加热炉内部结构

根据热轧带钢存在的问题提出相应的解决措施，加热炉内部结构是造成加热炉漏火漏气的主要原因，我们需要不断优化加热炉的内部结构，紧密衔接加热炉中每一个运行区域。对加热炉内部材料进行改变，采用耐火纤维和轻质耐火材料结合筑路，内部材料主要以轻质耐火材料为主，能够提高蓄热室的散热和蓄热功能，有效增加加热炉的热能利用率。轻质耐热材料的利用率能够达到86%，热量损失在16%左右，加热炉在加工过程中，加热炉内部材料会吸收很大部分的热量，轻质材料吸收的热量较低，保障了加热炉蓄热室中的热能。轻质材料还具有隔热和保温功能，减少加热炉中的热量流失。加热炉装炉技术会对加热炉内部结构构成一定程度的影响，传统的装炉技术采用浇灌和预制构件等方法进行筑路，加热炉内部的严密性不高，降低了加热炉的使用寿命，维修灵活性较差[5]。现阶段的铸造技术不断提高，筑炉技术得到很大提升，加热炉内部结构紧密性较好，缝隙缝合质量高，使用多功能炉衬加热炉，以黑体强化辐射技术为主，有利于增强气密性。

3.2 调整烧嘴砖角度

加热炉烧嘴砖分为均热段端烧嘴砖，加热段上部侧烧嘴砖，加热段中部侧烧嘴砖和加热段下部侧烧嘴砖，每一个区域的烧嘴砖个数也不相同，我们需要根据加热炉加工工作的实际情况进行布局，调整每一个烧嘴砖的位置和角度，减少烧嘴砖的损坏程度。由于每一个加热炉内部区域温度和压力不同，区域中烧嘴砖角度需要按照加热炉内部压力进行调整，压力值大的区域增加烧嘴砖数量，倾斜角增加，压力值较小的区域减少烧嘴砖数量，倾斜角减小。烟气和粉尘是影响烧嘴砖的主要因素之一，我们可以减少烟气和粉尘对烧嘴砖的影响程度，采用烟气净化技术降低烟气的排放量，采用更加环保的燃料作为加工生产的主要燃料，减少粉尘的排放量。加热炉的运行时间越长，烧嘴砖的性能越差，我们按时更换烧嘴砖，定期维护烧嘴砖。烧嘴砖会吸收一部分蓄热室热量，我们可以采用热气回收技术，回收烧嘴砖中的热量，通过改变水管支撑结构，有效制定烧嘴砖的合理位置。

3.3 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，从而实现耗能的减少。

3.4 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。

4 结语

本文研究热轧带钢加热炉节能降耗措施，研究措施运用到实际加热炉运行中，加热炉在节能降耗方面取得了良好的效果，减少了钢铁行业的制造成本。根据热轧带钢加热炉发展现状，发现加热炉在工作时存在一些问题，根据具体问题给出相应的解决措施。本文对热轧带钢加热炉存在的问题分析不全面，加热炉节能降耗还有很大潜力，希望在下一次研究中优化加热炉节能降耗措施，扩大钢铁行业的经济效益。