初轧均热炉节能分析

王兆云

（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京 210035）

均热炉是在初轧前把钢锭加热或保温一定时间，使得钢锭内部温度均匀而适用于金属塑性加工用的坑式炉，属于非连续生产炉。

均热炉生产特点是周期性工作，其温度制度和供热制度随时间变化。均热炉的炉温较均匀，加热质量也较好，在加热一些特殊钢种时具有明显的优势，在强调节能减排的今天仍有部分钢种生产依赖于均热炉。

受均热炉生产周期、产量、炉子本身结构以及操作制度的影响，均热炉的燃料消耗较高，吨钢单耗的2.5GJ/t以上。因此，降低均热炉吨钢单耗是节能工作的重点。

1 均热炉概况及存在问题

某初轧厂现有12个均热坑，以热值为1400kcal/m3高焦混合煤气为燃料。均热炉生产区每个月的计划生产量为11000t～15000t，主要作为新建加热炉产能的补充，保证轧线满负荷运作。随着产品结构的不断调整，高附加值产品的产量增加，使得钢锭的加热时间延长，加热质量要求不断提升，均热炉的加热能力、煤气消耗已经成为制约初轧生产线发展的瓶颈。

通过一段时间对均热炉群的生产情况进行了比较系统的跟踪调查，获取了一些生产数据，并对此进行了分析，发现主要存在如下一些问题。

1.1 燃烧不充分

对均热炉烟道预热器、炉盖孔、侧墙处进行烟气成分测量，结果发现。

（1）预热器处CO含量基本超标，大部分超过烟气分析仪的测量上限10000ppm，其余的也在几千ppm左右，而O2含量则较低。

（2）部分炉盖孔处CO含量控制在50ppm以下，另一些也在几千ppm，有些部位烟气中无O2，另一些部位O2含量则在5%以上。

（3）侧墙部位烟气成分不均匀，不同位置的CO和O2含量各不相同，CO从几个到几千个ppm不等，O2含量从0到7%以上。

测试结果说明均热炉坑内部气氛分布不均匀，有大量煤气未完全燃烧即进入烟道中。

燃烧不充分的原因主要有两种：空气量不足造成的化学不完全燃烧或者空煤气混合不均造成的机械不完全燃烧。为了得知是哪种不完全燃烧，在同一工况下保持空气流量不变、减少煤气流量，发现炉内温度反而下降，说明均热炉不完全燃烧是由空煤气混合不均造成的。

均热炉的供热方式决定了炉膛燃烧不会均匀。采用底部单烧嘴供热，为了保证加热均匀，火焰长度必须足够到达炉顶，使高温烟气在炉膛内部形成回旋气流，与钢锭各面都接触均匀。为此，采用扩散燃烧方式加热，煤气从中间管道喷出，空气从两侧沿煤气管道径向煤气流向喷出，在烧嘴出口处与煤气混合，开始燃烧。受限于混合区域空间较小，混合时间不足，大量煤气未经燃烧即被喷入炉膛内部。烟道在炉墙四侧抽走烟气，使得部分煤气来不及燃烧即被抽入烟道中，在烟道中烧掉。剩余煤气沿火焰长度上升，继续与空气混合燃烧。根据混合时间的不同，煤气在炉膛内部不同位置燃烧，因此炉内不同位置的CO含量都不相同。估算每个坑均存在着约3～5%的不完全燃烧现象。

1.2 烟道陶土换热器漏风严重

均热炉采用八角管砖陶土换热器，将空气预热至350℃以上进入炉内燃烧。

在跟踪生产中发现，操作画面中显示的空燃比超过了4.5，而按照煤气热值1400kcal/m3计算，空燃比不会超过1.45。但烟气分析结果又显示O2基本已经烧完，CO过量，说明空气并不过量。

分析原因，可能有两种结论：空煤气流量显示错误或者陶土换热器漏风，大量空气未进入炉膛燃烧。空煤气流量计有专门的仪控人员定期检查维护，故障的可能性较小，可以认为主要是陶土换热器漏风。从经验来看，陶土换热器的漏风率约为20%～60%[1]，个别炉坑的漏风率超过了70%。若以此推算，除去漏风风量，空煤气配比比较符合正常。

换热器漏风高，将带来下列问题[2]。

（1）空气漏入烟道，降低烟气温度，从而降低了预热空气温度，减少烟气余热回收。

（2）空气预热温度的降低影响煤气的理论燃烧温度，增加煤气消耗。

（3）热负荷受到限制，炉温加不上去，加热缓慢，延长钢锭加热周期，不仅增加煤气消耗，也增加了钢锭的氧化烧损率。

（4）鼓风机长期处于满负荷工作状态才能保证空气量的供应，降低了鼓风机的寿命；大量直接进入烟道的空气白白消耗电能。

（5）烟气中混入空气，与被抽入烟道中的煤气混合燃烧，加重换热器损坏。

1.3 生产调度计划不紧凑

由于初轧厂轧制钢种多，计划编排有难度，经常会出现钢锭在炉内保温几天甚至一星期以上，大大增加了能耗。

1.4 炉体散热损失较大

经测量，炉体表面温度高达170℃～230℃，炉盖温度超过250℃，炉盖沙封处都透红。利用传热公式计算，每小时的散热损失在300m3煤气以上，折算成单耗为2m3/t～3m3/t。散热损失大会带来下列问题：

（1）增加燃料消耗，部分煤气产生的热值，白白浪费在散热损失上。

（2）炉体周围温度高，恶化周围环境。

（3）易降低炉体寿命。

1.5 装出钢时炉门开启时间有改进余地

均热炉出钢时为保证炉内温度不降，采取出一根钢—盖上炉盖—出下一根钢的方式，炉门辐射热损失和逸气热损失控制较好。而装钢时则较随意，有些装钢时盖炉，有些则敞炉装钢。工艺要求规定有些钢种装钢时需控温，有些则无规定。对于装炉温度无要求的钢种，可采取盖炉装钢的模式。

以1000℃的平均炉温、每天装两炉这种钢种、每次装钢半小时计算，敞口装钢每小时的辐射及逸气热损失消耗煤气约为12000m3，每月消耗煤气360000m3，分至均热炉13000t的月产量中，折算单耗约28m3/t。若能改成盖炉装钢，减少一半的敞口时间，可减少约50%的热损失，即降低单耗13m3/t左右。

2 节能措施与效果

经过多次实地调查和技术讨论后，考虑到实际情况，制定出如下几条针对性的措施。

（1）控制装出钢时的炉门开启时间，对于装钢时温度不限的钢种，采取盖炉装钢模式；对装钢时炉温有要求的钢种，尽量不用热坑降温装钢，而是用温度将近坑装钢。

（2）勤检修，堵住沙封漏火处。装出钢之后需要重新用砂子堵住沙封漏火处，减少热损失。

（3）保持合理的开坑率，按照任务情况来确定开坑数。生产调度安排时尽量减少钢锭的提前入炉时间，减少无谓的煤气消耗；钢锭烧好时及时出钢，减少钢锭的在炉时间。尽量减少空炉待料、保温待轧等时间。原先一个月平均每炉钢需降温至800℃待温20小时，降低一半的待温时间，吨钢单耗将减少20m3/t以上。

燃烧状况、炉体散热、换热器漏风等属于均热炉群本身硬件问题，留待均热炉大修改造时解决。

理论上计算得出，这些措施能够降低均热炉群吨钢单耗40m3/t左右。

实施这些节能措施后，初轧厂的单耗整体上下降了8.35%。若单独计算均热炉单耗，则相对于往年627m3/t的单耗水平下降约6.38%。

3 远景节能展望

通过以上措施，均热炉群的节能工作已经取得了一定的成效，随着时间的推移，炉况将恶化，节能效果将打折扣。为了保证在今后的一段时间内初轧厂达到节能目标，需要采取以下措施作进一步的改进。

（1）生产组织进一步优化，将保温待轧时间降至最低，开的炉坑数量最合理，同时做到好坑烧易加热钢锭，减少加热时间。

（2）优化燃烧方式，在满足工艺条件的基础上改进烧嘴，使得空煤气燃烧时尽量混合均匀，减少被烟道抽走的煤气量。

（3）停炉大修时检修陶土换热器，用长陶瓷管元件砌筑陶土换热器，减少砌筑接缝，以减少漏风。

（4）用不定形耐火材料筑炉，减少炉体散热。重点可放在炉盖方面，用保温较好的耐火纤维铺设在炉盖内部并固定好，与其他耐材形成组合炉衬，可降低炉盖表面温度，减少散热损失。

采取以上措施后，可将初轧厂的整体单耗稳定在385m3/t左右。