侯柏宇
（遼寧省凌源鋼鐵集團有限責任公司，遼寧 朝陽 122500）
摘 要：隨著市場的不斷擴大，我國鋼鐵產業(yè)規(guī)模也隨之增長，但在這種發(fā)展模式下，出現了一個較為突出的矛盾，即發(fā)展排放及能耗標準同生態(tài)壓力之間的矛盾。如何處理好這個矛盾是我國現階段鋼鐵行業(yè)深度發(fā)展，也是不斷提高并擴大鋼鐵行業(yè)生產力的關鍵。本章結合現代軋鋼工藝的概況，分析軋鋼技術中存在的不足，探討如何降低軋鋼生產的能耗和排放。
關鍵詞：鋼加熱溫度；鋼爐熱效率；鋼生產方式
我國工業(yè)起步較晚，大規(guī)模的鋼鐵生產線在解放后建國初期才開始發(fā)展，加上建國后大發(fā)展、大建設時期鋼材需求量巨大，長期以來我國鋼鐵產業(yè)都遵循著效率至上的原則，以至于產生了大量的環(huán)境問題、生態(tài)問題。雖然經過長期的研究和發(fā)展，我國鋼鐵生產已經能夠達到發(fā)達國家水平，但是相關的節(jié)能環(huán)保技術仍然和發(fā)達國家之間存在較大差距。軋鋼工藝作為鋼鐵生產過程中的一個重要環(huán)節(jié)，將節(jié)能技術應用其中，能夠較大程度的減少鋼鐵生產過程中產生的廢物排放量，對我國鋼鐵產業(yè)的節(jié)能升級、產業(yè)組合優(yōu)化升級都有重要意義，也是現階段鋼鐵產業(yè)實現節(jié)能發(fā)展的重要技術核心之一。
1 鋼鐵生產能耗現狀
鋼鐵行業(yè)是我國重要的重工業(yè)代表行業(yè)，其市場需求量巨大。現代建筑行業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)都需要鋼鐵行業(yè)支持，還有很多因鋼鐵行業(yè)發(fā)展而興起的次級生產部門，毫不夸張地說，現階段的社會生產生活實踐全都離不開鋼鐵行業(yè)的支持。也因為上述原因，我國鋼鐵行業(yè)規(guī)模巨大、分布較廣，遍布全國約14 個省市區(qū)，著名的鋼廠有鞍鋼、沙鋼、攀鋼、邯鋼、南鋼、廣鋼等，全國能源消耗約三成是鋼鐵行業(yè)消費，其中軋鋼的能耗在整個鋼鐵行業(yè)能耗中又能占據兩成左右，并且這些能耗有半數是多余損耗，如果能將這些多余損耗投入生產能夠使軋鋼的產量提高17% 左右。綜合生產實踐經驗，發(fā)現在軋鋼工藝生產中，由于技術上的不科學、管理上的不合理，每噸鋼生產所需能耗比發(fā)達國家多出40kgce。此外在軋鋼工藝中，加熱爐的能量消耗占據整個工藝的70% 以上，其節(jié)能生產的潛力也就不言而喻。
2 軋鋼工藝中的能耗問題
2.1 鋼加熱溫度
軋鋼工藝中能耗主要有以下幾種形式，能量損耗、電力設備耗能、氧氣消耗三個主要方面。雖然在維持軋鋼生產設備的能源也需要計算在內，但是其中主要的能源基本上用來支持設備加熱。當加熱溫度在1200℃左右時，每10℃的溫度需要消耗更多能源物質，并且呈現累加特征。但是有些時候軋鋼工藝需求的溫度并不高，反而由于加熱溫度控制不當，而造成大量的能量溢出。此外，使用電能加熱鋼坯時呈現線性關系，電能的損耗和環(huán)境壓力又相對較低，合理改善加熱溫度控制環(huán)節(jié)，對軋鋼工藝節(jié)能生產有積極意義。
2.2 鋼爐熱效率
軋鋼爐的加熱方式和內部結構也會對軋鋼生產的能耗和排放產生直觀的影響，其中關鍵之處在于軋鋼爐的熱效率，即鋼坯加熱效率。根據我國現階段鋼鐵行業(yè)生產現狀，以及軋鋼生產數據總結可得出以下結論：近10 年里，雖然推廣了熱裝熱送、連軋工裝、回收能源介質與蓄熱室燃燒技術，我國軋鋼生產效率較低, 尤其是軋鋼爐熱效率，很多能源物質投入，但是高爐的加熱效率卻差強人意，往往需要投入超出預計約三成的能源物質才能夠使軋鋼爐預熱到既定溫度，這個過程中產生了大量的不必要能源浪費，這也是我國現階段軋鋼工藝生產中的最大問題所在。良好的軋鋼爐具有合理科學的結構，能夠實現爐內燃料、氧氣含量的精確控制，進而實現軋鋼爐的效率加熱。此外軋鋼爐的保溫性能也是影響能耗的一個關鍵。
2.3 鋼生產方式
鋼材的類型有很多種，根據碳含量的不同，鋼材也會有不同的型號和特性。不同種鋼的生產工藝有所差別，鋼坯溫度要求不同、加熱溫度限定不同、加熱工藝管理不同，因此在生產過程中需要進行的各種生產方式選用、生產模式管理也不相同，能耗也就會有相應差別，且管理得當的話能夠避免多余能源消耗。但是我國鋼鐵行業(yè)基本實行大生產的方式，即各種型號鋼的軋鋼工藝基本相同，未能實現對軋鋼生產的精確化控制，加之鋼材產量的快速增長，市場競爭日趨慘烈，鋼廠為適應市場被迫頻繁更換生產鋼材規(guī)格、品種，額外能耗也就成為了不可避免的結果之一。
3 軋鋼生產節(jié)能建議
3.1 加熱爐部分改造
加熱爐是軋鋼工藝中主要能耗結構，其負責軋鋼生產的主要溫度、動力供給，因此在對軋鋼生產節(jié)能改造過程中自然處于首當其沖的位置。盡可能采用蓄熱式燃燒技術，即軋鋼爐處于待機狀態(tài)時能夠盡可能地降低熱能損耗，將熱能儲蓄起來，方便下次使用軋鋼爐時有一個較高的初始溫度。通過數據統(tǒng)計可以看出，當軋鋼爐采用蓄熱燃燒技術時，能夠降低約兩成的能耗，節(jié)能效果已經相當明顯。具體措施可以對軋鋼爐進行材質改造，外壁可以采用蓄熱材料進行蓄熱；爐內設計熱循環(huán)模式，當軋鋼爐處于待機狀態(tài)時爐內余溫進行自循環(huán)，最大限度減少熱能流；此外蓄熱式加熱軋鋼爐能夠較大限度地降低回收爐內煙氣熱量，并且實現燃料的充分燃燒，從而減少有害氣體的排放。對軋鋼加熱爐進行結構改造，結構改造主要有以下幾個方面：①增加軋鋼爐密閉性，避免由于爐內氣體交換過剩導致熱能流失；②改善軋鋼爐氣體流入控制，從而實現對爐內空氣含量的嚴格控制，進而實現能源物質的效率燃燒；③改良軋鋼爐結構，減少能源物質輸入、鋼坯置入所需流程，盡可能降低能源損耗。
3.2 高新技術融入
在信息技術、電子計算機技術大力發(fā)展并進步的今天，軋鋼生產還依賴人力進行生產管理已經無法滿足精確化、精準化生產的要求，因此有必要將現代人工智能技術投入到軋鋼工藝生產的各個環(huán)節(jié)。對傳統(tǒng)的軋鋼工藝生產線進行自動化生產改造，通過電子計算器，收集軋鋼生產過程中的各項精準數據，再利用人工智能進行計算，參考云端操作建議的基礎上，技術人員再通過計算機下達生產的精確管理指令，進而實現能源的精確化使用、能量的精確化利用、生產流程的精確化控制，進而降低能源消耗，實現軋鋼的工藝的精確化、精準化生產。在軋鋼工藝設計上追求共有、通用性，盡量減少更改規(guī)格時的無效時間。在生產計劃與組織上用戶需求與生產組織成本綜合考慮。
3.3 人員技術培訓
盡管在現代人工智能技術下，能夠實現軋鋼工藝的自動化生產，但是很多實際生產中可能遇到的突發(fā)情況或在設備出現故障時人工智能可能無法做出精準的判斷，這時還是需要依賴人力進行生產管理和控制。因此鋼鐵行業(yè)有必要進行新一輪的人員技術培訓，通過高新技術的投入和新一代軋鋼生產人員的上崗，將人員技術優(yōu)勢和人工智能精準化控制技術結合起來使其相得益彰，進一步提高軋鋼生產的技術含量，優(yōu)化軋鋼工藝生產的管理和控制，實現軋鋼生產的效率化，實現軋鋼的節(jié)能生產、效率生產。
3.4 延伸軋鋼生產線
無論技術怎樣先進，管理怎樣完善，控制怎樣合理科學，生產過程中的能量溢出和能源額外損耗都是不可避免的情況，這些多余的能源可以稱之為生產損耗或產能浪費，但是相比于其他行業(yè)來說，這些溢出能源的可利用價值是不可估量的。例如，軋鋼生產和供暖企業(yè)聯合，利用軋鋼爐的余熱和溢出熱量進行水加熱、蒸汽加熱，實現局部供暖，這樣就能夠實現多余能耗的再利用，降低社會生產的總能耗，也是軋鋼節(jié)能生產改造的重要內容之一。
4 結束語
總而言之，鋼鐵行業(yè)是我國主要能耗產業(yè)之一，軋鋼生產也只是鋼鐵生產過程中的一個工藝，對其進行生產節(jié)能改造，也只能改善我國鋼鐵行業(yè)生產能耗較大的一個方面。在節(jié)能生產的這條路上，我國鋼鐵行業(yè)還有很長的路要走，這是一個長期的過程。這期間要結合人員技術優(yōu)勢和新興人工智能優(yōu)勢，實現生產的精確化、精準化管理和控制，是實現鋼鐵行業(yè)節(jié)能生產改造的必由之路，為此我國鋼鐵行業(yè)還要付出很多努力。