李宏洲 趙 博 武美玉 李明
（河北文豐鋼鐵有限公司 056300）
摘要：蓄熱式加熱爐由于控制不當，空燃比控制不夠合理，造成氧化燒損偏高。筆者通過對加熱系統的摸索、研究，找到問題根源，制定出控制措施，使我單位氧化燒損大大降低，為公司降低了成本，創造了效益。同時通過蒸汽回收，取得了經濟效益。
關鍵詞：蓄熱式加熱爐；氧化原理；加熱溫度；蒸汽回收
1 前言：
河北文豐鋼鐵有限公司軋鋼廠成立于2004年。公司根據我廠缺少高熱值燃料，而低熱值的高爐煤氣大量富余的實際情況決定采用高溫空氣貧氧擴散燃燒技術，建成了三座以高爐煤氣為燃料，空煤氣雙預熱的蓄熱式中板連續加熱爐。該技術可以同時將空、煤氣預熱到1000℃以上，使高爐煤氣燃燒的熱值達到加熱板坯的溫度要求，將排煙溫度降到150℃以下，最大限度的利用了煙氣余熱。爐內高溫氣體以直射流的方式延板坯長度方向混合燃燒。我廠加熱爐有效長度29.5m，有效寬度6.3m，雙排布料，全架空爐底，采用了平頂直通爐型，取消傳統的壓下扼流結構，全爐熱交換強烈。通過長期的實踐與研究，通過氧化鋯氧含量分析儀與經驗，合理控制空燃比，使氧化燒損控制在較低水平，節約了能耗，減少了排放物，實現了節能增效；通過蒸汽并網，冷凝機回收，實現水資源的循環使用，創造了經濟效益。
2 我廠蓄熱式加熱爐基本參數：
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序號 項目 加熱爐 |
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1 型式 蓄熱式連續推鋼加熱爐 爐體主要尺寸 有效長度 29500㎜ 有效寬度 6300㎜ 2 坯料尺寸（長） 2100～2670㎜ （寬） 1500～1800㎜ （厚） 250㎜ 3 有效強度 607kg/㎡.h 4 鋼坯入爐溫度 800～1000℃ 5 鋼坯出爐溫度 1150～1280℃ 6 設計能力 最大86t/h(冷鋼) 7 加熱鋼種 碳素鋼、低合金鋼及特殊要求鋼 8 鋼坯裝爐型式 雙排料 9 燃料類型 高爐煤氣 10 燃料熱值 （750～800）×4018kj/m3 11 燃料最大用值 50000m3/h 12 空氣最大用量 40000m3/h 13 空、預熱溫度煤氣 ＞1000℃≤1250℃ 14 最大噸鋼能耗 1.57CJ/T(鋼) 15 排煙方式 機械排煙 16 煙氣排放溫度 ＜150℃ 17 燒嘴型式 蓄熱式 18 燒嘴前煤氣壓力 ≥2000pa |
3 我廠蓄熱式加熱爐運行及冷卻原理：
高效蓄熱式加熱爐組成部分有爐膛、燃燒系統（空、煤氣管道及燃燒系統）、排煙系統（機械排煙裝置、煙囪及煙氣管路系統）、冷卻系統（汽包、爐底水管）、換向系統（空、煤氣兩位四通快速換向閥）、熱工檢側與控制系統等組成。是集體統一供熱、排煙、余熱回收再利用等為一體的復雜系統，又是各組成系統相互影響、相互作用的統一系統。
高效蓄熱式加熱爐的燒嘴沿爐長分別布置在左右兩側。其工作原理是，空氣、煤氣分別通過換向閥、經過蓄熱體將空、煤氣分別預熱到1000℃左右，進入左側噴口噴出，燃燒產物經過爐膛加熱坯料后進入對面的排煙口（噴口）由高溫氣體將另一組蓄熱體預熱，廢氣溫度隨之降到150℃以下，低溫廢氣通過換向閥經引風機排出。2-3分鐘后控制系統發出指令，換向機構工作，煤氣、空氣從右側噴口噴出，并混合燃燒，這時左側噴口作為煙道，在引風機的作用下，使高溫度廢氣通過蓄熱體排出，完成一個換向動作周期。蓄熱式加熱爐就這樣同做左右兩狀態的不斷交替，完成加熱過程。
汽化冷卻系統的基本組成：軟水箱、供水泵、汽包、下降管、爐底水管，上升水管等。汽化冷卻流程及原理：軟水進入軟水箱，由上水泵進入汽包，經下降管進入爐底水管被加熱至沸點，呈汽水混合物，伴隨水的汽化吸收大量汽化潛熱，汽水混合物經上升管進入汽包后分離成水和蒸汽，分離出的水又進入爐底水管循環使用，分離出的蒸汽從汽包上端引出利用。
4 爐溫制度與生產實踐的結合：
爐溫制度是指鋼在加熱過程中所要求的溫度條件，就是爐溫沿爐長方向的分布規律，是根據所需加熱鋼的物理性能及其加熱的目的和工藝要求而制定的。過去由于空燃比配比不合適，導致無效煤氣消耗增加，鋼坯氧化燒損較大。通過對加熱原理的分析、調整，改變了這一不利情況[1]。
4.1 鋼坯氧化原理
加熱鋼坯受包圍的爐氣中O2、CO2、H2O、SO2等氣體的作用，鋼的表面發生反應并生成氧化鐵皮,一般氧化鐵皮由三層組成，根據氧化程度不同，氧化時生成幾種不同程度的氧化物，氧化鐵皮斷面結構如下圖所示[2]：
4.2 三段式溫度制度
三段式溫度制度是把爐子沿爐長方向分為預熱段，加熱段和均熱段。與兩段式爐溫制度相比較它有意提高加熱段的溫度，允許鋼坯產生較大的溫差，然后利用溫度較低的均熱段使鋼坯的溫差縮小到允許的范圍內。鋼坯經預熱段加熱后溫度比較均勻，進入加熱段后鋼已達到良好的塑性狀態，可以進行快速加熱。經過快速加熱后的鋼經過均熱段均熱，其內芯熱應力極小，所以可以保證軋厚質量。大量的實踐證明，三段式溫度制度適宜加熱冷裝坯以及對溫度要求嚴格的品種板。在軋制船板、容器板、橋梁板、模具鋼等品種鋼均應用此加熱制度，有效的縮小了鋼坯表面與芯部的溫差，保證了軋制產品的質量。
5 靈活操作，節能降耗：
為了降低鋼坯的氧化燒損，通過不斷的研究，我們通過以下手法，控制住了鋼坯的氧化燒損。
1、采取高溫短燒，提高加熱段溫度，縮短加熱段長度及鋼坯在爐時間。
2、整體調整爐內燒嘴供熱強度、開啟配比度依據軋制時鋼板不上翹盡量提高下加熱能力[3]。
3、加強對加熱爐空氣、煤氣閥門的維護與檢查，避免出現因閥門活動不靈活造成空燃比不合適。
4、爐膛壓力控制在10-20Kpa，煤氣壓力控制在8-10Kpa，空氣壓力控制在6-9Kpa
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加熱爐 |
鋼坯加熱溫度 |
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均熱段 加熱段 |
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1# 1170-1210℃ 比均熱段高0-30℃ 2# 1180-1220℃ 比均熱段高0-30℃ 3# 1190-1240℃ 比均熱段高0-30℃ |
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5、改變操作，采取梯形溫度，降低鋼坯的出爐溫度：
6、提高加熱爐的排煙溫度，控制在120-140℃之間。
7、針對長時間停機導致鋼坯氧化鐵皮厚的問題，我們對停爐保溫降溫速度做出如下調整：
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停機時間 |
爐溫降低值 |
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均熱段 加熱段 |
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1小時以內 降0-50℃ 降0-50℃ 1-2小時 降50-200℃ 降50-200℃ 2-4小時 降200-350℃ 降200-350℃ 4小時以上 降至750-850℃ 降至750-850℃ |
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8、對冷熱坯混裝板坯要嚴格燒火工三勤制度采取跟蹤控制爐溫（中限控制）、爐壓，出鋼時安排冷熱分開出爐，分開控制空燃比，協調好供熱量與排煙量平衡、爐溫與蓄熱室內溫度、空燃配比與排煙溫度、空、煤氣壓力波動與爐壓。
通過改進后的工藝，降低了氧化燒損，杜絕了鋼坯出爐時氧化鐵皮大塊掉入爐內的現象。
（燒損量對比見下表）
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鋼種 坯料尺寸mm 加熱前 加熱后 差值t 燒損量% 備注 重量t 重量t |
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改進工藝前 Q235B 250*1800*2600 36.86 36.57 0.29 0.80 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.86 36.57 0.29 0.80 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.80 36.54 0.26 0.70 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.90 36.63 0.27 0.72 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.88 36.59 0.29 0.78 冷料 改進工藝后 Q235B 250*1800*2600 36.88 36.66 0.22 0.60 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.85 36.62 0.23 0.62 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.88 36.64 0.24 0.64 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.85 36.63 0.22 0.59 冷料 Q235B 250*1800*2600 36.88 36.66 0.22 0.61 冷料 |
6 蒸汽回收利用：
1、冷凝機回收利用，蒸汽并網后送到冷凝機中，通過回收冷卻水，收集后再次送入軟水箱補充軟水，進行加熱爐冷卻，達到循環使用的效果。
2、應用到煤氣系統。檢修煤氣管道之前，將大量蒸汽通入管道內將殘余煤氣置換成蒸汽；在加熱爐點火之前先通入蒸汽置換空氣，然后再送煤氣，避免煤氣管道中產生大量的空煤氣混合氣體，確保加熱爐點火安全。
3、用于到民用當中，為職工生活創造條件。蒸汽送到食堂蒸箱，加熱大米和饅頭；冬季可用于職工宿舍和辦公樓的取暖；蒸汽送到職工浴室，供廣大職工洗澡。
2009-2011年蒸汽回收效益統計
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年份 蒸汽回收量 噸折算成 減少二氧化碳 標準煤 噸 排放 噸 |
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2009 83013 9961.56 41041.63 2010 82351 9882.12 40714.33 2011 88133 10575.96 43572.96 |
7 結束語：
1、加熱作為熱軋的第一道工序，加熱質量的優劣，加熱速度的快慢以及煤氣消耗的高低取決于加熱工對操作方法的正確應用和對爐子的了解程度。實踐證明，通過近幾年的實踐，我廠員工的加熱操作方法日益增多，中板產量、品種也日益增多，能耗水平一直控制在較低水平。
2、通過改進工藝，氧化燒損較低了0.15%，按年產量250萬噸計算，經濟效益可觀。
3、通過蒸汽回收，每年節約軟水用量8萬多噸，減少溫室氣體排放4萬多噸，實現經濟與環保的雙贏。
參考文獻
[1] 梅熾主編.有色冶金爐手冊.北京：冶金工業出版社，2000年.
[2] 戚翠芬主編.加熱爐.北京：冶金工業出版社，2004年.
[3] 田乃媛.薄板坯連鑄連軋.北京：冶金工業出版社，2004年.