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摘要：轧钢加热炉是一个有着热滞后性和热惯性的工业生产设备，其在轧钢企业的生产设备中占有着核心地位。为保证其能拥有足够使用寿命并降低其使用成本，轧钢企业有必要提升轧钢加热炉的节能性。据统计，轧钢加热炉在生产过程中其能源燃烧消耗占总消耗的70%以上，每年将产生1%-2.5%的氧化烧损率，损失金额可达到1000万以上，已成为轧钢生产企业经济损失的主要部分。
关键词：轧钢加热炉;节能;氧化烧损;途径
加热炉的节能是一个系统工程，要做的工作很多，技术难度也很大，相信通过不断的技术进步和热工工作者的共同努力，加热炉的节能、降耗、环保技术会上一个新的台阶。
1轧钢加热炉的节能途径
1.1科学组织生产
科学组织轧钢加热炉开展生产，是提升其节能性的首要任务。为达到这一目的，可以从以下几方面入手：（1）批量整合生产，频繁调整生产方式将加大轧钢加热炉的能源消耗量，因此，轧钢企业应尽量将2-4个小的、分散的生产任务整合在一起，使其成为一个大的、集中的生产计划，这样可以使生产过程中的能源消耗得到减少;（2）均衡生产力，均衡生产可以促进轧钢加热炉的燃烧达到稳定，提高能源使用效率。在这一过程中，生产人员应事先根据任务量，对生产时的加热温度和轧钢节奏进行分析计算，以明确最佳节能控制值。接着可通过分级燃烧控制系统，来使轧钢加热炉生产过程中的燃烧均衡性得到保障，促进节能生产目标得以实现;（3）提高轧钢加热炉的热送热装率和热装温度，轧钢加热炉在生产过程中，应尽量减少冷坯与热坯间的过渡时间，以使其热送热装率和热装温度得到提高。据统计，轧钢加热炉的热送热装率每提高10%，煤气燃烧消耗就将减少2%-3%，氧化烧损也能降低0.1%，单这一项就可以每年为轧钢厂减少成本200万元左右。
1.2优化工艺操作流程
优化工艺操作流程也是提高轧钢加热炉节能性的一项有效方法，其工作方式包括以下几点：（1）降低生产坯料的出炉温度，轧钢加热炉生产时，生产人员应在保证轧钢轧线安全生产和生产质量的基础上，根据坯料的材质、尺寸与轧制规格来确定其出炉的安全温度。并等到安全温度下降30摄氏度之后，再开始进行坯料出炉操作。这样可以使热效率40%的轧钢加热炉能耗量每小时降低14千瓦/吨;（2）合理确定加热升温阶段，轧钢加热炉在生产时，应按照生产坯料的不同来确定加热时间和加热节奏。一般来说，对于规格薄、轧制要求高的产品，轧钢加热炉应选择低温、低流量的加热操作方式，并保证加热节奏达到均匀。而对于规格厚、轧制要求低的产品，轧钢加热炉应选择高温、高流量的加热操作方式，尤其要加强预热阶段的热量，保证开始生产时就具备足够的温度。但在加热到一定温度后，就需要将温度降低，减少生产过程中的能源消耗，以达到节能环保效果;（3）控制好生产时的炉内压力，在生产过程中，轧钢加热炉可能出现燃料燃烧不完全的问题，造成燃料浪费。这时，生产人员可以利用还原性气门来增加炉内含氧量，以促进燃料得到充分燃烧。但注意不能随意开启炉门，以防止进入冷风增大炉内压力，影响生产安全。炉内压力应始终保持在5千帕以下。
2降低轧钢加热炉氧化烧损的途径
2.1提升设备自动化水平
为了降低轧钢加热炉的氧化烧损，操作人员可通过提升设备自动化水平的方式来达到目的。这需要开展以下几方面工作：（1）选择好轧钢加热炉的保温层，好的保温层不但可以降低轧钢加热炉的热散失率，还能充分保护轧钢加热炉的内部结构。因此，生产人员应在轧钢加热炉内添加一层优质保温层，并将轧钢加热炉的风管道用保温材料进行包扎，这可以有效避免其出现氧化烧损问题;（2）选择好轧钢加热炉的炉体材料，氧化烧损问题很容易使轧钢加热炉的炉体破损，因此需要生产人员在设计时就选择好炉体材料，该材料不但应具备足够的耐火性，还应具备充分的可塑性，以应对轧钢加热炉在生产过程中所经常会遇到的急冷急熱问题。生产人员可以选择气流速度快的特种塑料来作为炉体制作材料，并对设备的立柱进行焊接锚固，以提升设备的抗氧化烧损能力;（3）同时，生产人员还应控制好炉内的加热温度，常规轧钢加热炉内温度应保持在620摄氏度以下，这也可以充分避免氧化烧损问题出现。（4）提高控制水平，减少浪费。常规加热炉都有一级控制系统，就是DCS集散系统，是以最节能的方式、最快的响应速度使加热炉达到既定的温度目标值。对于在各种工况下，生产不同的产品加热炉的各段需要什么样的温度却是需要二级计算机来完成的。目前大多数的情况是靠人工设定各段的炉温，一是系统本身没有二级控制系统，需要上这套系统;二是二级控制系统由于轧制工况变化大，没有能够很好地投上闭环控制，仅仅计算出即时每块坯料的温度。二级系统的计算周期以短为宜，好的系统可以达到1min，软件设计和硬件需要及时改进升级。加热炉通常使用混合煤气，混合站离加热炉通常有较长的距离，煤气的热值变化相对较大，对燃烧控制精度有较大影响，可采取的措施：①提高煤气混合加压站的热值控制精度;②将热值信号作为前馈信号引入加热炉控制。
2.2蓄热式燃烧技术的推广应用
传统的余热回收方式存在的问题：（1）受换热器钢材耐热温度、费用及寿命等因素的制约，不能进行充分的余热回收，炉子热效率在50%以下。（2）助燃空气温度提高后，火焰区域越来越小，火焰中局部高温区温度越来越高，局部高温是造成有害气体剧烈产生的主要原因，大量的NOx排入大气，对大气环境造成严重污染。（3）受助燃空气温度的限制，普通加热炉必须采用燃烧温度较高的高热值煤气才能稳定燃烧，而高热值煤气的价格是低热值煤气的几倍，攀钢的焦炉煤气为24.53元/GJ，高炉煤气仅为7.52元/GJ。蓄热式燃烧的主要优点：（1）节能效果显著。同样规模的加热炉节能25%以上，而且可向大气少排放30%以上的CO2气体，减少对温室效应的影响。（2）使用低热值煤气。由于蓄热式燃烧可以将空气预热到1000℃以上，可以使用低热值煤气，达到节约成本的目的。（3）低氧燃烧使炉内的燃烧不再具有静态的火焰形式，而是充满炉膛的大空间扩散燃烧，消除了局部高温，强化了炉温的均匀性，在提高风温的同时超低NOx排放。（4）实现了与传统燃烧机理完全不同的新燃烧方式——高温低氧燃烧，低空气过剩系数消除局部高温，炉内温度场分布均匀，提高了加热质量，减少氧化烧损。（5）因炉膛温度均匀且无局部高温，可以将加热炉的温度提高到耐火材料的使用极限以强化炉内传热，同样产量的加热炉炉膛尺寸可以缩小20%以上，从而降低造价，使加热炉散热面积减少。（6）由高温空气带来的稳定燃烧，可以形成宽范围的调节比。考虑到加热质量，在设计上还可以考虑在预热段采用常规加热方式，而在均热段和加热段采用蓄热燃烧方式。有条件还可以采用脉冲燃烧控制技术。
结论
综上所述，本文以轧钢加热炉节能途径为出发点，集中研究了降低轧钢加热炉氧化烧损的途径，认为可以通过提升设备自动化水平、推广蓄热式燃烧技术等方式，促进降低轧钢加热炉氧化烧损效果得以实现。希望本文的研究可以为更多轧钢生产企业取得技术进步奠定基础，以促进其轧钢生产质量实现跨越式提升。
参考文献：
[1]须藤淳，多田健.蜂窝型蓄热式燃烧系统的开发和应用[J].戎宗义，译.工业炉，2017，21（2）：50-53.
[2]张文学.蓄热式步进梁式加热炉的开发和应用[J].工业炉，2017，25（4）：29-33.
[3]毛玉军.蓄热式燃烧技术及其在攀钢应用的建议[J].攀钢技术，2016，29（2）：42.
关键词：轧钢加热炉;节能;氧化烧损;途径
加热炉的节能是一个系统工程，要做的工作很多，技术难度也很大，相信通过不断的技术进步和热工工作者的共同努力，加热炉的节能、降耗、环保技术会上一个新的台阶。
1轧钢加热炉的节能途径
1.1科学组织生产
科学组织轧钢加热炉开展生产，是提升其节能性的首要任务。为达到这一目的，可以从以下几方面入手：（1）批量整合生产，频繁调整生产方式将加大轧钢加热炉的能源消耗量，因此，轧钢企业应尽量将2-4个小的、分散的生产任务整合在一起，使其成为一个大的、集中的生产计划，这样可以使生产过程中的能源消耗得到减少;（2）均衡生产力，均衡生产可以促进轧钢加热炉的燃烧达到稳定，提高能源使用效率。在这一过程中，生产人员应事先根据任务量，对生产时的加热温度和轧钢节奏进行分析计算，以明确最佳节能控制值。接着可通过分级燃烧控制系统，来使轧钢加热炉生产过程中的燃烧均衡性得到保障，促进节能生产目标得以实现;（3）提高轧钢加热炉的热送热装率和热装温度，轧钢加热炉在生产过程中，应尽量减少冷坯与热坯间的过渡时间，以使其热送热装率和热装温度得到提高。据统计，轧钢加热炉的热送热装率每提高10%，煤气燃烧消耗就将减少2%-3%，氧化烧损也能降低0.1%，单这一项就可以每年为轧钢厂减少成本200万元左右。
1.2优化工艺操作流程
优化工艺操作流程也是提高轧钢加热炉节能性的一项有效方法，其工作方式包括以下几点：（1）降低生产坯料的出炉温度，轧钢加热炉生产时，生产人员应在保证轧钢轧线安全生产和生产质量的基础上，根据坯料的材质、尺寸与轧制规格来确定其出炉的安全温度。并等到安全温度下降30摄氏度之后，再开始进行坯料出炉操作。这样可以使热效率40%的轧钢加热炉能耗量每小时降低14千瓦/吨;（2）合理确定加热升温阶段，轧钢加热炉在生产时，应按照生产坯料的不同来确定加热时间和加热节奏。一般来说，对于规格薄、轧制要求高的产品，轧钢加热炉应选择低温、低流量的加热操作方式，并保证加热节奏达到均匀。而对于规格厚、轧制要求低的产品，轧钢加热炉应选择高温、高流量的加热操作方式，尤其要加强预热阶段的热量，保证开始生产时就具备足够的温度。但在加热到一定温度后，就需要将温度降低，减少生产过程中的能源消耗，以达到节能环保效果;（3）控制好生产时的炉内压力，在生产过程中，轧钢加热炉可能出现燃料燃烧不完全的问题，造成燃料浪费。这时，生产人员可以利用还原性气门来增加炉内含氧量，以促进燃料得到充分燃烧。但注意不能随意开启炉门，以防止进入冷风增大炉内压力，影响生产安全。炉内压力应始终保持在5千帕以下。
2降低轧钢加热炉氧化烧损的途径
2.1提升设备自动化水平
为了降低轧钢加热炉的氧化烧损，操作人员可通过提升设备自动化水平的方式来达到目的。这需要开展以下几方面工作：（1）选择好轧钢加热炉的保温层，好的保温层不但可以降低轧钢加热炉的热散失率，还能充分保护轧钢加热炉的内部结构。因此，生产人员应在轧钢加热炉内添加一层优质保温层，并将轧钢加热炉的风管道用保温材料进行包扎，这可以有效避免其出现氧化烧损问题;（2）选择好轧钢加热炉的炉体材料，氧化烧损问题很容易使轧钢加热炉的炉体破损，因此需要生产人员在设计时就选择好炉体材料，该材料不但应具备足够的耐火性，还应具备充分的可塑性，以应对轧钢加热炉在生产过程中所经常会遇到的急冷急熱问题。生产人员可以选择气流速度快的特种塑料来作为炉体制作材料，并对设备的立柱进行焊接锚固，以提升设备的抗氧化烧损能力;（3）同时，生产人员还应控制好炉内的加热温度，常规轧钢加热炉内温度应保持在620摄氏度以下，这也可以充分避免氧化烧损问题出现。（4）提高控制水平，减少浪费。常规加热炉都有一级控制系统，就是DCS集散系统，是以最节能的方式、最快的响应速度使加热炉达到既定的温度目标值。对于在各种工况下，生产不同的产品加热炉的各段需要什么样的温度却是需要二级计算机来完成的。目前大多数的情况是靠人工设定各段的炉温，一是系统本身没有二级控制系统，需要上这套系统;二是二级控制系统由于轧制工况变化大，没有能够很好地投上闭环控制，仅仅计算出即时每块坯料的温度。二级系统的计算周期以短为宜，好的系统可以达到1min，软件设计和硬件需要及时改进升级。加热炉通常使用混合煤气，混合站离加热炉通常有较长的距离，煤气的热值变化相对较大，对燃烧控制精度有较大影响，可采取的措施：①提高煤气混合加压站的热值控制精度;②将热值信号作为前馈信号引入加热炉控制。
2.2蓄热式燃烧技术的推广应用
传统的余热回收方式存在的问题：（1）受换热器钢材耐热温度、费用及寿命等因素的制约，不能进行充分的余热回收，炉子热效率在50%以下。（2）助燃空气温度提高后，火焰区域越来越小，火焰中局部高温区温度越来越高，局部高温是造成有害气体剧烈产生的主要原因，大量的NOx排入大气，对大气环境造成严重污染。（3）受助燃空气温度的限制，普通加热炉必须采用燃烧温度较高的高热值煤气才能稳定燃烧，而高热值煤气的价格是低热值煤气的几倍，攀钢的焦炉煤气为24.53元/GJ，高炉煤气仅为7.52元/GJ。蓄热式燃烧的主要优点：（1）节能效果显著。同样规模的加热炉节能25%以上，而且可向大气少排放30%以上的CO2气体，减少对温室效应的影响。（2）使用低热值煤气。由于蓄热式燃烧可以将空气预热到1000℃以上，可以使用低热值煤气，达到节约成本的目的。（3）低氧燃烧使炉内的燃烧不再具有静态的火焰形式，而是充满炉膛的大空间扩散燃烧，消除了局部高温，强化了炉温的均匀性，在提高风温的同时超低NOx排放。（4）实现了与传统燃烧机理完全不同的新燃烧方式——高温低氧燃烧，低空气过剩系数消除局部高温，炉内温度场分布均匀，提高了加热质量，减少氧化烧损。（5）因炉膛温度均匀且无局部高温，可以将加热炉的温度提高到耐火材料的使用极限以强化炉内传热，同样产量的加热炉炉膛尺寸可以缩小20%以上，从而降低造价，使加热炉散热面积减少。（6）由高温空气带来的稳定燃烧，可以形成宽范围的调节比。考虑到加热质量，在设计上还可以考虑在预热段采用常规加热方式，而在均热段和加热段采用蓄热燃烧方式。有条件还可以采用脉冲燃烧控制技术。
结论
综上所述，本文以轧钢加热炉节能途径为出发点，集中研究了降低轧钢加热炉氧化烧损的途径，认为可以通过提升设备自动化水平、推广蓄热式燃烧技术等方式，促进降低轧钢加热炉氧化烧损效果得以实现。希望本文的研究可以为更多轧钢生产企业取得技术进步奠定基础，以促进其轧钢生产质量实现跨越式提升。
参考文献：
[1]须藤淳，多田健.蜂窝型蓄热式燃烧系统的开发和应用[J].戎宗义，译.工业炉，2017，21（2）：50-53.
[2]张文学.蓄热式步进梁式加热炉的开发和应用[J].工业炉，2017，25（4）：29-33.
[3]毛玉军.蓄热式燃烧技术及其在攀钢应用的建议[J].攀钢技术，2016，29（2）：42.