轧钢加热炉在我国的应用及发展

轧钢加热炉在我国的应用及发展的调研报告

题目：轧钢加热炉在我国的应用及发展

摘要：本文首先阐述了加热炉的定义及其分类，然后详述我国加热炉的应用，分析存在的问题，利用先进的技术，结合节能减排的具体情况，最后提出解决方案。

关键词：加热炉，蓄热式，推钢式，高炉煤气，节能

1 加热炉概述

加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。以下介绍的是冶金行业中常见的几种加热炉。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理炉。初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。连续加热炉广义来说，包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉,但习惯上常指推钢式炉。

连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。主要特点是：料坯在炉内依轧制的节奏连续运动，炉气在炉内也连续流动；一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段，依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以至五段式、六段式等。50～60年代，由于轧机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长，所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的生产率。用这种炉子加热板坯，炉底的单位面积产量达900～1000公斤／（米2·时），热耗约为(0.5～0.65)×106千卡／吨。70年代以来，由于节能需要，又由于新兴的步进式炉允许增加炉子长度，所以又增设不供热的预热段,最佳的炉底单位面积产量在600～650公斤/(米2·时),热耗约

为(0.3～0.5)×106千卡/吨。

连续加热炉通常使用气体燃料、重油或粉煤，有的烧块煤。为了有效地利用废气热量，在烟道内安装预热空气和煤气的换热器，或安装余热锅炉。在锻造和轧制生产中，钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热。采用不完全燃烧的还原性火焰(即“自身保护气氛”）来直接加热金属，可以达到无氧化或少氧化的目的。这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热，成功地应用于转底式加热炉和室式加热炉。推钢式连续加热炉靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。为减小水冷滑轨造成的料坯下部的“黑印”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的“热滑轨”。有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨，支撑在由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。步进式连续加热炉靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。70年代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。同推钢式炉相比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

2 我国加热炉应用中存在的问题及一些对策

近几年是我国钢铁产业的大发展时期，大型钢铁企业因产品结构调整，新建或改建项目大部分是热带，中厚板及冷轧，镀锌，彩涂等。地方中小型和民营钢铁企业多是建设和生产棒线材，窄中宽及型钢等产品。随着近年来钢铁产量的迅速增长，钢铁工业占全国总能耗的比重越来越高，到2007年，钢铁工业的总能耗占全国能耗的14.71%。由于现代钢铁产品产量，品种的升级，深加工能力不断增长，轧钢工序能耗在不断增加。加热炉是轧钢厂的主要耗能设备之一，其能耗占轧钢工序能耗的60%-70%，其能耗水平直接影响轧钢生产成本。因此降低加热炉能耗是轧钢节能的主要方向和目标。我国冶金行业轧钢加热炉有几千座，包括近年新建及改造的蓄热式加热炉, 在运行、使用过程或多或少地存在问题，其能耗水平相差很大，有的加热炉单耗达70-80kg/t，节能潜力十分巨大。

不仅如此，加热炉在运行过程中也存在着很多问题，如燃烧，冷却系统，钢坯加热不均，

氧化烧损，热工制度，炉压等等。下面就对其中常见的一些问题进行说明。

(1) 煤气压力、热值波动

煤气压力、热值波动次数跟公司检修和煤气用量大小相关, 由于较难预知其变化, 因此调控较困难。各种中板厂，型材厂和高线厂均反映存在煤气压力、热值波动的问题, 煤气管网的压力和热值波动, 直接导致空燃比失调, 引起加热炉燃烧不完全或排烟热损失增多, 造成加热炉燃耗增加。

(2) 烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损

烧嘴堵塞、腐蚀漏气的原因是煤气净化不佳, 含尘、硫、焦油和苯等杂质高。冬季长期往管道通入蒸汽, 造成管道末端、加热炉烧嘴煤气通道堵塞或腐蚀漏气。烧嘴砖烧损的原因是由于烧嘴砖在急冷急热和高温条件下工作, 烧损严重。烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损严重直接导致加热能力下降, 燃烧不完全增加, 影响燃耗与安全。

(3) 换热器损坏, 影响换热

各轧钢厂的换热器无论是煤气还是空气换热器,都会出现不同程度的损坏。如空气换热器的第一排导气管封死,减少了均热段端烧的风量;煤气换热器腐蚀老化严重,造成煤气泄漏自燃,在无备件的情况下,只好将煤气换热器甩掉,煤气不预热,直接输送到烧嘴,影响煤气燃烧,综合燃耗也将有所上升。加热炉换热器使用时间长,性能下降,预热空气温度降低,对燃烧和节能有一定的影响。

(4) 炉头、炉墙冒火, 增加散热损失

加热炉侧墙密封性差, 在轧制小规格产品时, 轧制节奏慢,侧墙基本上无冒火现象; 轧制大规格时, 轧制节奏较快, 炉压较高, 造成侧墙冒火。加热侧炉墙与炉顶预制块之间出现缝隙, 造成窜火、透红现象, 尽管从炉外进行局部修补, 但炉外砌筑效果不好, 可能再次出现透火情况。

(5) 炉底结渣严重

近年由于轧钢产量持续增加, 加热炉负荷进一步提高, 加之加热炉炉压不好控制, 吸冷风较严重, 导致炉底结渣严重。实炉底部分结渣形成不规则的浪丘, 向炉头方向延伸到出钢滑道, 有时影响正常出钢。

(6) 其他

加热炉使用水冷, 且冷却水的水温偏高, 造成两方面的后果,一是炉内水管容易结垢; 二是带走炉膛内的热量, 增加热耗。无论是蓄热式加热炉还是常规推钢式和步进式加热炉, 由于长期在高产、高温、超负荷状况下工作, 其使用寿命越来越短。同时指出蓄热式炉蓄热

体板结、损坏和阀门故障、使用寿命等问题需进一步改进研究。

针对这些问题，可以采用以下对策进行解决。

(1) 煤气压力、热值波动问题。可以采用煤气稳压装置, 规划时就应考虑建设煤气柜来缓解煤气供需平衡; 在加热炉使用燃料问题上采用单一煤气, 或做好煤气混合比例稳定煤气热值;增加热值仪加强煤气热值监控; 检修时错开各加热炉检修时间, 这样来缓解煤气压力和热值波动问题; 在加热炉控制方面可采用最佳燃烧控制技术解决煤气压力、热值波动影响燃烧的问题。解决煤气压力、热值波动影响燃烧的问题。

(2) 烧嘴问题。可以利用干法代替湿法减少煤气含水, 加强净化, 提高脱硫脱焦效率; 定期检修清理烧嘴内粘结物, 选择高性能耐高温材料; 在轧钢许可情况下, 尽可能降低出钢温度,减少待轧时间; 对于蓄热式烧嘴选择急冷急热、热震稳定性好的蓄热体; 优化加热工艺制度等。震稳定性好的蓄热体; 优化加热工艺制度等。

(3) 换热器问题。主要是控制排烟温度在110℃以上, 防止酸腐蚀, 定期排水除去煤气积水, 防止超温过烧, 从材料角度可选择耐高温耐腐蚀的换热器。

(4) 炉头炉墙冒火可控制炉内压力为低于20Pa的微正压, 损坏炉墙采取灌浆修补, 炉底结渣可定期清理, 同时采取措施减少氧化烧损。

(5) 提高自动化水平, 减少人工操作, 利用汽化冷却或无水冷替代水冷方式, 加强管理,防止加热炉超温、超负荷运行等。

3 蓄热式技术的应用及其优势

近几年建设的中小型钢铁厂，“滚雪球”式发展，由小到中，进一步发展到年产几百万吨钢铁产品的大型企业。这些企业多数不建焦炉，在轧钢加热炉的燃料选择遇到问题。小产量的加热炉还可以烧煤或煤粉，但因劳动条件极差又严重污染环境，受到限制。新建轧钢生产线动辄就是年产几十万吨，甚至百万吨，追求大卷重，高成材率；加热炉小时产量上百吨，加热的坯料长度最短6m，一般是9m，12m，最长的达16m；加热质量要求高，钢坯温差控制在30℃。因此，加热炉再烧煤，在技术上是完全不可行的。烧热脏煤气因工艺布置困难，也受到限制；可以选择烧重油，但运行成本高。而这些企业所建的小、中高炉产生的多余煤气，如果不利用而被迫放散，既污染环境，又浪费能源。恰逢此时，烧高炉煤气的蓄热式加

热炉技术出现。这项具有中国特色的换热燃烧技术很快在中、小型钢铁企业得到推广应用。从1997年7月这项技术应用成功至今，蓄热式加热炉在钢铁企业建设不少于几百座，蓄热式换热技术在加热炉领域的应用逐步得到完善和成熟。

钢铁企业轧钢领域蓄热式换热技术的应用，从炉型上分：有推钢式加热炉；步进梁式加热炉；车底式炉；均热炉；罩式炉；带材连续式热处理炉及冶炼连铸领域的烘烤设备。从匹配的轧机分：棒材、高速线材、中厚板、热带、H型钢、及型钢等加热炉。其中以步进梁炉为主。从加热的钢种分，普碳、低和金和特殊钢加热炉。（暂无加热硅钢坯的业绩）从炉子产量分：小时产量几十吨至几百吨。从加热钢坯规格分：方坯最长达16m，断面最大为

300×400mm；板坯最长达15.6m；板坯厚：250mm~300mm。

由上述情况可见，蓄热式加热炉的应用范围已经涵盖轧钢生产的各个领域。

采用这项技术的企业主要还是集中在地方中小型和民营钢铁企业，并且大部分都是烧纯高炉煤气的蓄热式加热炉，因此这些企业加热钢坯的燃烧成本低，钢铁产品的价格竞争性强，利润率高。最早利用蓄热式技术，加热炉烧高炉煤气的当属萍乡钢铁公司，他们先后有五座蓄热式加热炉小时产量60~150t投入使用，加热炉的热耗指标都达到“特等炉”，其燃料费不到烧重油的一半。民营或合资企业中，当以唐山国丰，迁西津西、山西海鑫、天津荣程、山东日照及发展较快的建龙系等为代表。这些钢铁企业的轧钢厂都是烧高炉煤气的蓄热式加热炉。特钢企业以江阴兴澄特钢为代表，一期、二期轧钢步进梁式炉都是高炉煤气的蓄热式炉。还有一如张家港市沙钢集团，前期为“短流程”钢铁厂，建成十几座轧钢厂的步进梁炉和推钢炉都是烧重油的。后期建起了高炉，有了高炉煤气后，陆续将烧油加热炉改为烧高炉煤气的蓄热式加热炉。据沙钢主管加热炉改造的负责任称，就此一项技术改革，可为企业节省燃料费用以亿元计。再如，张家港市永联钢铁集团十几座加热炉也都是烧高炉煤气的蓄热式加热炉。

韶钢是国营大型钢铁企业，也是采用这项技术的第一家，1997年7月在韶钢三轧投产的烧高炉煤气的蓄热式加热炉是中国第一座高炉煤气、空气双预热的蓄热式炉。萍乡钢铁公司、济源钢铁公司等紧随其后。韶钢和马钢中板加热炉是国内大型钢铁企业中率先采用烧高炉煤气的蓄热式加热炉的。南钢中板、武钢大型采用的是混合煤气只预热空气的蓄热式加热炉。到目前为止，据不完全统计，各种类型的蓄热式加热炉不少于200多座。

采用蓄热式加热炉的经济效益估算

分析蓄热式加热炉的经济效益，本文还是以烧高炉煤气的蓄热式加热炉为基础进行估算和分析。所谓经济效益可以从三个层面分析。

一是高炉煤气得到合理利用。

此前，钢铁联合企业是把高炉煤气和焦炉煤气混合成热值7500~9200kJ/Nm3的混合煤气，作为轧钢加热炉的主体燃料，全公司根据各煤气用户，进行煤气平衡，如果有过剩的高炉煤气，有条件的企业用作发电燃料，也算没有浪费。更多的企业还是白白放散，既浪费能源又污染环境。现在高炉煤气可作为加热炉的单一燃料，高炉煤气不应再被放散，对一些钢铁联合企业而言，用高炉煤气置换出来的高热值的焦炉煤气，或作化工原料或供城市民用，物尽其用，又为企业增加效益。根据前两年的资料，国内高炉煤气的放散率达9~12%。折算标准煤达250多万吨，放散率降下来，就是节省了能源。

二是原来烧重油的加热炉改烧高炉煤气后，为企业带来巨大的经济效益。现以年产80

万的棒材厂为例，加热炉产量150t/h，烧重油按先进的油耗指标32Kg/t计，年加热钢坯82.5万吨，年燃油总耗量2.64万吨，按重油价格2500元/t计算，加热炉燃油费为6600万元人民币。改烧高炉煤气，加热每吨冷钢坯需400Nm3高炉煤气（热值800×4.18KJ/m3）企业内部作价一立方米高炉煤气7分钱。加热一吨冷坯为28元/t。烧高炉煤气的燃料费为2310

万元人民币。这笔经费完全进入企业的经营利润中。这只是企业的内部核算。否则，每年还要向外支出6600万元。因此，其效益是十分可观的。粗略估计，国内已有200座100h/t

以上的蓄热式加热炉，按上述数据推算，节能费用可达8亿多元。

其三，从技术上看蓄热式加热炉，可将煤气和助燃空气双预热至仅比炉气温度低100℃左右。排烟温度只有150℃左右。烟气的物理热充分回收。这种热回收方式是常规加热炉采用金属换热器回收烟气物理热不可比拟的。因此，尽管烧的是低热值的高炉煤气，其热耗指标仍不比烧高热值煤气的常规加热炉高。充分显示出蓄热式加热炉技术的先进性。《轧钢工序（加热炉）节约能源规定》中，明确规定加热不同钢种，使用不同燃料，可比热耗数是不同的。烧原油、天然气的炉子Ki=1，改烧高炉煤气Ki=1.4，事实上烧高炉煤气蓄热式炉热耗指标不必烧油高。目前常规加热炉（含步进梁式加热炉）的热效率最高可达55~59%，而蓄热式加热炉的热效率已达到65~70%，比一般的常规加热炉节能高出5~10%。

4 加热炉运行的总结与建议

可以对这些情况进行总结如下：

(1) 加强加热炉管理, 定期检修, 合理安排各厂的检修时间。

(2) 稳定煤气热值, 合理控制空燃比, 加强炉墙保温, 合理控制炉内压力, 防止冒火, 尽可能降低排烟温度。

(3) 加强余热利用,利用余热预热空气和煤气、生产蒸汽、发电等,并做好能源的梯级利用。

(4) 在保证轧制的情况下, 优化加热工艺制度, 尽可能降低出钢温度, 缩短钢坯在炉时间, 降低钢坯氧化烧损和加热炉单耗。

(5) 推广应用新节能技术, 如热送热装、直接轧制、蓄热式燃烧等技术, 可实现较大幅度的节能。

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