轧钢加热炉升级改造工程实践_王辉尧.pdf

收稿日期：作者简介：王辉尧（），硕士 工程师；轧钢加热炉升级改造工程实践王辉尧（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司）摘 要 作为钢铁企业轧钢工序中的关键环节，轧钢加热炉因其承前启后的重要作用，以及能源消耗高、排放标准低的特殊状态，面临升级、改造的窗口期。通过对国内某卷板厂 热连轧加热炉的调研，充分了解加热炉实际运行状况，确定升级改造方案，实施升级改造工程，掌握其改造后运行数据。升级改造后，加热炉小时产量提升至 ，能耗降至.，氧化烧损率降至.，坯料加热质量升高（断面及水梁黑印温差稳定在 内），排放 （标态 氧含量），均达到国内领先水平。关键词 加热炉 升级改造 超低排放文献标识码：文章编号：（）（.，），.，.，（），（），加热炉是成品轧制前坯料加热的重要设备，其能耗（.坯料）占轧钢工序能耗（约 坯料）以上，为响应国家的“双碳”（二氧化碳排放力争于 年前达到峰值，努力争取 年前实现碳中和）目标要求，轧钢加热炉改造工程势在必行。根据国家标准及行业先进指标，轧钢加热炉运行及排放优秀指标如下：坯料加热能耗约.（不含电、水等折算标煤量）；颗粒物 、二氧化硫 、氮氧化物 。文章以某钢铁企业轧钢加热炉升级改造工程案例为基础，结合升级改造内容，提出未来加热炉升级改造工程的解决方案，让“双碳”目标在轧钢加热炉领域有切合实际的落脚点，对其他钢铁企业轧钢加热炉升级改造有借鉴意义。.冶 金 能 源 加热炉运行存在的问题国内某卷板厂 热连轧设置三座加热炉，由西向东分别为 号、号、号。年建成投产，设计年产量 万，年产量达到.万，产品为低碳钢卷板、碳素卷板、电工用冷轧基料、管线用卷板、低合金卷板、优质卷板、桥梁用卷板、耐候用卷板、合金钢卷板、中高牌号的无取向硅钢和中低牌号取向硅钢等。加热炉采用步进梁式常规燃烧，装钢机装料、出钢机出料。目前 号加热炉处于试生产阶段，现有的 号、号加热炉已经服役十年，设备严重老化，问题逐渐增多，运行风险越来越高，小修小补已无法从根本上解决问题，严重地影响到生产的正常运行和加热质量。.炉体结构方面（）号、号加热炉炉型相对落后，且易发生回火事故，炉顶平焰烧嘴数量明显偏多（个），恶化了操作环境，降低了保温性，管路密集增加了维护难度；（）炉底水封槽及刮渣机构腐蚀泄漏严重，炉底常年多处漏水，炉底通行环境差，且现有排水能力不足，经常出现烟道被淹的现象；（）刮渣机构腐蚀严重，四条水封槽经常被堵塞，加剧了水封槽的漏水，甚至出现因铁渣囤积造成将活动立柱处的密封箱整个顶起的现象；两座加热炉因密封箱多处变形开裂，导致步进机构行程由设计初的 降至现在的，且多处因密封性差造成局部吸冷风影响钢温均匀性；（）出料端钢结构腐蚀严重，炉门立柱、上端墙水箱、下端墙水箱、蛇形管多处出现烧穿、变形及漏水、遮热板高温变形等现象；（）炉底步进机构运行轨迹不平稳、步进梁支撑刚度不足、布料负载不对称、水梁滑块不水平等原因，导致加热炉跑偏问题越来越严重，对于极限规格长度的坯子易发生刮炉墙或出钢困难的问题；（）汽化系统腐蚀泄漏严重，多处为裸露工作状态，造成黑印及大量热能损失。立柱也因水质问题，存在不同程度的水垢堵塞。各循环回路出现了流量分布不均的现象，造成炉筋管鼓包漏水，需要停炉检修。步进装置、分配联箱、排污管路、除氧系统多处出现腐蚀泄漏。.热工制度方面（）近两年高温品种钢数量增加，要求提高加热温度，导致加热炉氧化烧损量增加，且氧化铁皮烧熔结成块状，很难清理；（）品种钢加热产生杂质气体腐蚀耐材，加剧炉体保温性能的恶化，炉顶热气上扬明显，炉顶钢结构温度高达，炉墙多处出现了红点（局部高温区），甚至发生过坍塌，炉区温度较高，操作环境恶劣；（）品种钢加热温度高，炉体耐材剥落严重。均热段上部和二加热段上部平焰烧嘴砖大块脱落，高温段炉墙膨胀缝直通炉皮，且炉墙存在明显倾斜；水梁耐材及锚固钉脱落过半，汽化量明显增加；（）生产硅钢时炉温较高，炉内水梁氧化严重，局部出现了变形，高温段的耐热滑块烧损严重，甚至部分水梁上的滑块完全缺失。.仪表控制方面（）仪表控制系统故障逐渐增多，空气、煤气流量调节阀无法做到精确定位，煤气热值波动比较频繁，造成加热炉不能合理控制空燃比，影响煤气消耗、氧化烧损及钢温控制；（）除氧系统目前无法自动运行；（）各供热段缺少炉内气氛的检测手段，难以满足部分钢种的工艺要求；（）加热炉自动化 软硬件设备已使用 年，设备老化，软件版本陈旧。升级改造 号加热炉正常生产后，轮流对 号、号加热炉进行大修改造，保证热连轧厂生产线的长期稳定运行，同时满足公司品种开发和产量规模的需要。.改造方案.材质改造（）水封槽槽体、刮渣板、固定装置采用 不锈钢，可有效提高使用寿命；水封槽外侧设置检修平台并配有直爬梯，方便人员定期检查、维修；冶 金 能 源 .（）均热段和部分二加热段使用抗高温腐蚀性能更好的高温金属玻璃垫块（垫块高度），避免高温加热制度及高牌号品种钢加热对垫块的磨损、侵蚀，提高加热炉垫块使用寿命，降低维修频率；高温金属垫块高度较一般垫块要高，可减少水梁和垫块对坯料的遮蔽效应，对缓解坯料加热过程黑印现象有辅助作用；（）加热炉耐材牌号及性能指标设计过程考虑高牌号品种钢的加热要求；（）炉底机械、装钢机、出钢机根据实际情况更新制作。.结构改造（）炉型改造升级，拆除加热炉平移框架及其以上的加热炉本体设备、钢结构、管道、耐材等，根据新的炉型重新设计；燃烧系统重新设计，加热炉采用脉冲燃烧控制，确保在小产量时沿炉宽方向的火焰长度和炉温均匀性，保证板坯沿长度方向的温度均匀性；（）水梁采用双管小直径结构，立柱采用大跨度设计，以减少水梁对板坯的“遮蔽”。水梁在高、低温段错开布置，垫块在水梁上居中布置，并在不同温度段采用不同的材质和高度。通过上述措施，有效降低板坯与水梁接触处的黑印温差，提高板坯的加热质量；（）预热器重新制作，高效回收烟气余热，降低热量损失，提高热利用效率；烟道闸板（含轴承、连杆、执行机构）重新设计，执行机构采用分体式电动机构，闸板重新校准；（）.点（.总管处）后煤气管道及阀门更新改造，包括煤气总管电动蝶阀、电动盲板阀、自动切断阀和自动调压阀；空煤气管道保温形式重新设计，使升级改造后的管道外壁温度满足国标要求。.系统升级（）更新加热炉的液压系统，包括：液压缸、中间配管、主泵 循环泵（含电机、泵头）、比例阀、液压软管、蓄能器；能力配置需满足坯料运行过程平稳的要求；（）炉内高温工业电视系统成套更新为数字式；定位满足装出钢机及端部坯料的可视化；（）新增 套炉内残氧分析仪，各段残氧分析仪数据与段内燃烧控制模型通讯，修正空燃比，精准控制段内燃烧过程；（）更新改造加热炉自动化控制系统、，便于以后的软件开发、移植、系统升级、硬件扩展等，可以实现、级自动燃烧控制，进而提高加热炉的整体自动化、智能化水平和劳动生产效率。.升级改造重点（）平焰烧嘴在公司试验室、攀钢轨梁厂和武钢技术中心热态试验室进行了多种结构参数测试后，确定了 型平焰烧嘴具体结构。型平焰烧嘴由烧嘴本体和烧嘴砖组成，烧嘴砖通过烧嘴固定板与烧嘴本体相连。在烧嘴本体内衬有保温材料以减少烧嘴的热辐射，改善操作环境。在烧嘴固定板上设有吊架用于烧嘴安装。型平焰烧嘴结构见图。从使用情况看，烧嘴调节灵活，调节比可达到 ，燃烧火焰稳定。图 型平焰烧嘴结构（）燃烧控制采用脉冲控制 温度前馈型双交叉限幅串级控制。脉冲燃烧技术控制精度高，控温效果好。在小流量的保温状态（低负荷燃烧状态）下，每.冶 金 能 源 个烧嘴工作期间喷出的燃料量和空气量与大流量状态下是相同的，仅仅是打开的时间不同，所以不存在火焰长度受到常规控制下的小流量影响的问题，容易对炉温进行量化控制。温度前馈型双交叉限幅串级控制（）具有以下特点：保证煤气充分燃烧，提高燃烧效率，降低氧化铁皮损耗；保留了传统 可有效消除温度偏差、稳定系统的优点；温度偏差和偏差变化率作为前馈量，极大地提高了控制系统的响应速度，满足了温度设定值频繁改动的需求。.升级改造后状况（）加热炉采用平炉顶，结构简单，操作和维护方便；（）全炉设 个物理供热段，即：一加热段上 下、二加热段上 下、均热段上（左）、均热段上（右）、均热段下；最多可分为 个炉温控制区进行炉温自动控制，可以充分适应加热钢种及产量的变化，对钢坯进行灵活有效地加热。另外，加热炉还设有 个较长的不供热的热回收区，充分回收烟气余热，节约能源；（）加热炉均热段上部采用炉顶平焰烧嘴供热，炉膛高度低，形成温度均匀的辐射面，炉膛升温快，炉温均匀，板坯加热质量好，且火焰不直接冲刷钢坯，氧化烧损少；其余各供热段采用先进的低 可调焰烧嘴侧向供热，不仅能保证加热炉宽度方向的炉温均匀性，而且具有友好的操作环境。升级改造效果 热连轧两座加热炉通过技术升级、结构改造，运行考核期内各项指标均达到国内领先水平。其中，加热炉生产能力从 提升至 ，提高.；能耗从.降至.，降低.；氧化烧损率从.降至.，降低了；坯料加热质量高（断面及水梁黑印温差稳定在 ），排放 （氧含量），取得了可观的经济效益。按轧线工作时间 ，吨钢利润 元（因厂而异），煤气热值 ，煤气价格.元（因厂而异）进行计算，各项经济效益为：（）利润增长：元 .万元；（）节能效益：万 （.）.元 万元；（）减 少 氧 化 烧 损 的 效 益：万 （.）元 万元。参考文献 王秉铨.工业炉设计手册（第 版）北京：机械工业出版社，.肖海东.轧钢蓄热式加热炉炉型及关键设备的设计选择 工业加热，（）：.唐龙伟.热轧不锈钢步进梁式加热炉的设计要点研究 工业加热，（）：.沈一鸣，陈光，包向军，等.基于加热机理与 算法的加热炉板坯能耗预测及影响因素分析 冶金能源，（）：.陈焕德，张宇，周云，等.蓄热式轧钢加热炉燃烧质量优化控制研究 冶金能源，（）：.兰钢，潘伟程.基于 的加热炉吨钢煤耗优化的研究与应用 冶金能源，（）：.韩晓任.轧钢加热炉节能改造及经济分析 冶金能源，（）：.赵 艳编辑冶 金 能 源 .