浅谈热轧工序的节能措施

【关键词】热轧 工序 节能 

　　一、引语 

　　随着我国钢材产量的迅猛增长，产能过剩问题日趋显著，吨钢耗能还很高，产品质量合格率、高附加值产品也都不尽人意。因此，迫切需要在现有的设备中实施先进的生产工艺，提高产品质量，降低能耗及生产成本，使我国钢铁工业真正做到可持续发展，完成由钢铁大国向钢铁强国的转变。 

　　二、主要节能新技术措施 

　　（一）加热炉余热利用 

　　轧钢连续加热和均热炉是钢铁企业中耗能较多的设备。其热效率一般只有20%～30%，约有70%～80%的热量散失，其中烟气带走的热损失约占30%～35%。加热炉的烟气量根据炉型大小不同，一般在7000～300000m3/h（标准状态）范围内。烟气温度一般为550～990℃，也有超过1000℃以上的。如果将烟气的余热用来加热助燃空气，当助燃空气被加热到400℃时，可以达到节能20%～25%的效果。目前新型蓄热式加热炉技术能最大限度地回收出炉烟气的热量而大幅度的节约燃料、降低成本，还能提高炉子的产量，同时减少CO2和NO2的排放量，有利于环境保护，因此，引起普遍重视和迅速推广。新型蓄热式加热炉技术的重大突破主要表现在两个方面：一是蓄热体改为陶瓷小球、蜂窝体等陶瓷质蓄热体，表面积比格子砖大了几十甚至上百倍，因而传热效率很高，蓄热室体积大大减少；二是换向设备的改造和控制技术的提高，使换向时间大大缩短，可靠性增强。传统蓄热室的烟气温度为300℃、600℃，而新型蓄热室烟气的温度只有200℃或更低。新型蓄热室可以将空气或煤气预热到比出炉烟气温度只低100℃左右，热效率可达到70%以上。 

　　（二）低温轧制技术 

　　低温轧制技术是降低轧钢工序能耗的重要节能措施。降低加热炉出钢温度，可减少加热过程的燃料消耗，减少坯料的烧损。随着出钢温度的降低，氧化铁皮量也显著减少。采用低温轧制可以缓解轧制过程轧辊温度变化，减少因热应力引起的轧辊消耗。降低轧制温度，可以减少轧制过程中二次氧化铁皮生成量，降低轧辊磨损量，从而降低辊耗。同时在降低轧制温度后，轧件的塑性也随之降低，这将会导致轧制力矩、轧制力增大，咬入条件恶化，从而使轧制功率增加。统计数据显示，低温轧制在燃料消耗和氧化铁皮量上降低所得的效益，完全能抵消并超过提高轧制功率增加的成本。因此，如果轧机的刚度、轧制力、辊身强度、主电机功率等能满足低温轧制的要求，轧后产品性能也能满足要求，则降低钢坯的加热温度可在节能降耗、减少金属烧损等方面获得明显的经济效益。 

　　采用低温轧制技术，要严格控制轧制温度。在不同温度条件下形成的二次氧化铁皮的组成不同，工作辊的磨损也不同。当温度低于900℃时，钢板表面的氧化层主要是FeO，并带有少量的Fe3O4，没有Fe2O3；但当温度在900℃以上时，FeO量减少，随之Fe3O4增多，会有Fe2O3生成。Fe3O4和Fe2O3比FeO硬度高，更耐磨。因此，当钢板温度超过900℃时，轧辊的磨损比温度较低时更为严重。从减缓轧辊磨损、提高钢板表面质量的角度出发，希望精轧阶段钢板温度尽可能低，但是还应考虑到轧机的轧制能力。 

　　（三）超快速冷却及在线淬火技术 

　　通过控制钢坯加热温度、轧制温度及轧后冷却，许多专用钢可取消轧后热处理工序或减少热处理时间。利用轧后钢材的余热在相应的工艺条件下热处理，可提高钢材性能和节约能源。 

　　在上世纪90年代初，采用加速冷却技术制造的TMCP钢实现了提高钢板强度、改进焊接性能的目的，目前加速冷却技术已广泛应用于管线钢、造船板、桥梁板等产品。然而，最近几年对钢板质量的要求日趋严格，如钢板整体性能要均匀一致、减少强度下降等，为满足新的要求，基于一个全新的概念，己开发出新一代加速冷却工艺——超快速冷却技术（UFC）。 

　　普通层流冷却水流冲击静止热钢板时的换热区域。冷却水流落到热钢板表面以后，在水流下方和几倍水流宽度的扩展区域内，形成具有层流流动特性的单相强制对流区域，也称为射流冲击区域。该区域内由于流体直接冲击换热表面，使流动边界层和热边界层大大减薄，从而大大提高热/质传递效率，因此换热强度很高。随着冷却水的径向流动，流体逐渐由层流向湍流过渡，流动边界层和热边界层厚度增加，同时接近平板的冷却水由于被加热开始出现沸腾，形成范围较窄的核态沸腾和过渡沸腾区域。随着加热面上稳定蒸汽膜层的形成，表面出现薄膜沸腾强制对流区，该区域内由于热量传递必须穿过热阻较大的汽膜，而不是液膜，因此其换热强度远小于水与钢板之间的换热强度。随着流体沸腾汽化，膜状沸腾区之外，冷却水在表面聚集形成不连续的小液态聚集区。小液态聚集区的水最终或者被汽化，或者从钢板的边缘处流下。 

　　UFC装置通过减小出水口孔径，加密出水口，增加水压，以保证小流量的水流也能有足够的能量和冲击力击破水膜。根据其特点，可以认为超快速冷却系统通过流体直接冲击换热表面，使流动边界层和热边界层大为减薄，从而大大提高了热/质传递效率，因此其具有射流冲击换热的特性。从换热机理上来看，是通过扩大单相强制对流区的面积，减小薄膜沸腾换热区，来提高整个冷却系统的换热强度，从而可以达到热带钢超快速冷却的目的。 

　　三、结语 

　　综上所述，当今热轧带钢生产过程中，出现了加热炉余热利用、低温轧制技术、超快速冷却及在线淬火技术等多种具有节能作用的新技术、新工艺，这将对降低吨钢耗能，实现钢铁业的可持续发展具有非常积极的影响。 

　　参考文献： 

　　[1]赵亮.浅谈钢铁联合企业节能措施[J].山西冶金，2008，（06）. 

　　[2]几种新兴钢铁企业节能系统[J].鞍钢技术，2009，（02）. 

　　[3]熊超.钢铁企业煤气系统节能探讨[J].冶金经济与管理，2010，（04）.