王礼银，杨科大
中天钢铁集团有限公司，江苏 常州 213011
摘要：轧钢加热炉的是钢铁企业能源消耗和温室气体排放的大户。提高加热炉效率，减少能源消耗，控制钢坯氧化烧损，提高钢坯加热质量，是钢铁企业的重要课题和社会责任。本文就轧钢加热炉节能减排及降低氧化烧损这一点上进行粗略的分析，并提出几点可行的优化办法，智能燃烧技术是最有效的办法。
关键词：轧钢加热炉；节能减排；氧化损耗；智能燃烧
引言：能源竞争是冶金行业正在面临的挑战，降低能源消耗、建立环境友好的钢铁企业已经成为冶金行业可持续发展的一个重要方面，也是冶金行业利润增长的一个重要的基础工作。而轧钢加热炉的能源消耗约占冶金行业能源消耗的10%左右，其中轧钢加热炉又占了轧钢工序能源消耗的75～80%，是钢铁企业能源消耗和温室气体排放的大户。
目前，我国冶金行业的轧钢加热炉在产量、炉型结构、机械化、自动化、智能化水平及理论操作上与国外还存在一定的差距，炉子吨钢燃耗高、效率低，造成了能源的极大浪费。因此提高加热炉效率，减少加热炉能源消耗，是提高钢坯加热质量，控制钢坯氧化烧损，降低轧钢生产成本，减少温室气体CO2排放，实现钢铁企业可持续发展的有效方法之一，对国家的和谐发展具有非常重大的社会意义。
1轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的意义
“美丽中国”理念的提出，是对中国各个行业从业人员的具体要求。所以，在轧钢加热炉生产和制造过程中，需要遵守“美丽中国”的相关要求。轧钢加热炉的智能燃烧改造可以减少加热炉能源消耗，降低钢坯氧化烧损，降低生产成本，对于企业、社会同样具有重要的经济和社会意义。所以轧钢加热炉的节能及降低氧化烧损方法的落实，能更高效、高速的实现“美丽中国”[1]。
轧钢加热炉节能技术的进步，在节约资源消耗的同时，还可以减少温室气体CO2、废渣及污水排放，保护环境，减少对居民身体健康和生活的影响，提升居民的生活质量和生活环境，帮助周围居民安居乐业，在“美丽中国”社会中进行工作与休息，这同样也是对人民生活整体质量的促进和提升的一个部分[2]。
2轧钢加热炉生产管理现状
在冶金行业中，轧钢加热炉通常使用的燃料为高炉煤气或者高炉焦炉的混合煤气（以下简称煤气）的蓄热式加热炉。而影响其效率的关键是空燃比，即合理控制空气与煤气的比例。如果比例不当，空气不足，结果导致燃料不完全燃烧，热量损失上升；如果空气过多，就会使大量的热量随烟气被排出，使燃烧效率降低，降低了理论燃烧温度，增加了钢的烧损率。所以使燃料实现低空燃比完全燃烧，才能达到最小的热损失和最大的热效率。
2.1加热炉本体控制手段少
这种蓄热式轧钢加热炉系统比较复杂，包含有空气煤气流量控制系统、炉温控制系统、气体热交换系统、炉内压力控制系统、液压系统、炉底步进系统、进出钢系统、水冷系统、高温高压蒸汽回收系统、安全保护控制系统等。轧钢加热炉区域参与空燃比、炉膛温度、压力控制的设备众多，包括各段炉温测量热电偶，煤气、空气、烟气、冷却水以及蒸汽的流量调节阀、切断阀、换向阀、压力调节阀，以及各种安全保护连锁设备等等。
目前国内加热炉大多缺少煤气热值、炉内化学气氛、尾气化学成分检测装置，实际生产中煤气化学成分和压力波动大，仅靠加热炉操作人员在操作室内，根据现场实测炉温、火焰形态和个人经验，通过电脑远程对空、煤气调节阀的阀位进行人工调节，无法及时、全面、精确地调整和控制空燃比。所以常出现因为空燃比控制不当，导致过剩的煤气排放到大气中，对周围环境造成污染。
2.2加热炉操作人员技能不足
轧钢加热炉的燃烧过程是受随机因素干扰，具有大惯性、纯滞后、非线性特征的随机过程。对于这种复杂的对象，过去由于各种原因没有做到自动控制优化而是靠加热炉操作人员经验进行人工手动操作。
人工手动控制调节的滞后性，在升降炉温、调控空燃比和炉压的操作过程中时常会出现空气过剩或煤气过剩的情况。空气的过剩不仅造成燃烧效率降低，而且在炉内强氧化性气氛和高温的共同作用下进一步加剧了坯料的氧化烧损；煤气的过剩不仅造成能源的浪费，且会造成过剩的煤气在蓄热体中燃烧，大大降低了蜂窝体的使用寿命；此外，纯手动的燃烧控制操作会造成炉压波动较大，炉压过大会造成热气外泄，炉压过低又会大量吸入冷风，造成能耗升高。
在轧钢加热炉的生产和运作过程中，只能依赖加热炉操作人员经验进行调整，经常出现因为空燃比控制不当，而导致节能环保、工艺质量和生产指标等方面的规章制度要求得不到切实落实，最终造成资源进一步被浪费，并且氧化烧损的情况愈加严重[3]。
2.3加热炉操作人员环保和质量意识不够
钢坯在轧钢加热炉中加热是热轧工艺过程中的重要环节，加热质量直接影响到后续的轧制过程以及最终的产品质量。优质钢材对加热的要求更高，不允许出现过热、过烧、加热裂纹及加热温度不均等缺陷，还要控制氧化、脱碳，保证钢坯温度均匀性。加热炉操作人员的质量意识普遍不足，只重视生产工程的顺行，不关注加热质量。还有加热炉操作人员抱有对节能环保的错误思想，认为节能环保只是政府应该关心的事情，于自己并无关系。在实际生产操作中，政策与要求已下发，但是加热炉操作人员为了方便，并未完全按照要求与标准进行生产和制造的开展。所以，从业人员意识有待提升[4]。
3轧钢加热炉节能减排及降低氧化烧损优化措施
3.1增加轧钢加热炉在线检测装置
目前国内加热炉大多还没有配备残氧分析仪和煤气热值仪对空燃比进行分析，而且在实际生产中存在化学成分和压力波动大，含有焦油、灰尘、水分多等问题。轧钢加热炉煤气的热值受各种生产因素影响发生变化，使得空燃比的精确调整十分困难。
如果在不改变炉体结构及加热工艺的基础上，给加热炉配备一套残氧分析仪和煤气热值仪等检测设备，就能对各段和炉尾的氧气或一氧化碳浓度，进行快速、实时的监测。帮助加热炉操作人员根据真实的煤气质量、燃烧状态，准确判断炉况，及时调整空燃比，提高燃烧热效率，实现节能减排、降低氧化烧损的节能目的。
3.2利用智能燃烧技术提升轧钢加热炉节能效果
现代轧钢加热炉可以通过智能燃烧技术改造来提升节能效果。智能燃烧控制系统的核心是通过炉温自动控制以煤气、空气流量控制串级双交叉调节回路原理（如图1），借助智能烟气分析系统的动态检测数据，根据坯料的钢种、规格、加热炉内坯料分布情况以及加热状况，来优化计算加热炉各燃烧控制段的温度设定值，并实时调整炉温设定值，达到精确控制炉膛氛围的作用。智能燃烧系统带有空燃比自学习控制功能，根据钢种、规格、坯料厚度、各段预测剩余在炉时间、当前坯料温度、燃烧介质变化量等，推算出各段的最优空燃比数值。其中智能烟气分析系统主要由烟气取样系统、分析系统、控制系统组成，通过电磁阀切换检测不同控制段的烟气残氧、一氧化碳情况，将检测值反馈至智能燃烧控制系统并调整；智能化的调节方式帮助加热炉温度控制稳定性、准确性、及时性，最大程度上的将人力成本降低，进一步稳定能源消耗，降低氧化烧损情况[5]。
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3.3提升加热炉操作人员技能
提升员工的素质和技能是企业和个人发展的一个重要的核心竞争力，对于员工技能的提升有以下几点建议：领导重视，把员工技能培训列入重要的工作日程，制定培训目标、规划和切实可行的措施，加大投入，建立长效机制；定期组织生产车间开展理论知识和实际操作培训，让员工了解加热炉基本结构和运行原理及操作注意事项，并定期组织研讨会，发动全员参与，一起调查收集材料、深入分析问题原因，制定对策并相互借鉴 ；发挥车间技术能手和技能专家作用，他们定期深入现场，有针对性的解决生产中出现的难点、重要问题，给操作员工做实地示范，手把手地传授；公司、车间提供相应的专业理论书籍，鼓励员工自我提升，对学有成效的员工加大奖励力度。
3.4提升加热炉操作人员环保和质量意识
加强对加热炉操作人员本身的质量意识与节能环保意识培训。加热炉操作人员是轧钢加热炉节能和降低氧化烧损、提升加热质量技术落实中的重要一环。通过科学的培训教育，操作人员意识的提升，能很大程度上的提升轧钢加热炉的生产效率和质量，减少在生产过程中出现的违章违规情况。可以实现从设备、工艺、环保等方方面面的精心操作,从而提高钢坯温度均匀性、降低脱碳层厚度、减少加热二次缺陷，实现稳定轧制,提高棒线材加热质量、节能降耗，满足高品质线材的生产要求[6]。
结束语
综上所述，轧钢加热炉在钢铁工业中使用范围极广，应用智能燃烧技术是降低加热炉的氧化烧损以及提升加热炉节能能力是现代社会发展的必然要求之一。落实“美丽中国”政策，不仅仅要依靠一个人或者一个行业的力量，需要联系各行各业，通过全面的发展和改善，来提升各行业在节能以及环保方面的能力，最终实现社会主义现代化建设，为我国的民生事业做出共同的努力，并为此贡献自身的一分力量。
参考文献
[1]李波. 探讨轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径[J]. 山东工业技术,2019(01):46.
[2]姚海涛,魏福顺. 探讨轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径[J]. 中国金属通报,2019(06):10+12.
[3]程文宝. 轧钢加热炉在生产中的温度控制研究[J]. 中国金属通报,2019(08):17+19.
[4]雷纬晖. 轧钢加热炉在生产中的温度控制研究[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊),2020(01):167-168.
[5]樊炜凯. 轧钢加热炉在生产中的温度控制探讨[J]. 山西冶金,2020,43(02):96-97+165.
[6] 任玉辉，赵学博，许广远. 高品质棒线材无缺陷加热技术的研究 [C]. 全国金属制品信息网年会暨金属制品行业技术信息交流会. 无锡:中国金属学会, 2013.
作者简介：王礼银（1974-），男，河南唐河人，汉族，硕士研究生学历，中天钢铁集团有限公司第八轧钢厂，工程师