浅谈轧钢加热炉在生产中的温度控制发布日期:2015-2-27 16:46:02 - 访问量:

轧钢生产能耗约占钢铁联合企业生产总能耗的十分之一,其中消耗75%~80%于各种加热炉。加热炉节能的途径有许多种,选择合理的炉型结构,使用耐高温、保温性能好的新型耐火材料,采用先进的燃烧技术和燃烧装置等,都能取得明显的节能效果。但如何使各种节能措施得到充分的利用,合理地组织生产,加热炉实现热工自动化控制有着重要的意义。


轧钢加热炉


加热炉自动化控制系统的组成


轧钢加热炉热工控制的形式有各种各样的,但核心是由现场控制单元和操作台两大部分组成,为确保加热炉在各种状态下,特别是在热负荷变化的动态过程中。保证燃料的合理燃烧,实现炉子的“最佳状态”。因此,提高加热炉的控制水平就显得尤为重要。


近年来,随着计算机和自动化控制技术水平的不断提高和普及,在加热炉生产中的自动化控制方面也取得了非常大的成绩。加热炉热工自动控制一般由下面几个系统组成:1)温度及燃烧控制系统;2)压力控制系统;3)换热器保护系统。此外,还有烟气含氧量分析,声光报警装置、彩色CRT显示终端及打印装置。本文主要就温度控制对节能的影响来说明。


轧钢加热炉


温度及燃烧控制系统


轧钢加热炉在正常生产的情况下,各段的温度是均匀不变的。但是,当轧机出现故障或其它的情况时,为满足加热工艺的要求,炉子各段的温度和燃料的供应都得作出相应的变化。进入炉内的空气和燃料量的比例,直接影响燃料的燃烧。空气不足,燃烧不完全;燃耗增加,热效率低;空气过量,烟气量增加,又会从炉内带走大量的热,热效率也不高。因此,应选择正确的空气过剩系数,以保证燃料在加热炉内进行充分的燃烧。所以,当加热炉的供热量发生变化时进入加热炉的空气和燃料流量的比例应保持不变。而自动控制很容易实现这项功能。一定热值的燃料有其相应的理论空气供应量,在燃油加热炉中,油的热值(对同一加热炉)是基本不变的。但对燃气加热炉,特别是对以高炉、焦炉混合煤气为燃烧的加热炉,煤气的热值和密度是经常变化的。为确保空气和煤气按一定比例燃烧,有必要进行华百指数(热值)测量。华百指数是当煤气热值和密度发生变化时,校正空气过剩系数的。实际上,燃烧控制是维持空气量和煤气的热值之间,有一个固定的比例。


由上式可以看出,当煤气的热值C·V,密度r发生变化时,华百指数发生变化。通过变化的华百指数重新调整过剩系数,从而达到控制燃烧的目的。因此,在控制系数中安装华百仪(热值仪)是非常主要的。


在较大型的炉子上,为了节省燃料,减少钢坯在炉内高温区的停留时间,防止钢坯脱碳和减少氧化烧损。炉子的温度的控制,还可以采取切断烧嘴排数的方法来实现。当炉子产量下降,进入炉内的空气量和燃料量降到某一值时,炉子上的最后一排烧嘴自动关闭;产量继续下降,进入炉内的空气量和燃料量下降到又一值时,自动关闭后面倒数第二排烧嘴。但是,在切断燃料供应量,应保持烧嘴中有一定的空气时,防止烧嘴损坏。这种工作方式,产量低时,烟气量减少了,燃料也节省了。


计算结果分析


本文以某轧钢加热炉为对象,运用炉内钢坯加热模型及基于热平衡测试的热平衡模型对加热炉钢坯加热过程及燃料消耗情况进行了模拟计算,所得结果及分析如下。


当加热炉维持原有温度制度和产量不变的时,对不同的热装温度,以出钢温度要求为限,计算出炉子的燃料消耗量及单位燃耗随钢坯装炉温度的变化情况如图1。


从下图可以看出,随着装炉钢坯温度的增加,燃料的总消耗和单耗降低,因此提高装钢温度具有明显的节能效果,已经被大部分生产实践所证实。但是在生产过程中无法预料的是,此时炉子的燃耗和单耗是否最低,除此以外,由于热装温度的提高,是否增加了钢坯的氧化等。计算结果显示,当炉子的温度制度不变时,炉子的燃耗和单耗降低随装钢温度提高而降低的趋势在减缓的,如图1可以清楚的看出。在特定的产量下,随着热装温度的提高,燃耗及单耗的降低的趋势逐渐减小,是否意味着随装钢温度的提高加热炉节能的潜力在减少等。因此随着加热炉热装的进行,热装条件下炉子的温度制度必须加以研究,否则,随着热装温度的提高,炉子因热装而带来的潜力得不到充分发挥。图2是在供热制度维持不变时,计算出的炉子各段的燃耗随装钢温度的变化曲线,从图中可以看出,随着装钢温度的增加,在特定产量下,各段燃耗变化趋势不同,随着装钢温度的增加,预热段燃耗的减少量最大,加热段次之,均热段的燃耗几乎没有明显变化,而且产量越大时,加热段的燃耗降低幅度越大。可见,当采用炉料热装时,预热段及加热段的温度制度必须适时调整。


计算表明,若维持炉子原有的加热制度不变,以钢坯表面温度及断面温差满足出钢要求为目标,在提高装钢温度时,炉子的产量将相对提高,下表为计算出的在不同装钢温度下的炉子生产率相对增长率。加热炉加热制度不变时,装钢温度变化引起的生产率相对变化率随着热装温度的增加,保持原有温度制度不变的条件下,炉子生产率将一定程度的提高,对有些企业来说提高炉子的加热能力是有益的,但对有些企业来说,由于生产计划或轧机轧制速度的限制,不希望过高的增加产量,只要满足轧机的生产能力便可以。如此一来,就必须对炉子的现有热工制度尤其是加热制度进行调整,否则必然造成燃料消耗的浪费和炉内钢坯的氧化烧损。热装条件下炉膛温度制度的调整在现有的加热炉上目前只能凭借技术人员的经验,很难做到十分的准确。因此在大部分企业中,虽然实现了加热炉的料坯热装,有一定的节能效果,但并不显著,甚至加热炉的氧化烧损率较热装以前还高。为此,本研究以满足坯钢出炉表面温度和断面温差为约束,以500℃装钢温度为例,对不同生产率条件下以燃耗最低进行了优化计算。


表2是在装钢温度500℃的条件下,对于不同的生产率,以出炉钢温和断面温差为约束对燃烧的优化计算结果,从结果中可以看出,若热装温度为500℃,采用表2中的炉温计算值对加热炉各段实施温度控制,不同产量下的单耗值处于最佳,尽管炉子的产量在很大范围内变化,但不同产一量下的单位热耗却为定在一个很小的变化范围,基本上做到了燃烧最低。是由于严格的出钢温度约束和燃耗最低的条件,优化出了燃耗最低的加热炉各段加热温度分布,总体上降低了加热炉的温度水平,不仅节约了燃料,而且减少了钢坯在加热炉内的氧化烧损。


应用科技


图5、6是优化后获得加热炉不同产量下的燃料消耗、单耗与热装后加热炉加热制度不变的情况时燃料消耗、单耗的比较。由图可以看出,若采用500℃为热装温度,加热炉加热制度优化后的最大燃料节约量还可减少约20%。


结论


研究结果表明,现有的轧钢加热炉的结构和加热制度是适应加热炉物料冷装而设计和制定的,在冶金生产工艺发生了重大变革以后,加热炉的料坯热装已经成为加热炉节能的重要途径,因此为顺应加热炉的热


装要求,现有加热炉的构造因素和加热制度都需要适时调整,但因构造因素不可在短期内完成变动,唯一可能改变的就是加热炉的加热制度。若热装以后加热制度的加热炉制度不作调整,加热炉物料热装多带来的节能潜力不但得不到充分发挥,有时甚至于造成炉膛温度过高,增加炉内金属的氧化烧损、过热过烧等加热质量问题。如果对加热炉热装以后的加热制度进行合理的调整,将不仅带来燃料消耗的进一步节俭,还可以减少金属的烧损,为提高产品质量和炉子的正常生产带来很大益处。研究为热装加热炉进行加热制度的调整提供了理论依据。