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提高热轧加热炉热装率的研究论文

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  关键词:加热炉;热装率;入炉温度;节能降耗

  1热轧钢坯热送热装的概述

提高热轧加热炉热装率的研究论文

  热轧产线中加热炉是关键的能耗设备,约占热轧产线能耗成本的四分之三。有效降低热轧加热炉的能源消耗,不仅可以减少热轧产线的能源投用成本,还可以提高钢材的市场竞争力。当前,由于炼钢连铸技术的不断提高,实行连铸坯的热送热装技术,把刚连铸完成但仍处于高温的钢坯直接送到热轧加热炉中,充分利用钢坯本身的余热,减少热轧加热炉的燃料投用,降低能源成本。

  对于热轧生产过程中的加热炉来说,保证钢坯的入炉温度、提升热装率,不仅可以有效减少能源消耗,降低吨钢能耗和成本,还可以缩短钢坯的在炉时间、减少氧化烧损,极大地提高热轧产线的小时产量。同时提高热装率可以减少钢坯在环境中的冷却时间,从而减少氧化损失,提高钢坯的质量。钢坯在冷却过程中,如果时间过长,由于自然时效的缘故,会导致钢坯表面出现裂纹、内部晶粒粗大等问题,从而造成热轧质量缺陷的出现。因此实现和提高热轧加热炉的热送热装能力,提升热装率可以有效降低热轧产线的能源成本[1]。

  2钢坯热装的节能效果

  根据加热炉热平衡,钢坯带入的热量作为加热炉热收入项之一,当坯料带入的热量增加时,加热炉的燃料供给量就会相应减少,即达到节能的效果。

  已知每吨钢带入的热量可由Q钢坯=1000×(C入t入-C环t环)计算所得,环境温度t环可取20℃。表1为不同温度下普通碳素钢20#钢在不同温度下的比热容。表2为不同入炉温度和热装率下钢坯带入的热量。从表2可以看出,入炉温度和热装率越高,钢坯带入的热量就会越多,加热炉燃料的供给量就会随之减少。因此热送热装工艺在加热炉节能降耗方面有很大的效果,可以挖掘的节能潜力非常大[2]。

  3影响钢坯热装的因素分析

  热送热装的目的是保证钢坯的入炉温度,减少钢坯在装炉前的温度损失。因此就需要缩短连铸坯从切割到转运再到热轧装炉前的等待时间,减少等待装炉期间钢坯的温度损失,从而提高入炉温度。3.1等待钢坯质量的判定

  炼钢工序中,由连铸机连铸出来的钢坯需要进行定尺并进行切割。切割完成后,为避免钢坯质量的不确定,造成热轧在轧制时出现批量质量事故。切割完成的钢坯暂时不能送往热轧。还需进行成分取样、质量的判定、摊检和翻面。因此连铸坯在完成切割、取样和质量判定的期间会造成钢坯的温度损失,影响钢坯的入炉温度[3]。

  3.2等待物流装车

  钢坯完成切割、质量判定后等待装车的过程,也会造成钢坯温度损失。同时,由于炼钢各个连铸线距热轧的位置不同,物流运输流程时间不一,造成钢坯的温降损失波动较大,钢坯在物流车内若缺少保温,也会影响钢坯整体的入炉温度,降低热装率。因此运输钢坯的车辆的保温性能也是热送热装需密切关注的一个方向。

  3.3热轧板坯库的保温

  当热轧产线遇到设备故障、废钢,或热轧产线进行大检修时,就会造成较长时间的停机,从炼钢运送来的钢坯需要在板坯库内堆放较长时间。其次,若遇到热轧产量压力大,钢种切换频繁时,由于集中排产的要求,未进行排产的钢坯也需要在板坯库内堆放一段时间。若板坯库内的保温效果不佳,库内钢坯的温度就会大幅下降,从而降低了钢坯的入炉温度和热装率。同时热轧加热炉的吨钢能耗也会增加,极大地提高了生产成本。

  3.4热轧运输辊道上的温度损失

  热轧加热炉生产过程中,根据热轧计划编排,将所需要生产的钢种按计划依次装入加热炉。但在装炉前,钢坯首先需要运送至辊道上核对钢坯信息和称重,再运至加热炉装钢炉门口等待装钢。因此钢坯在辊道上的运送过程也会造成钢坯的温度损失,影响入炉温度。

  4提高热装的措施

  4.1优化连铸工艺和判定流程

  从节能的方向考虑,连铸机连铸出的钢坯,若在热轧加热炉的入炉温度越高,就能有效降低能耗指标。而影响钢坯在热轧加热炉最终入炉温度的因素之一为连铸完成钢坯切割后的温度。而钢坯的切割温度取决于连铸工艺的参数,即钢水的过热度、连铸机的拉速、冷却水量的调节等。因此针对不同的钢种,逐一优化连铸工艺参数,提高钢坯切割后温度可以有效保证热轧钢坯的入炉温度。其次钢坯切割后的成分测定和表面质量判定的等待时间也是影响热轧钢坯入炉温度因素之一。针对成分和质量判定时间长,要协同炼钢和检验部门,减少中间等待环节,尤其避免人为因素导致判定时间长[3-4]。

  4.2提高运输车的保温

  为保证钢坯的热装率和热装温度,提高热送热装技术的能力,对于从炼钢运输至热轧钢坯的车辆也必须要求有较好的保温性能。因此,对钢坯运输车辆进行保温改造是非常有必要的。目前比较常用的方法是为运输车辆加装保温罩,保温罩内还应该嵌入硅酸铝纤维毡等保温材料。其次还应注意车辆的保温罩在吊装过程中,避免与钢坯相撞,造成保温罩的损坏。局部破损的保温罩会导致隔热性能降低,加大钢坯的温度损失。另外,若保温罩内的保温棉掉落在钢坯上,还会造成热轧缺陷。因此在实际运输过程中,除了对车辆加装保温罩之外,还应在保温罩上加装防撞装置,以及防止保温面掉落的隔离层。图1为某公司自行设计的车载保温罩的三维结构示意图,保温罩采用双摇杆滑块机构原理,通过控制油缸的伸出和缩回可实现自动打开和关闭操作[5]。

  4.3提高热轧板坯库的保温

  热轧板坯库是热轧进行收料,存放钢坯用以缓冲和平衡炼钢和热轧生产节奏的关键位置。由于热轧集中排产的要求,对不能及时排产的钢坯需要放入板坯库内等待集中排产,因此提高板坯库内的保温效果,减少热坯与外界空气的直接对流换热,能够有效降低热坯的温度损失、提高热装率、减少吨钢能耗成本。同时,对某些要求入炉温度高的钢种,若提高板坯库的保温效果,还能对热轧产品的质量有一定的改善作用。图2为某公司设计的热轧板坯保温装置,该装置主要包括保温坑、内外保温罩、轨道系统和电动控制系统等。在保温状态下,内外保温罩处于关闭的位置,对板坯进行保温,入料时,根据保温坑内的板坯情况,操作工远程遥控大保温罩和小保温罩移动,就可以打开保温坑内的空闲位置,由行车吊装钢坯进入保温坑内保温,完成收料。出料时,根据保温坑内板坯的存放情况,操作人员同样只需要通过控制保温罩的移动,打开和关闭保温坑内需要出料的钢坯上方的保温罩,由行车将钢坯吊出放在加热炉装钢运输辊道上,待出料完毕后关闭上方的保温罩即可[6]。

  4.4优化排产

  优化热轧与炼钢的排产计划是提高热送热装比例的重要关键因素之一。通过建立炼钢、热轧与销售之间的联动协同机制,销售根据客户需求给出炼钢周计划,热轧核对计划中各钢种、断面的承接对热轧是否有影响,及时提前反馈给销售和炼钢做优化调整,根据订单变更情况提前做出调整。

  若炼钢同期连铸生产异钢种时,因热轧每次只能轧制同钢种导致无法直接进行排产,会对热装造成极大的影响。所以热轧还应考虑梳理各钢种间的热轧工艺参数情况,对工艺相近的钢种做出混排测试,以此论证钢种间混排的可能性。同时跟踪下游冷轧退火酸洗情况,根据质量反馈情况,对质量稳定的钢种,可固化混排工艺,进行混排操作,从而提高排产灵活性和热送热装能力,持续降低加热炉能耗。

  此外热轧进行优化排产时,还应考虑热轧轧辊与加热炉的情况制定多种排产模式,提高排产灵活性。加热炉内不同的钢种规格,炉内的钢坯的加热支数不同,所以要保证轧辊轧制支数与加热炉内的加热支数匹配。同时粗轧辊的辊期与精轧辊的辊期应尽可能地匹配,以减少换辊的时间。换辊期间加热炉上料辊道上的钢坯应吊入板坯库内,待换辊结束后加热炉开始装钢,再吊回加热炉钢坯上料辊道,减少钢坯在辊道上的温度损失[7-8]。

  4.5减少钢坯运输辊道上的热损失

  钢坯在运输辊道上的运输过程也是影响钢坯入炉温度的因素之一,为减少钢坯在运输辊道上的温度损失,可在运输辊道上加装保温罩,保温罩安装的位置主要为非操作位置,主要以不影响钢坯的吊装、核对钢坯信息以及装钢操作为前提。保温罩内层可嵌入保温棉提高保温罩的保温效果,减少钢坯在辊道上的温降,确保钢坯入炉温度的提升,减少加热炉的能耗。

  5结论

  文章通过对钢坯热送热装相关因素的进行分析,列举出了五种有效减少钢坯热送热装温度损失的举措,即优化连铸工艺和钢坯判定流程、提高运输车的保温、提高热轧板坯库的保温、优化排产、减少钢坯运输辊道上的热损失。对提高热轧加热炉热装率、缩短加热时间、减少氧化烧损、减少钢坯在炉时间、缩短轧制周期,用以提高生产效率、提高钢坯的质量、降低加热炉吨钢能耗成本起到关键作用。

  参考文献

  [1]刘常鹏,贾振,邓伟,等.热装热送技术研究[C].//2010年全国能源与热工学术年会论文集.2010:537-539.

  [2]胡小兵.本钢1700mm线热装率现状及改进[C].//2013年全国冶金能源环保生产技术会论文集.2013:199-201.

  [3]刘苗.影响热轧产线热送热装率的因素及改善措施[J].冶金能源,2017,36(4):44-45+53.

  [4]刘祥.提高短流程生产线的热送/热装率的有效途径[J].江苏冶金,1998(4):21-23+27.

  [5]段新虎.钢坯热送车辆保温结构的改进[J].科技资讯,2012(15):78+80.

  [6]王志慧.一种热轧板柸保温装置的应用[J].山西冶金,2023,46(7):198-199+204.

  [7]陈帅.热轧板带加热炉热装率提升实践[J].福建冶金,2022,51(6):46-49.

  [8]刘勇,刘富贵,付芹,等.提高连铸坯热送热装率技术研究及应用[J].金属材料与冶金工程,2021,49(6):38-44+52.

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