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摘要:在鋼鐵業(yè)持續(xù)低迷的背景下，節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本。某寬厚板廠通過調(diào)整和優(yōu)化加熱工藝，獨(dú)創(chuàng)了一些關(guān)鍵共性技術(shù)，解決了生產(chǎn)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)了一爐對(duì)一機(jī)的生產(chǎn)模式。單爐生產(chǎn)的實(shí)踐，極大地降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:寬厚板加熱爐;關(guān)鍵共性技術(shù);單爐生產(chǎn);加熱工藝

鋼鐵企業(yè)目前面臨資源短缺、能源消耗高、污染物排放超標(biāo)的困境。采用資源節(jié)約，能源高效利用和超低排放、甚至零排放的清潔發(fā)展方式是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提。2010年，某鋼企年產(chǎn)量200萬t的5m寬厚板廠建成投產(chǎn)。軋機(jī)采用雙機(jī)架布置，配套建設(shè)2座步進(jìn)梁式加熱爐并預(yù)留一座推鋼式加熱爐。投產(chǎn)以來，均采用2座爐子同時(shí)生產(chǎn)的模式，平均小時(shí)產(chǎn)量為260t/h，鋼坯平均在爐時(shí)間為310min。經(jīng)過3年多的節(jié)能降耗攻關(guān)，該廠通過調(diào)整和優(yōu)化加熱工藝，獨(dú)創(chuàng)了一些關(guān)鍵共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一爐對(duì)一機(jī)的生產(chǎn)模式，爐子的單耗指標(biāo)逐年改善。特別是單爐生產(chǎn)的實(shí)踐，進(jìn)一步降低了爐子的燃料消耗和動(dòng)力消耗，改善了爐子的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，極大地降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2013年5月到2014年4月爐子的單耗指標(biāo)見表1。

1單爐生產(chǎn)的可行性分析

單爐生產(chǎn)旨在降低整個(gè)工序的生產(chǎn)成本，而不是單純降低加熱工序成本。因此，單爐生產(chǎn)條件下，爐子的產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到雙爐生產(chǎn)的水平。在雙爐生產(chǎn)條件下，軋鋼工序的產(chǎn)量瓶頸在剪切工序，而單爐生產(chǎn)時(shí)，瓶頸則為加熱爐，因此應(yīng)想方設(shè)法提高單爐的小時(shí)產(chǎn)量。爐子的技術(shù)性能見表2。從表2可知，爐子的額定產(chǎn)量為230t/h，接近雙爐生產(chǎn)時(shí)的平均產(chǎn)量260t/h。而采用單爐生產(chǎn)，爐子的爐底強(qiáng)度必須提高到685kg/(h•m2)。單爐每小時(shí)出鋼塊數(shù)達(dá)20塊，平均裝爐塊數(shù)為22塊，板坯的在爐時(shí)間為132min，才能達(dá)到產(chǎn)量要求。如果采用冷坯裝爐達(dá)到同樣的產(chǎn)量要求，則標(biāo)準(zhǔn)坯的加熱速度達(dá)5min/cm，即使采用強(qiáng)化加熱，犧牲爐子的使用壽命也難達(dá)到要求，因此單爐生產(chǎn)的前提是實(shí)現(xiàn)爐子的熱裝和直裝。而采用鑄坯直裝會(huì)造成邊裂、星裂或探傷不合是中厚板熱裝生產(chǎn)工藝的難點(diǎn)，也是國內(nèi)中厚板企業(yè)熱裝和直裝率不高的主要原因。文獻(xiàn)［1］指出星狀裂紋的產(chǎn)生與鋼種、結(jié)晶器的水冷、保護(hù)渣性能、鋼水含銅和結(jié)晶器操作等有關(guān)。文獻(xiàn)［2］指出鑄坯入爐溫度、加熱時(shí)間、加熱溫度對(duì)星狀裂紋產(chǎn)生影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，加熱時(shí)間超過4h星狀裂紋率明顯上升;入爐溫度在600～700℃，星狀裂紋比例偏高，冷送坯星狀裂紋率明顯低于熱送坯，而中厚板直裝的入爐溫度正好在這個(gè)溫度區(qū)間。文獻(xiàn)［3］指出，送坯制度、鑄機(jī)設(shè)備精度、鋼中氮含量及鋼水純凈度、二冷制度對(duì)邊部裂紋有顯著影響。該廠在2013年10月開始的熱裝和直裝試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了大量的星狀裂紋;在冬季生產(chǎn)時(shí)，探傷不合的比例較大;鋼板的邊部裂紋制約了軋機(jī)作業(yè)率的提高，這些因素是制約單爐生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

2單爐生產(chǎn)的關(guān)鍵、共性技術(shù)的應(yīng)用

2.1星狀裂紋控制(1)做好結(jié)晶器的維護(hù)和操作，穩(wěn)定結(jié)晶器液面;控制好拉速，減少鋼水溫度的波動(dòng)。(2)做好結(jié)晶器冷卻水的日常管理，保證給水溫度在30℃左右，氣溫高時(shí)，打開冷卻塔風(fēng)機(jī)，氣溫低時(shí)，采用通入蒸汽的方法加溫。(3)對(duì)于星狀裂紋傾向大的鋼種，通過加保溫罩進(jìn)行鋼坯緩冷。(4)在鑄坯下線輥道對(duì)鑄坯進(jìn)行打水激冷，抑制晶界裂紋的產(chǎn)生。

2.2邊部裂紋的控制(1)為了避免在直裝過程中碳氮化物的析出，必須確保連鑄坯在連鑄和熱軋的輸送過程中，其表面溫度始終高于r3或始終低于r1，而實(shí)際生產(chǎn)過程中鑄坯熱送溫度很難始終高于r3。采用鑄坯表面淬火是避免熱送產(chǎn)生邊部裂紋的有效措施。經(jīng)過表面淬火，鑄坯表面溫度可以冷卻到300℃以下，鑄坯在加熱后，形成細(xì)小的晶粒尺寸，避免了熱軋時(shí)，由于碳氮化物的析出，造成奧氏體晶粒邊界延展性的顯著降低。(2)采用大倒角結(jié)晶器。連鑄板坯角部橫裂紋是連鑄板坯較常見的表面質(zhì)量缺陷，含鈮、釩、鈦、鋁的低合金鋼角部橫裂紋幾率非常高，一旦出現(xiàn)鑄坯角部橫裂紋必須進(jìn)行切角或倒角才能去除，導(dǎo)致成材率降低或非計(jì)劃率增加，同時(shí)也影響了熱裝生產(chǎn)。由于鑄坯邊部在加熱過程中加熱速度較快，在高溫區(qū)的時(shí)間較長，導(dǎo)致邊角的晶粒粗大，加劇了邊部裂紋的擴(kuò)展。大倒角結(jié)晶器生產(chǎn)的板坯無常規(guī)板坯的直角部分，且新形成的角部度數(shù)大于125°，正常澆注條件下板坯角部溫度能夠比原直角部分升高50℃以上，使板坯表面避開了極易出現(xiàn)橫裂紋的溫度區(qū)間，角部受力狀況也大大改善，板坯在經(jīng)過容易產(chǎn)生橫裂紋的區(qū)域時(shí)綜合應(yīng)力明顯降低，板坯直角部發(fā)生橫裂紋的幾率明顯減少。(3)控制好鑄坯加熱溫度和在爐時(shí)間。單爐生產(chǎn)時(shí)，有些班組為了搶產(chǎn)量，通過提高爐溫來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，造成鑄坯邊部過燒。

2.3探傷合格率的控制(1)對(duì)有探傷要求的鋼種，采用合理的冶煉工藝，如確保精煉進(jìn)真空時(shí)間和真空度、成分的精準(zhǔn)控制、做好保護(hù)澆注等。(2)不能及時(shí)入爐的鋼坯采用加保溫罩緩冷析氫，減輕白點(diǎn)缺陷的影響。(3)在冷床上安裝保溫設(shè)施，起到緩冷析氫的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)鋼板進(jìn)行保溫緩冷比對(duì)鋼坯加蓋緩冷的去氫效果明顯。

2.4適應(yīng)冷裝、熱裝和直裝的加熱制度的調(diào)整與優(yōu)化(1)鑄坯冷裝中厚板的生產(chǎn)特點(diǎn)，決定了其熱裝率不可能無限提高。根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，熱裝、直裝率穩(wěn)定在85%的水平，還有15%左右的鑄坯必須采用冷裝工藝。冷裝加熱制度見表3。而單爐生產(chǎn)時(shí)，冷裝對(duì)產(chǎn)量的影響很大。因此在編制生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注冷坯計(jì)劃的編排。如利用每天的換輥、周修和月修時(shí)間安排冷裝計(jì)劃;利用軋制鋼錠的時(shí)間安排冷裝計(jì)劃;在熱裝中插入薄規(guī)格的冷坯;當(dāng)有些鋼種要求的在爐時(shí)間較長，加熱溫度較高時(shí)，跟隨其后可插入適量的冷坯。利用這些措施，可消化掉冷坯庫存。(2)鑄坯熱裝對(duì)于鑄坯裝爐溫度400℃左右的熱坯，采用熱裝工藝。步進(jìn)爐共60m長，分4個(gè)供熱區(qū)，可適當(dāng)提高一加熱段、二加熱段和三加熱段的爐溫，提高鑄坯在爐內(nèi)加熱階段的平均輻射溫壓，達(dá)到快速加熱的目的。熱裝的加熱制度見表4。(3)鑄坯直裝利用連鑄機(jī)與軋線相臨的有利條件，開展好鑄坯直裝。輥道直裝項(xiàng)目改造完后，直裝率將達(dá)到75%，直裝入爐溫度達(dá)到680℃左右。直裝的加熱制度見表5。

3單爐生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及效益分析

3.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2013年11月25日到12月10日，進(jìn)行了為期半個(gè)月的單爐生產(chǎn)試驗(yàn)，出現(xiàn)了批量的板坯質(zhì)量問題，如邊裂、星裂和探傷不合等。從2013年12月11日到2014年元月7日，采用了一系列關(guān)鍵共性技術(shù)，完成了所有的配套改造，達(dá)到了理想效果。單爐生產(chǎn)與雙爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表6。該廠通過采用熱裝和直裝，提高剪切線效率，抓好精益生產(chǎn)，采用單爐生產(chǎn)的產(chǎn)量比雙爐生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量更高，板坯在爐時(shí)間縮小了55.6%，出爐溫度降低37℃，熱裝和直裝率升高到85%，熱裝溫度升高77℃，爐子單耗降低0.15GJ/t。

3.2經(jīng)濟(jì)效益分析(1)降低爐子燃耗通過提高熱裝率、熱裝溫度，適當(dāng)降低出爐溫度，爐子單耗降低0.15GJ/t，煤氣單價(jià)為40元/GJ，噸鋼節(jié)約6元。(2)降低電耗單爐生產(chǎn)時(shí)，可減少1臺(tái)410kW的助燃風(fēng)機(jī)，停用5×132kW液壓泵組，停用1臺(tái)220kW凈環(huán)水泵，裝機(jī)容量減少1300kW，電耗噸鋼可降低2.4元。(3)減少氧化燒損，提高成材率鋼坯實(shí)現(xiàn)直裝和熱裝，在爐時(shí)間減少，鋼坯氧化燒損大大降低，成材率升高0.7%，噸鋼降低成本8.4元。(4)減少了爐子的節(jié)能改造時(shí)的停產(chǎn)損失該廠已啟動(dòng)了爐子的汽化冷卻及煙氣余熱利用改造，產(chǎn)生的蒸汽并網(wǎng)發(fā)電。如果不實(shí)行單爐生產(chǎn)，完成兩個(gè)爐子的改造，將影響4個(gè)月的產(chǎn)量，損失巨大，對(duì)全公司的生產(chǎn)平衡產(chǎn)生較大影響，全廠的成本指標(biāo)也難以完成。

4結(jié)論

中厚板線的單爐生產(chǎn)取得了巨大的成功，開發(fā)了一系列關(guān)鍵共性技術(shù)，提高了煉鋼、軋鋼的生產(chǎn)管理水平，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］楊建洲.Q460C鋼星狀裂紋產(chǎn)生原因探析［J］．連鑄，2009，(2):36－37.

［2］董光軍.鋼板邊部小縱裂紋控制與探討［J］．連鑄，2010，(2):44－46.

［3］牟桂海.連鑄板坯倒角結(jié)晶器的應(yīng)用實(shí)踐［J］．中國重型裝備，2014，11(4):39－40.

作者：張強(qiáng)國 單位：湖南華菱湘鋼有限公司