关于轧钢的论文
材料与冶金学院
09成型一班
轧钢工艺中的节能技术
摘要：为实现钢铁工业的可持续发展，在近年国家“钢铁产业结构调整、淘汰落后产能”等 钢铁产业政策引导下和“循环经济、低碳经济、清洁生产和绿色钢铁”等节能减排主题的 倡导下，中国钢铁工业向低能耗、短流程和高附加值产品方向发展，同时中国钢铁工业的 节能减排工作取得很大进展。 由于轧钢系统在整个钢铁综合能耗中比重较低和产品附加值 高等因素影响，近年来轧钢生产能力增长迅速，轧钢系统节能工作取得新进展，节能技术 在新建或改造轧钢系统中不断得到应用，轧钢工序能耗不断降低
关键字：轧钢 节能技术
轧钢工序节能技术及发展趋势
在热轧生产中，轧钢工序钢坯加热耗能高，以典型的棒材轧机生产能耗为例，钢坯加热消耗的能量占80%，用于钢材轧制的能耗仅占16.9%。随着节能技术的应用，能源消耗中用于钢坯加热能耗所占的比例逐渐降低，还维持在高的比例。因此，普通钢材轧钢工序节能的潜力主要来源于加热炉。特殊钢材的轧钢工序节能的另一个主要来源是在线热处理。
轧钢系统节能技术
1． 加热炉节能技术
1）蓄热式燃烧技术 蓄热式燃烧技术具有高效余热回收、高温预热空气及低 NOX 排放等优点。近年在我国 轧钢加热炉上推广应用发展迅猛，是国内目前普遍推广的节能环保新技术。采用蓄热式燃 烧技术，与无余热回收的加热炉相比，可实现节能 40％以上；与换热器预热技术比较， 可实现 10％~20％的节能潜力。中国采取蓄热燃烧技术的加热炉也不少于 400 余座。但是 从近年蓄热式加热炉的能耗统计上看，其节能优势并不突出，甚至有同行提出该技术节能 不节钱的看法，该技术近年在欧洲推广应用案例已大幅下降。不过，采用双蓄热（同时预 热煤气和助燃空气温度 1000℃以上）技术的加热炉在利用富余高炉煤气方面的确很有效， 效率高于 70％，节能效果显著，值得推广应用。
2）节能涂料 节能涂料利用远红外辐射原理，将涂料喷涂在各种高温窖炉的耐火材料表面，提高光 谱发射率，增强炉膛换热，可实现节能 5％~10％的节能效果。它具有保护炉衬表面、延 长炉子使用寿命、提高炉子热效率，缩短烘炉时间、提高被加热件的加热速度和炉子作业 率等特点。该涂料技术早在 1980 年就开始推广使用。近年的节能涂料有如日本 CRC 公司 的 H.R.C 辐射涂料，英国 CRC 公司 ET-4 型红外辐射涂料，国内山东慧敏公司“杰能王”微纳米高温远红外节能涂料，湖南娄底新材料实验工厂生产的高温远红外涂料等。目前国 内不少轧钢加热炉都使用过此类节能涂料。
3）步进炉和汽化冷却技术 步进炉不仅可以减少钢坯加热时间，降低氧化烧损，而且操作灵活，是轧钢加热炉的 发展方向。汽化冷却不仅可以减少轧钢用水，而且可以生产蒸汽进行回收利用，具有一定 的节能效果，在近年新建加热炉上逐步推广应用。
2.热装热送和低温轧制技术 热装热送是冶金行业重点推广的节能技术。该技术可以大大降低加热炉燃耗，缩短钢 坯在炉时间，从而降低氧化烧损率，提高成材率。最早在我国武钢、宝钢和鞍钢应用，现 在全国推广应用。从轧钢厂实施该技术的条件看，主要应用于普碳钢的加热；对于一些质 量要求较高的品种钢，不宜采用热装热送技术或存在热装热送的温度限制。故我国轧钢系 统的热装热送率普遍不高，为 20％，同时热装温度也不高，为 400℃，与国外先进企业如 日本钢管、JFE 川崎、住友等企业有很大差距。低温轧制技术有助于降
低钢坯出炉温度， 降低轧钢系统能耗，实现系统节能，在近年轧钢系统节能中不断推广。如电工钢轧制温度 从 1250℃~1350℃降至 1150℃左右，可降低轧钢工序能耗约 5kgce/t~10kgce/t。
3.电机节能技术 我国 80％以上电机产品与国外先进水平相比，效率低 2％~3％。电机变频调速的原理 是通过降低电机转速，实现其减少输入功率，降低电力消耗的目标。轧钢系统有轧机（包 括粗轧机、精轧机）、辊道、风机、水泵等设备，驱动设备能源消耗为电耗，故电机选择 是关键。在电机设计中应避免大马拉小车，进行电机优化设计，在运行过程主要采用变频 调速技术，通过电机节能技术应用，可实现节电 20％~40％，效果显著。
4． 轧钢自动化 轧钢自动化是衡量轧钢技术先进的重要标志，具有间接节能作用。先进自动化技术可 实现节能 5％~18％，如加热炉的燃烧优化控制，可以有效实现空燃比的优化控制，减少 不完全燃烧，提高燃烧效率，减少钢坯氧化烧损，降低加热炉单耗。【1】
热送热装工序
热送热装是近二十几年迅速发展并普遍推广应用的技术，是轧钢工序节能降耗、提高产量的重大措施，合理地选择热送热装方案，可以达到节能的目的。
连铸坯热送热装指铸坯在400℃以上热状态下装入加热炉，一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温界限；400℃以下热装的节能效果较小，且此时表面已不再氧化，故一般不再称做热装。
铸坯温度在650～1000℃时装入加热炉，节能效果最好，钢坯加热热耗计算。相对于连铸坯冷装工艺而言，采用一般热送热装工艺时节能可达35％，采用直接热送热装工艺可节能65％，再采用直接轧制工艺时可节能70％～80％。
采用热送热装工艺，加热炉产量可提高对20％～30％；金属氧化烧损减少，提高成材率0.5％～1.0％；缩短生产周期在80％以上；降低建设投资和生产成本。
加热炉工序
加热炉工序中降低加热能耗要加强余热余能回收。不合理的加热制度、加热环境和热能回收设备的陈旧，在一定程度上造成大量的能源浪费。采用新技术和新工艺，可提高热能回收效率，降低能耗浪费。例如，国内某钢厂轧钢加热炉采用了无水冷滑轨技术，实现了炉内全无水冷结构，消除了水冷却损失，工序能耗下降3.5公斤标准煤/吨；通过燃烧系统测试，炉体采用复合结构，提高绝热效果，减少热量损失；燃烧系统采用炉顶平焰烧嘴，提高炉顶辐射强度，对提高热效率降低加热炉燃耗有着非常积极的作用；烟气余热损失在轧钢厂加热炉热损失中占很大比例，最大限度地回收余热是实现加热炉降低燃耗的重要手段。一般的加热炉采用空气换热器、煤气换热器和蒸汽余热锅炉，充分回收了烟气余热，使排烟温度降到200℃以下，大幅度降低了能耗。同时，置换的蒸汽用于生产和生活，减少了外购能源费用。
同时，在加热炉工序中，采用将蓄热式热回收和换向式燃烧系统与加热炉结合为一体的高效蓄热式加热炉，可利用低热值的高炉煤气，将炉温加热到11000C以上，可实现节能30％，炉子的热效率可达70％。
轧制工艺
低温轧制技术 采用低温轧制技术是降低轧钢系统工序能耗的一个重要节能
措施。降低加热炉出钢温度可以节约燃料消耗，但变形抗力增加，轧制功率也增加。近年来，国外的轧制生产实践已证明降低燃耗的节能效果更显著。且随着出钢温度降低，氧化铁皮量显著减少。低温轧制在燃料消耗和氧化铁量的降低方面所获得的效益完全能克服并超过轧制功率增加所造成的成本增加。因此，如果粗轧机的轧辊强度、轧机刚度、电机功率等能够满足低温轧制的要求，轧材的塑性也能满足要求，则降低钢坯的加热温度，会在节能降耗、减少金属烧损等方面产生明显的经济效益。
根据国内外热轧钢材能耗构成的数据分析，通过下限温度轧制，降低加热能耗来实现轧钢工序节能。采用低温轧制技术的能耗总量比常规轧制时的能耗总量约降低15～20％。
采用低温轧制技术有节约加热工序中能耗、减少氧化铁皮形成、减少轧辊由于热应力而造成的断裂现象、减少氧化铁对轧辊的磨损等优点。但是，在采用低温轧制技术时存在增加轧制力、扭矩和轧制功率、轧制钢材的塑性降低、轧件的咬入条件恶化的缺点，因此需要对轧制工艺进行优化。
瑞典的理论研究和生产实践表明，弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈钢可在800℃到950℃进行低温轧制，节能85～130kWh/t。在现有轧机中，轧机的负荷是温度的重要制约因素。随着轧制温度降低，电耗增加，而燃耗却显著地降低，两者一般是1：10的关系。因此，现在广泛推行低温轧制，势必电耗有所增加。
降低电耗 造成电力消耗较高的主要原因是：生产效率低、开工率不足、空转率较高、电器设备和元件较陈旧，以及电机供电设备和用电设备不匹配。在技术上重点是提高设备负荷率、台理选择电机容量、减少设备空转率、选择变频技术、淘汰一批能耗大的电器元件的设备，同时优化轧机负荷，达到节能轧制。
工艺优化 节能工艺优化设计是通过采用优化方法，台理地选择原料形状和尺寸来达到节能的目的。国内某棒材生产车间，以单位总能耗量小为目标函数，对孔型进行优化设计，优化后的孔型与原孔型系统相比，节省单位总能耗的
7.3％。节能优化设计能使轧制能耗减少，效果显著。武汉科技大学对棒线材连轧过程能耗进行了优化设计，建立了孔型尺寸模型、前滑模型、能耗模型，确定最大延伸约束条件、最小延伸约束条件。以轧制能耗最低为目标进行的优化研究，取得了节能降耗的显著效果。
热轧润滑工艺热轧润滑工艺是轧钢节能的一项重要措施。轧制摩擦能耗一般占轧制能耗总量的30％以上，若采用热轧润滑工艺，不但可以减少轧制摩擦，而且还能提高轧辊使用寿命和改善钢材表面质量。国内炉卷轧机采用热轧润滑工艺，轧制压力下降21.5％，轧制电流下降15～20％，轧辊寿命提高1倍。
线热处理控制钢坯加热温度、轧制温度及轧后冷却，许多专用钢可以取消轧后热处理工序或减少热处理时间。日本神户制钢采用直接热处理技术，大幅度节约了能源消耗。汽车后轴、蜗轮杆轴用的碳素结构钢，汽车操纵杆、小齿轮、轴用的合金结构钢，这些钢材轧后需经过常化热处理才能加工，在采用轧制过程严格控制轧制温度和直接常化工艺后，改善了钢的性能与组织，省略了常化热处理，取得了70～85千克标准煤/吨节能效果，使生产成本大大降低。
有些专用钢如机械结构用钢和强韧钢要求退火，否则在冷切削时容易开裂。采用轧后900℃进行余热缓冷，使钢的硬度降低，达到了软化退火的机械性能，省去了轧后退火工序，缩短了生产周期，节能达44千克标准煤/吨。
利用轧后钢材的余热在相应的工艺条件下进行热处理加工，可提高钢材性能，节约能源。经余热淬火处理的钢筋屈服强度提高150～230MPa，结合控制
轧制工艺，采用形变诱导相变理论，可以生产强度级别更高的钢筋。【2】
参考文献：陈冠军 《轧钢系统节能技术综论》 2010.（12）
冯光宏《轧钢工序节能技术分析》2006.(11)
