侯柏宇

（遼寧省凌源鋼鐵集團有限責任公司，遼寧 朝陽 122500）

摘 要：隨著市場的不斷擴大，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)規(guī)模也隨之增長，但在這種發(fā)展模式下，出現(xiàn)了一個較為突出的矛盾，即發(fā)展排放及能耗標準同生態(tài)壓力之間的矛盾。如何處理好這個矛盾是我國現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)深度發(fā)展，也是不斷提高并擴大鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵。本章結(jié)合現(xiàn)代軋鋼工藝的概況，分析軋鋼技術(shù)中存在的不足，探討如何降低軋鋼生產(chǎn)的能耗和排放。

關(guān)鍵詞：鋼加熱溫度；鋼爐熱效率；鋼生產(chǎn)方式

我國工業(yè)起步較晚，大規(guī)模的鋼鐵生產(chǎn)線在解放后建國初期才開始發(fā)展，加上建國后大發(fā)展、大建設時期鋼材需求量巨大，長期以來我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)都遵循著效率至上的原則，以至于產(chǎn)生了大量的環(huán)境問題、生態(tài)問題。雖然經(jīng)過長期的研究和發(fā)展，我國鋼鐵生產(chǎn)已經(jīng)能夠達到發(fā)達國家水平，但是相關(guān)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)仍然和發(fā)達國家之間存在較大差距。軋鋼工藝作為鋼鐵生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，將節(jié)能技術(shù)應用其中，能夠較大程度的減少鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物排放量，對我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的節(jié)能升級、產(chǎn)業(yè)組合優(yōu)化升級都有重要意義，也是現(xiàn)階段鋼鐵產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展的重要技術(shù)核心之一。

1 鋼鐵生產(chǎn)能耗現(xiàn)狀

鋼鐵行業(yè)是我國重要的重工業(yè)代表行業(yè)，其市場需求量巨大?，F(xiàn)代建筑行業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)都需要鋼鐵行業(yè)支持，還有很多因鋼鐵行業(yè)發(fā)展而興起的次級生產(chǎn)部門，毫不夸張地說，現(xiàn)階段的社會生產(chǎn)生活實踐全都離不開鋼鐵行業(yè)的支持。也因為上述原因，我國鋼鐵行業(yè)規(guī)模巨大、分布較廣，遍布全國約14 個省市區(qū)，著名的鋼廠有鞍鋼、沙鋼、攀鋼、邯鋼、南鋼、廣鋼等，全國能源消耗約三成是鋼鐵行業(yè)消費，其中軋鋼的能耗在整個鋼鐵行業(yè)能耗中又能占據(jù)兩成左右，并且這些能耗有半數(shù)是多余損耗，如果能將這些多余損耗投入生產(chǎn)能夠使軋鋼的產(chǎn)量提高17% 左右。綜合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)在軋鋼工藝生產(chǎn)中，由于技術(shù)上的不科學、管理上的不合理，每噸鋼生產(chǎn)所需能耗比發(fā)達國家多出40kgce。此外在軋鋼工藝中，加熱爐的能量消耗占據(jù)整個工藝的70% 以上，其節(jié)能生產(chǎn)的潛力也就不言而喻。

2 軋鋼工藝中的能耗問題

2.1 鋼加熱溫度

軋鋼工藝中能耗主要有以下幾種形式，能量損耗、電力設備耗能、氧氣消耗三個主要方面。雖然在維持軋鋼生產(chǎn)設備的能源也需要計算在內(nèi)，但是其中主要的能源基本上用來支持設備加熱。當加熱溫度在1200℃左右時，每10℃的溫度需要消耗更多能源物質(zhì)，并且呈現(xiàn)累加特征。但是有些時候軋鋼工藝需求的溫度并不高，反而由于加熱溫度控制不當，而造成大量的能量溢出。此外，使用電能加熱鋼坯時呈現(xiàn)線性關(guān)系，電能的損耗和環(huán)境壓力又相對較低，合理改善加熱溫度控制環(huán)節(jié)，對軋鋼工藝節(jié)能生產(chǎn)有積極意義。

2.2 鋼爐熱效率

軋鋼爐的加熱方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會對軋鋼生產(chǎn)的能耗和排放產(chǎn)生直觀的影響，其中關(guān)鍵之處在于軋鋼爐的熱效率，即鋼坯加熱效率。根據(jù)我國現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，以及軋鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)總結(jié)可得出以下結(jié)論：近10 年里，雖然推廣了熱裝熱送、連軋工裝、回收能源介質(zhì)與蓄熱室燃燒技術(shù)，我國軋鋼生產(chǎn)效率較低, 尤其是軋鋼爐熱效率，很多能源物質(zhì)投入，但是高爐的加熱效率卻差強人意，往往需要投入超出預計約三成的能源物質(zhì)才能夠使軋鋼爐預熱到既定溫度，這個過程中產(chǎn)生了大量的不必要能源浪費，這也是我國現(xiàn)階段軋鋼工藝生產(chǎn)中的最大問題所在。良好的軋鋼爐具有合理科學的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)燃料、氧氣含量的精確控制，進而實現(xiàn)軋鋼爐的效率加熱。此外軋鋼爐的保溫性能也是影響能耗的一個關(guān)鍵。

2.3 鋼生產(chǎn)方式

鋼材的類型有很多種，根據(jù)碳含量的不同，鋼材也會有不同的型號和特性。不同種鋼的生產(chǎn)工藝有所差別，鋼坯溫度要求不同、加熱溫度限定不同、加熱工藝管理不同，因此在生產(chǎn)過程中需要進行的各種生產(chǎn)方式選用、生產(chǎn)模式管理也不相同，能耗也就會有相應差別，且管理得當?shù)脑捘軌虮苊舛嘤嗄茉聪?。但是我國鋼鐵行業(yè)基本實行大生產(chǎn)的方式，即各種型號鋼的軋鋼工藝基本相同，未能實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)的精確化控制，加之鋼材產(chǎn)量的快速增長，市場競爭日趨慘烈，鋼廠為適應市場被迫頻繁更換生產(chǎn)鋼材規(guī)格、品種，額外能耗也就成為了不可避免的結(jié)果之一。

3 軋鋼生產(chǎn)節(jié)能建議

3.1 加熱爐部分改造

加熱爐是軋鋼工藝中主要能耗結(jié)構(gòu)，其負責軋鋼生產(chǎn)的主要溫度、動力供給，因此在對軋鋼生產(chǎn)節(jié)能改造過程中自然處于首當其沖的位置。盡可能采用蓄熱式燃燒技術(shù)，即軋鋼爐處于待機狀態(tài)時能夠盡可能地降低熱能損耗，將熱能儲蓄起來，方便下次使用軋鋼爐時有一個較高的初始溫度。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以看出，當軋鋼爐采用蓄熱燃燒技術(shù)時，能夠降低約兩成的能耗，節(jié)能效果已經(jīng)相當明顯。具體措施可以對軋鋼爐進行材質(zhì)改造，外壁可以采用蓄熱材料進行蓄熱；爐內(nèi)設計熱循環(huán)模式，當軋鋼爐處于待機狀態(tài)時爐內(nèi)余溫進行自循環(huán)，最大限度減少熱能流；此外蓄熱式加熱軋鋼爐能夠較大限度地降低回收爐內(nèi)煙氣熱量，并且實現(xiàn)燃料的充分燃燒，從而減少有害氣體的排放。對軋鋼加熱爐進行結(jié)構(gòu)改造，結(jié)構(gòu)改造主要有以下幾個方面：①增加軋鋼爐密閉性，避免由于爐內(nèi)氣體交換過剩導致熱能流失；②改善軋鋼爐氣體流入控制，從而實現(xiàn)對爐內(nèi)空氣含量的嚴格控制，進而實現(xiàn)能源物質(zhì)的效率燃燒；③改良軋鋼爐結(jié)構(gòu)，減少能源物質(zhì)輸入、鋼坯置入所需流程，盡可能降低能源損耗。

3.2 高新技術(shù)融入

在信息技術(shù)、電子計算機技術(shù)大力發(fā)展并進步的今天，軋鋼生產(chǎn)還依賴人力進行生產(chǎn)管理已經(jīng)無法滿足精確化、精準化生產(chǎn)的要求，因此有必要將現(xiàn)代人工智能技術(shù)投入到軋鋼工藝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。對傳統(tǒng)的軋鋼工藝生產(chǎn)線進行自動化生產(chǎn)改造，通過電子計算器，收集軋鋼生產(chǎn)過程中的各項精準數(shù)據(jù)，再利用人工智能進行計算，參考云端操作建議的基礎上，技術(shù)人員再通過計算機下達生產(chǎn)的精確管理指令，進而實現(xiàn)能源的精確化使用、能量的精確化利用、生產(chǎn)流程的精確化控制，進而降低能源消耗，實現(xiàn)軋鋼的工藝的精確化、精準化生產(chǎn)。在軋鋼工藝設計上追求共有、通用性，盡量減少更改規(guī)格時的無效時間。在生產(chǎn)計劃與組織上用戶需求與生產(chǎn)組織成本綜合考慮。

3.3 人員技術(shù)培訓

盡管在現(xiàn)代人工智能技術(shù)下，能夠?qū)崿F(xiàn)軋鋼工藝的自動化生產(chǎn)，但是很多實際生產(chǎn)中可能遇到的突發(fā)情況或在設備出現(xiàn)故障時人工智能可能無法做出精準的判斷，這時還是需要依賴人力進行生產(chǎn)管理和控制。因此鋼鐵行業(yè)有必要進行新一輪的人員技術(shù)培訓，通過高新技術(shù)的投入和新一代軋鋼生產(chǎn)人員的上崗，將人員技術(shù)優(yōu)勢和人工智能精準化控制技術(shù)結(jié)合起來使其相得益彰，進一步提高軋鋼生產(chǎn)的技術(shù)含量，優(yōu)化軋鋼工藝生產(chǎn)的管理和控制，實現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)的效率化，實現(xiàn)軋鋼的節(jié)能生產(chǎn)、效率生產(chǎn)。

3.4 延伸軋鋼生產(chǎn)線

無論技術(shù)怎樣先進，管理怎樣完善，控制怎樣合理科學，生產(chǎn)過程中的能量溢出和能源額外損耗都是不可避免的情況，這些多余的能源可以稱之為生產(chǎn)損耗或產(chǎn)能浪費，但是相比于其他行業(yè)來說，這些溢出能源的可利用價值是不可估量的。例如，軋鋼生產(chǎn)和供暖企業(yè)聯(lián)合，利用軋鋼爐的余熱和溢出熱量進行水加熱、蒸汽加熱，實現(xiàn)局部供暖，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)多余能耗的再利用，降低社會生產(chǎn)的總能耗，也是軋鋼節(jié)能生產(chǎn)改造的重要內(nèi)容之一。

4 結(jié)束語

總而言之，鋼鐵行業(yè)是我國主要能耗產(chǎn)業(yè)之一，軋鋼生產(chǎn)也只是鋼鐵生產(chǎn)過程中的一個工藝，對其進行生產(chǎn)節(jié)能改造，也只能改善我國鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)能耗較大的一個方面。在節(jié)能生產(chǎn)的這條路上，我國鋼鐵行業(yè)還有很長的路要走，這是一個長期的過程。這期間要結(jié)合人員技術(shù)優(yōu)勢和新興人工智能優(yōu)勢，實現(xiàn)生產(chǎn)的精確化、精準化管理和控制，是實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能生產(chǎn)改造的必由之路，為此我國鋼鐵行業(yè)還要付出很多努力。