热装加热炉热工制度的研究.doc

课 题 名 称 热装加热炉热工制度的研究 学 生 姓 名 学 号 0941101249 系、年级专业 09热工2班 指 导 教 师 曾东和 2012年9月25日热装加热炉热工制度的研究作者 习俊 班级09热工2班 学号0941101249摘要：利用炉内钢坯加热过程的数学模型及热平衡模型，依据加热炉不同产量和不同热装温度条件下，对热装加热炉的钢坯加热过程和燃料消耗进行了数值模拟和优化。结果表明，热装加热炉的热工制度如不作调整，物料热装带来的节能潜力得不到充分发挥，调整后的加热炉温度制度将具有最大的节能潜力。关键词：加热炉；热工制度；热装温度冶金工业生产过程是热生产过程，在轧钢生产过程中，充分利用上道工序结束时钢锭和钢坯的余热不失时机地进行下一道工序，是节能的一个重要途径1 。随着连续铸造技术的推广和工艺过程的改进，加热炉料坯的热送热装已经成为趋势，为加热炉的进一步节能提供了良好的工艺条件，许多企业实施料坯热装以后已经取得了显著的节能效果。但是现行的加热炉构造以及热工操作制度都是为了适应冷钢加热而设计和制定的。为了更好地适应热装料坯的加热和节能要求，应该从加热炉的构造和操作制度上作相应修正。但由于现有的加热炉已经建成，构造因素短期内不可能作大的改动，若现有的金属加热制度不作修正，则物料热装的节能潜力得不到充分发挥，金属的加热质量也将受到直接危害。在满足产量和加热质量的前提下，最大限度地节约能源，在遵循操作必须符合构造特点的原则指导下，调整加热的温度制度和操作制度，制定一种全新的加热炉温度制度，以适应现行加热炉对热装物料条件下，高产、优质及低燃料消耗的生产要求显得十分必要。1 研究方法加热炉热工制度的通常研究方法有三种：理论计算法，实验法和模拟计算法。理论计算法为了便于计算，对于热工过程参数的假设条件太多，尤其是炉内的吸热分布问题目前还没有完全解决，固理论计算法仅能作为参考，不能直接用于炉子的实际操作。实验法需要根据加热炉的生产条件测试大量的生产数据，然后根据生产数据统计结果归纳出加热炉的加热制度，此方法真实有效，但必须花费大量时间，进行大量生产实验。因受实际生产条件的限制，不可能进行大量的生产实验，所以此方法一般情况下，不会采用。数值模拟计算法，随着计算机应用技术的发展，运行计算机技术、基于炉内钢坯传热过程的传热学原理，建立炉内钢坯加热过程的数学模型，基于炉子的热平衡实验和炉内钢坯加热温度的测试数据，算得炉内钢坯加热过程的受热边界条件，结合钢温计算模型，对不同生产条件下的钢坯加热温度进行数值模拟，依据数值计算结果，整理得到对应生产条件下的加热温度，用以指导炉子的实际操作，具有方便快捷，准确可靠的有点。故此，本研究以某公司推钢式板坯加热炉为例，结合加热炉的实际生产数据、热平衡测试和炉内钢温“黑匣子”测试数据，建立了加热炉的钢坯加热过程数学模型和炉子燃料消耗计算模型，对不同产量、不同钢坯装炉温度条件下的钢坯加热温度、燃料消耗等进行数值模拟计算，从而对不同装钢温度在加热制度维持不变及优化加热温度制度后两种情况比较下钢坯的加热质量、生产率和燃料消耗，以说明热装加热炉加热制度需要修正的必要性。2 加热炉基本资料及模型化所研究加热炉为推钢式板坯加热炉，重油为燃料，全炉均采用侧供热方式，加热钢坯（锭）的规格有，坯：（120 160）mm（700 1 100）mm (1 200 1500）mm；锭：（250 mm 740 mm）（/ 300mm 770mm） 1 200mm，194mm 780mm）（/ 248mm 804mm） 1 120mm。加热的钢坯（锭）的种类有：普碳钢、优质碳结构钢、低合金钢、不锈钢复合板。有效炉底：25 918mm 3 172mm；单位面积产量：630 kg（/ m2h）板坯，580 kg（/ m2h）板锭；炉子产量：板坯38 48 t/h，板锭30 35 t/h；最大单耗（油）：45 kg/t，使用低压燃油烧嘴。根据传热分析和适当假设及测试数据得钢坯加热过程的离散方程Tk+1n Tkn（12Fo）2FoTkn 1Fo2 xquTk+1i Tki （12Fo）FoTki+1FoTki 1Tk+11 Tk1 （12Fo）2FoTk2Fo2 xqbqu uT4nf（Tkn）4qb bT41f（Tk1）4式中：Fo / c（ x）2为傅里叶数。热平衡方程组：Qb1Qa1Qu1Qw1Qx1Qq1Ql1Qf1Qs1Qe10 Qb2Qa2Qu2Qw2Qe1Qf1Qx2Qq2Qf2Qs2Qb3Qa3Qu3Qw3Qe2Qf2Qx3Qq3Ql3Qf3Qs3Qem0式中：Qb1为各段燃料供给的热量；Qai为各段助燃空气带入的物理热；Qui为各段燃料带入的物理热；Qwi为各段雾化介质带入的物理热；Qxi为各段钢坯有效吸收的热量；Qqi为各段汽化冷却带走的热量；Qli为各段冷却水带走的热量；Qfi为各段烟气带入下游段的热量；Qsi为各段辐射热损失；Qei为各段对下游段的辐射热；Qem为装料端的辐射散热损失；i1，2，3 分别代表均热段、加热段和预热段。区域热平衡的计算方法参考了文献2，原始数据取自现场热平衡测试数据，依据上述方程编程计算。3 计算结果分析运用上述计算模型对加热炉钢坯加热过程及燃料消耗情况的计算结果及分析如下。当加热炉维持原有温度制度和产量不变时，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，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，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,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，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。各段燃耗随装钢温度的变化图（p30 t/h）各段燃耗随装钢温度的变化图（p55 t/h）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，表1 为加热炉加热制度不变时，装钢温度变化引起的产量相对变化率。随着热装温度的增加，保持原有温度制度不变的条件下，炉子生产率将有一定程度的提高，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，不希望过高地增加产量，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，在现有的加热炉上，目前只能凭借技术人员的经验来调整炉膛温度制度，很难做到十分准确。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以前还高。为此，本研究以满足坯钢出炉表面温为约束，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，计算结果如表2 所示。不同生产率条件下的燃耗优化计算结果产量是在装钢温度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，但不同产量下的单位热耗却在一个很小的变化范围内波动，基本上做到了燃耗最低。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。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。3 结论研究结果表明，现有的轧钢结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成分发挥，有时甚至于造成炉膛温