侯柏宇

（辽宁省凌源钢铁集团有限责任公司，辽宁 朝阳 122500）

摘 要：随着市场的不断扩大，我国钢铁产业规模也随之增长，但在这种发展模式下，出现了一个较为突出的矛盾，即发展排放及能耗标准同生态压力之间的矛盾。如何处理好这个矛盾是我国现阶段钢铁行业深度发展，也是不断提高并扩大钢铁行业生产力的关键。本章结合现代轧钢工艺的概况，分析轧钢技术中存在的不足，探讨如何降低轧钢生产的能耗和排放。

关键词：钢加热温度；钢炉热效率；钢生产方式

我国工业起步较晚，大规模的钢铁生产线在解放后建国初期才开始发展，加上建国后大发展、大建设时期钢材需求量巨大，长期以来我国钢铁产业都遵循着效率至上的原则，以至于产生了大量的环境问题、生态问题。虽然经过长期的研究和发展，我国钢铁生产已经能够达到发达国家水平，但是相关的节能环保技术仍然和发达国家之间存在较大差距。轧钢工艺作为钢铁生产过程中的一个重要环节，将节能技术应用其中，能够较大程度的减少钢铁生产过程中产生的废物排放量，对我国钢铁产业的节能升级、产业组合优化升级都有重要意义，也是现阶段钢铁产业实现节能发展的重要技术核心之一。

1 钢铁生产能耗现状

钢铁行业是我国重要的重工业代表行业，其市场需求量巨大。现代建筑行业、制造业等行业都需要钢铁行业支持，还有很多因钢铁行业发展而兴起的次级生产部门，毫不夸张地说，现阶段的社会生产生活实践全都离不开钢铁行业的支持。也因为上述原因，我国钢铁行业规模巨大、分布较广，遍布全国约14 个省市区，著名的钢厂有鞍钢、沙钢、攀钢、邯钢、南钢、广钢等，全国能源消耗约三成是钢铁行业消费，其中轧钢的能耗在整个钢铁行业能耗中又能占据两成左右，并且这些能耗有半数是多余损耗，如果能将这些多余损耗投入生产能够使轧钢的产量提高17% 左右。综合生产实践经验，发现在轧钢工艺生产中，由于技术上的不科学、管理上的不合理，每吨钢生产所需能耗比发达国家多出40kgce。此外在轧钢工艺中，加热炉的能量消耗占据整个工艺的70% 以上，其节能生产的潜力也就不言而喻。

2 轧钢工艺中的能耗问题

2.1 钢加热温度

轧钢工艺中能耗主要有以下几种形式，能量损耗、电力设备耗能、氧气消耗三个主要方面。虽然在维持轧钢生产设备的能源也需要计算在内，但是其中主要的能源基本上用来支持设备加热。当加热温度在1200℃左右时，每10℃的温度需要消耗更多能源物质，并且呈现累加特征。但是有些时候轧钢工艺需求的温度并不高，反而由于加热温度控制不当，而造成大量的能量溢出。此外，使用电能加热钢坯时呈现线性关系，电能的损耗和环境压力又相对较低，合理改善加热温度控制环节，对轧钢工艺节能生产有积极意义。

2.2 钢炉热效率

轧钢炉的加热方式和内部结构也会对轧钢生产的能耗和排放产生直观的影响，其中关键之处在于轧钢炉的热效率，即钢坯加热效率。根据我国现阶段钢铁行业生产现状，以及轧钢生产数据总结可得出以下结论：近10 年里，虽然推广了热装热送、连轧工装、回收能源介质与蓄热室燃烧技术，我国轧钢生产效率较低, 尤其是轧钢炉热效率，很多能源物质投入，但是高炉的加热效率却差强人意，往往需要投入超出预计约三成的能源物质才能够使轧钢炉预热到既定温度，这个过程中产生了大量的不必要能源浪费，这也是我国现阶段轧钢工艺生产中的最大问题所在。良好的轧钢炉具有合理科学的结构，能够实现炉内燃料、氧气含量的精确控制，进而实现轧钢炉的效率加热。此外轧钢炉的保温性能也是影响能耗的一个关键。

2.3 钢生产方式

钢材的类型有很多种，根据碳含量的不同，钢材也会有不同的型号和特性。不同种钢的生产工艺有所差别，钢坯温度要求不同、加热温度限定不同、加热工艺管理不同，因此在生产过程中需要进行的各种生产方式选用、生产模式管理也不相同，能耗也就会有相应差别，且管理得当的话能够避免多余能源消耗。但是我国钢铁行业基本实行大生产的方式，即各种型号钢的轧钢工艺基本相同，未能实现对轧钢生产的精确化控制，加之钢材产量的快速增长，市场竞争日趋惨烈，钢厂为适应市场被迫频繁更换生产钢材规格、品种，额外能耗也就成为了不可避免的结果之一。

3 轧钢生产节能建议

3.1 加热炉部分改造

加热炉是轧钢工艺中主要能耗结构，其负责轧钢生产的主要温度、动力供给，因此在对轧钢生产节能改造过程中自然处于首当其冲的位置。尽可能采用蓄热式燃烧技术，即轧钢炉处于待机状态时能够尽可能地降低热能损耗，将热能储蓄起来，方便下次使用轧钢炉时有一个较高的初始温度。通过数据统计可以看出，当轧钢炉采用蓄热燃烧技术时，能够降低约两成的能耗，节能效果已经相当明显。具体措施可以对轧钢炉进行材质改造，外壁可以采用蓄热材料进行蓄热；炉内设计热循环模式，当轧钢炉处于待机状态时炉内余温进行自循环，最大限度减少热能流；此外蓄热式加热轧钢炉能够较大限度地降低回收炉内烟气热量，并且实现燃料的充分燃烧，从而减少有害气体的排放。对轧钢加热炉进行结构改造，结构改造主要有以下几个方面：①增加轧钢炉密闭性，避免由于炉内气体交换过剩导致热能流失；②改善轧钢炉气体流入控制，从而实现对炉内空气含量的严格控制，进而实现能源物质的效率燃烧；③改良轧钢炉结构，减少能源物质输入、钢坯置入所需流程，尽可能降低能源损耗。

3.2 高新技术融入

在信息技术、电子计算机技术大力发展并进步的今天，轧钢生产还依赖人力进行生产管理已经无法满足精确化、精准化生产的要求，因此有必要将现代人工智能技术投入到轧钢工艺生产的各个环节。对传统的轧钢工艺生产线进行自动化生产改造，通过电子计算器，收集轧钢生产过程中的各项精准数据，再利用人工智能进行计算，参考云端操作建议的基础上，技术人员再通过计算机下达生产的精确管理指令，进而实现能源的精确化使用、能量的精确化利用、生产流程的精确化控制，进而降低能源消耗，实现轧钢的工艺的精确化、精准化生产。在轧钢工艺设计上追求共有、通用性，尽量减少更改规格时的无效时间。在生产计划与组织上用户需求与生产组织成本综合考虑。

3.3 人员技术培训

尽管在现代人工智能技术下，能够实现轧钢工艺的自动化生产，但是很多实际生产中可能遇到的突发情况或在设备出现故障时人工智能可能无法做出精准的判断，这时还是需要依赖人力进行生产管理和控制。因此钢铁行业有必要进行新一轮的人员技术培训，通过高新技术的投入和新一代轧钢生产人员的上岗，将人员技术优势和人工智能精准化控制技术结合起来使其相得益彰，进一步提高轧钢生产的技术含量，优化轧钢工艺生产的管理和控制，实现轧钢生产的效率化，实现轧钢的节能生产、效率生产。

3.4 延伸轧钢生产线

无论技术怎样先进，管理怎样完善，控制怎样合理科学，生产过程中的能量溢出和能源额外损耗都是不可避免的情况，这些多余的能源可以称之为生产损耗或产能浪费，但是相比于其他行业来说，这些溢出能源的可利用价值是不可估量的。例如，轧钢生产和供暖企业联合，利用轧钢炉的余热和溢出热量进行水加热、蒸汽加热，实现局部供暖，这样就能够实现多余能耗的再利用，降低社会生产的总能耗，也是轧钢节能生产改造的重要内容之一。

4 结束语

总而言之，钢铁行业是我国主要能耗产业之一，轧钢生产也只是钢铁生产过程中的一个工艺，对其进行生产节能改造，也只能改善我国钢铁行业生产能耗较大的一个方面。在节能生产的这条路上，我国钢铁行业还有很长的路要走，这是一个长期的过程。这期间要结合人员技术优势和新兴人工智能优势，实现生产的精确化、精准化管理和控制，是实现钢铁行业节能生产改造的必由之路，为此我国钢铁行业还要付出很多努力。