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摘要 通过国内外历年钢铁产量、综合能耗和轧钢系统能耗的变化，阐明轧钢技术进步。分析其中存在的能耗，并指出了节能降耗途径，为国内外轧钢企业节能降耗提供参考。
关键词 轧钢系统 能耗 节能
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0042-02
一、引言
近年世界钢铁产业发展迅速，2012年世界粗钢产量达到15.5亿吨，中国钢铁产业发展迅猛，粗钢产量从1999年的1.24亿吨到2012年突破7.16亿吨，并保持连续14年持续增长，中国钢铁产能占世界钢铁产能的比重从1999年的15%增加到2012年的46%，在近年国家出台的钢铁产业结构调整和节能政策扶持下，中国钢铁吨钢综合能耗从1999年1240kg标煤下降到2012年的560kg标煤，但是总能耗呈大幅上升趋势，节能工作任重道远。在钢铁能耗构成中，轧钢系统能耗占钢铁能耗比重不高，仅为10%～15%，在近年轧钢技术应用下，中国钢铁的历年轧钢系统能耗从2000年117kg标煤降至2012年45kg标煤。
二、轧钢系统能耗状况
随着现代钢铁产品质量、品种的升级，深加工层次的不断增长、轧钢工序能耗在不断增加。1999年国际先进水平的热轧工序为吨钢能耗47.82kg标煤，冷轧工序为80.28kg标煤，中国钢铁的轧钢工序无论是冷轧还是热轧与国际先进轧钢工序比较，均有一定差距。通过轧钢品种分类比较，中国轧钢工序能耗与先进轧钢工序能耗比较，尚有10%～20%的节能潜力。 轧钢能耗要实现整体节能，必须从全局出发，即抓直接能耗，又抓间接能耗。 轧钢工序中燃耗的比重约为65%～70%，而电耗占25%～33%，由于燃耗为加热炉单耗，故轧钢节能以加热炉为重点，电耗次之。
三、轧钢系统存在的能耗
1、轧钢工序中最大的能耗是加热炉的燃耗，普遍存在加热炉的吨钢燃耗高、效率低，造成了能源的极大浪费。原因主要有以下几点：
1）轧钢工艺落后；
2）炉子装备水平低；
3）操作管理水平落后；
单从炉子本身讲，轧钢加热炉热效率低、单耗高的基本原因有：
1）烟气带走的热损失过大；
2）燃料不完全燃烧热损失过高；
3）炉膛尺寸、炉型结构以及供热点设置不够合理；
4）炉体不严密、孔洞過多；
5）冷却水热损失过高。
2、轧钢工序中电耗占总能耗的比例虽不大，但存在以下问题：
1）用电设备和工艺设备容量的不匹配，出现大马拉小车、底负荷生产严重浪费能源的情况。
2）一些照明设施采用费能电器。
3）用电管理不严格。
四、 轧钢系统节能技术
轧钢工序根据轧钢产品的不同和轧制工艺技术的不同，其工序能耗相差很大，为有效实现轧钢系统的节能，主要考虑以下节能技术。
1、合理的炉型结构
炉型结构是加热炉节能与否的先天性条件，因此在加热炉新建时应该尽量考虑到加热炉节能的需要。炉型结构的新建或改造，要使燃料燃烧尽可能多的在炉膛内发生，减少出炉膛的烟气热损失；要尽可能多的将烟气余热回收到炉膛中来，提高炉子的燃料利用系数；尽量的减少炉膛各项固定热损失，提高炉子热效率。
（1）采用步进式炉型。步进式加热炉的实践表明，它与传统推钢式加热炉相比有很多优点：由于钢坯之间留有间隙，因此钢坯四面受热，加热质量好、钢材加热温度均匀；加热速度快，钢坯在炉内停留时间短，有利于降低钢坯的氧化烧损，有利于易脱碳钢种对脱碳层深度的控制；操作灵活，可前进、后退或踏步，可改变装料间距，控制炉子产量；生产能力大，炉子不受钢坯厚度和形状控制，不会拱炉；便于连铸坯热装料的生产协调。
（2）适当增加炉体长度。炉体长度是由总加热能力决定的，但是为了降低燃耗。提高炉子热利用率，可以适当增加炉体长度。炉体短，高温的烟气将不能得到充分的利用，废气就要带走大量的热能从烟道跑掉。因此适当延长露体可以使炉底强度降低，提高热效率。在一定的加热条件下，炉床负荷越高，热效率越低，燃料单耗越高。反之，随炉床负荷降低，废气带走的热损失将显著减少。如其他条件不变时适当延长炉体，虽然因炉底水管及炉体砌体的增加会使这部分热损失有所增加，但远远小于节约的燃料量。一般而言，炉子每延长1米，可使钢坯温度上升25至30摄氏度，排烟温度下降约30摄氏度，单位热耗减少1.5至1.8。增加炉体长度主要是延长预热段的长度，降低排烟温度。国内一些企业按照预热段长度为全炉有效长度的45至50%，适当调整了预热段。取得了明显的节能效果。
（3）减少炉膛空间。炉膛各段高度与长度对炉内的传热有很大的影响，直接影响着炉子的加热和燃料的利用，在考虑炉膛高度时，既要保证燃料的充分燃烧，又要使炉气充满炉膛。
（4）炉内隔墙。炉内隔壁可以起到稳定炉压、控制炉气流动、控制炉温、减少烟气外溢、降低排烟温度和减少炉头吸冷等作用。因此，根据实际情况在炉头、炉尾及各段之间增加隔墙，对炉子节能降耗有明显的效果。减少炉膛热损失主要包括水冷、炉门辐射、逸气、炉衬散热等热量损失。减少这部分热量可以大幅度降低单耗。
2、烟气余热的回收利用
造成大量热损失的主要原因还有烟道系统热损失及换热器换热效率不高。
（1）烟气系统改造。现在仍相当部分加热炉采用地下排烟和地下砖烟道，烟气经由埋设在地或半地下的砖砌烟道至烟囱排出。这样的排烟，易使烟气从炉尾装料门大量冒出散于大气，其热损失占总烟气排热量的15至30%。加之，烟道吸冷风和地下水常渗入，使烟气量和烟温在到达换热器之前已经损失十分严重，影响换热器的使用效果。为了利用好烟气余热，须对烟道系统进行改造，尽可能缩短换热器前的烟道。同时要有严密的操作炉门和庄出料炉门及灵活的烟道闸门，注重烟道的严密性，这样可使换热器前的烟气热量保存率不低于90至95%，以利于余热的充分回收。 （2）换热器的应用及选择。换热器是回收烟气余热的一种高效节能设备。轧钢加热炉采用烟气余热换热器，可将烟气中余热的60至70%进行回收利用，缩短加热时间，节约燃料消耗20至30%，提高炉子产量15至30%。换热器种类很多，除已淘汰的老式陶土换热器外，就近十年来发展起来的新型金属换热器而言，有片状管式热换器、管妆插入件式换热器、喷流换热器等。
3、蓄热式燃烧技术
蓄热式燃烧在轧钢加热炉上应用发展迅猛，采用蓄热式燃烧技术与无余热回收的加热炉比较，可实现节能40%以上，与换热器预热技术比较也可实现10%～20%的节能潜力。从近年蓄热式加热炉能耗统计上，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，不过，采用双蓄热技术的加热炉在利用富余高炉煤气方面很有效，效率高于70%，节能效果显著。
4、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作用。该技术早在1980年以来就开始推广使用，目前国内不少轧钢加热炉都使用过该技术。
5、汽化冷却技术
汽化冷却不仅可以减少轧钢用水，而且可以生产蒸汽回收利用，具有一定的节能效果，在近年新建加热炉上逐步推广应用。
6、热装热送和低温轧制技术
热装热送技术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。从轧钢厂实施该技术的条件看，主要应用于普碳钢的加热，对于一些合金钢不宜采用热装热送技术或存在热装热送的温度限制。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。
7、电耗节能技术
（1）合理选择用电设备
选择用电设备时，首先应采用节能型设备，并充分考虑用电设备和工艺设备容量的合理匹配，使之大部分时间在高效率负荷区间运行，以达到经济合理的要求。
（2）加速费能电器的技术改造。
（3）辅助用电的合理化装置
在轧钢工序能耗中，辅助用电占总能耗的比例不大，但浪费现象却非常普遍，节能潜力较大。如照明用电、空调用电等。照明用电应逐步采用高效灯具，并合理选定照度，减少浪费。空调系统随着人们对工作环境的要求和技术装备的要求，在轧钢厂逐渐普及，其耗电量逐渐增大，所以其节电措施也应作为轧钢厂的重点项目。
（4）加强用电管理
应制定严格的用电考核管理措施，落到实处。
8、节约用水
軋钢厂的水资源浪费现象比较严重，各企业往往重视程度不够。近年来随着水资源的紧张，各厂采取了许多措施，均收到了好的效果。从轧钢工序的中轧、精轧、卷线机、炉尾和出钢等处实现冷却水闭路循环，大幅度降低水耗，节水率近50%
9、管理节能途径
（1）合理组织生产，提高能源利用率，应大力推广均衡生产。
（2）建立健全节能管理体系，树立全员的节能意识，从小处做起，从根本上杜绝浪费。
10、其他
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。
五、结论
（1）轧钢工序中，能耗应以加热炉节能为重点，通过对标挖潜，加热炉尚有较大的节能潜力，特别是蓄热式加热炉节能潜力有待发挥。
（2）加热炉节能技术如蓄热式燃烧技术、节能涂料、步进炉和汽化冷却等，热装热送、电机变频调速、轧钢自动化等先进技术都可降低轧钢系统的能耗。
（3）在轧钢系统工艺流程、加热炉燃耗、电耗和余热节能等方面均有一定的节能潜力，并提出了基本节能对策。
参考文献
[1] 蔡九菊.钢铁企业能耗分析与未来节能对策研究[J].鞍钢技术2009（2）：1-6
[2]张有礼，王维兴.钢铁工业能源结构与节能[J].中国冶金，2006（10）：1-8
[3] 陈冠军.简谈轧钢加热炉问题及节能[J]. 冶金能源，2008（6）：32-35
[4] 戴铁军，陈连生.轧钢系统能耗分析与节能对策[J].河北理工学院学报，2001（4）：25-42
关键词 轧钢系统 能耗 节能
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0042-02
一、引言
近年世界钢铁产业发展迅速，2012年世界粗钢产量达到15.5亿吨，中国钢铁产业发展迅猛，粗钢产量从1999年的1.24亿吨到2012年突破7.16亿吨，并保持连续14年持续增长，中国钢铁产能占世界钢铁产能的比重从1999年的15%增加到2012年的46%，在近年国家出台的钢铁产业结构调整和节能政策扶持下，中国钢铁吨钢综合能耗从1999年1240kg标煤下降到2012年的560kg标煤，但是总能耗呈大幅上升趋势，节能工作任重道远。在钢铁能耗构成中，轧钢系统能耗占钢铁能耗比重不高，仅为10%～15%，在近年轧钢技术应用下，中国钢铁的历年轧钢系统能耗从2000年117kg标煤降至2012年45kg标煤。
二、轧钢系统能耗状况
随着现代钢铁产品质量、品种的升级，深加工层次的不断增长、轧钢工序能耗在不断增加。1999年国际先进水平的热轧工序为吨钢能耗47.82kg标煤，冷轧工序为80.28kg标煤，中国钢铁的轧钢工序无论是冷轧还是热轧与国际先进轧钢工序比较，均有一定差距。通过轧钢品种分类比较，中国轧钢工序能耗与先进轧钢工序能耗比较，尚有10%～20%的节能潜力。 轧钢能耗要实现整体节能，必须从全局出发，即抓直接能耗，又抓间接能耗。 轧钢工序中燃耗的比重约为65%～70%，而电耗占25%～33%，由于燃耗为加热炉单耗，故轧钢节能以加热炉为重点，电耗次之。
三、轧钢系统存在的能耗
1、轧钢工序中最大的能耗是加热炉的燃耗，普遍存在加热炉的吨钢燃耗高、效率低，造成了能源的极大浪费。原因主要有以下几点：
1）轧钢工艺落后；
2）炉子装备水平低；
3）操作管理水平落后；
单从炉子本身讲，轧钢加热炉热效率低、单耗高的基本原因有：
1）烟气带走的热损失过大；
2）燃料不完全燃烧热损失过高；
3）炉膛尺寸、炉型结构以及供热点设置不够合理；
4）炉体不严密、孔洞過多；
5）冷却水热损失过高。
2、轧钢工序中电耗占总能耗的比例虽不大，但存在以下问题：
1）用电设备和工艺设备容量的不匹配，出现大马拉小车、底负荷生产严重浪费能源的情况。
2）一些照明设施采用费能电器。
3）用电管理不严格。
四、 轧钢系统节能技术
轧钢工序根据轧钢产品的不同和轧制工艺技术的不同，其工序能耗相差很大，为有效实现轧钢系统的节能，主要考虑以下节能技术。
1、合理的炉型结构
炉型结构是加热炉节能与否的先天性条件，因此在加热炉新建时应该尽量考虑到加热炉节能的需要。炉型结构的新建或改造，要使燃料燃烧尽可能多的在炉膛内发生，减少出炉膛的烟气热损失；要尽可能多的将烟气余热回收到炉膛中来，提高炉子的燃料利用系数；尽量的减少炉膛各项固定热损失，提高炉子热效率。
（1）采用步进式炉型。步进式加热炉的实践表明，它与传统推钢式加热炉相比有很多优点：由于钢坯之间留有间隙，因此钢坯四面受热，加热质量好、钢材加热温度均匀；加热速度快，钢坯在炉内停留时间短，有利于降低钢坯的氧化烧损，有利于易脱碳钢种对脱碳层深度的控制；操作灵活，可前进、后退或踏步，可改变装料间距，控制炉子产量；生产能力大，炉子不受钢坯厚度和形状控制，不会拱炉；便于连铸坯热装料的生产协调。
（2）适当增加炉体长度。炉体长度是由总加热能力决定的，但是为了降低燃耗。提高炉子热利用率，可以适当增加炉体长度。炉体短，高温的烟气将不能得到充分的利用，废气就要带走大量的热能从烟道跑掉。因此适当延长露体可以使炉底强度降低，提高热效率。在一定的加热条件下，炉床负荷越高，热效率越低，燃料单耗越高。反之，随炉床负荷降低，废气带走的热损失将显著减少。如其他条件不变时适当延长炉体，虽然因炉底水管及炉体砌体的增加会使这部分热损失有所增加，但远远小于节约的燃料量。一般而言，炉子每延长1米，可使钢坯温度上升25至30摄氏度，排烟温度下降约30摄氏度，单位热耗减少1.5至1.8。增加炉体长度主要是延长预热段的长度，降低排烟温度。国内一些企业按照预热段长度为全炉有效长度的45至50%，适当调整了预热段。取得了明显的节能效果。
（3）减少炉膛空间。炉膛各段高度与长度对炉内的传热有很大的影响，直接影响着炉子的加热和燃料的利用，在考虑炉膛高度时，既要保证燃料的充分燃烧，又要使炉气充满炉膛。
（4）炉内隔墙。炉内隔壁可以起到稳定炉压、控制炉气流动、控制炉温、减少烟气外溢、降低排烟温度和减少炉头吸冷等作用。因此，根据实际情况在炉头、炉尾及各段之间增加隔墙，对炉子节能降耗有明显的效果。减少炉膛热损失主要包括水冷、炉门辐射、逸气、炉衬散热等热量损失。减少这部分热量可以大幅度降低单耗。
2、烟气余热的回收利用
造成大量热损失的主要原因还有烟道系统热损失及换热器换热效率不高。
（1）烟气系统改造。现在仍相当部分加热炉采用地下排烟和地下砖烟道，烟气经由埋设在地或半地下的砖砌烟道至烟囱排出。这样的排烟，易使烟气从炉尾装料门大量冒出散于大气，其热损失占总烟气排热量的15至30%。加之，烟道吸冷风和地下水常渗入，使烟气量和烟温在到达换热器之前已经损失十分严重，影响换热器的使用效果。为了利用好烟气余热，须对烟道系统进行改造，尽可能缩短换热器前的烟道。同时要有严密的操作炉门和庄出料炉门及灵活的烟道闸门，注重烟道的严密性，这样可使换热器前的烟气热量保存率不低于90至95%，以利于余热的充分回收。 （2）换热器的应用及选择。换热器是回收烟气余热的一种高效节能设备。轧钢加热炉采用烟气余热换热器，可将烟气中余热的60至70%进行回收利用，缩短加热时间，节约燃料消耗20至30%，提高炉子产量15至30%。换热器种类很多，除已淘汰的老式陶土换热器外，就近十年来发展起来的新型金属换热器而言，有片状管式热换器、管妆插入件式换热器、喷流换热器等。
3、蓄热式燃烧技术
蓄热式燃烧在轧钢加热炉上应用发展迅猛，采用蓄热式燃烧技术与无余热回收的加热炉比较，可实现节能40%以上，与换热器预热技术比较也可实现10%～20%的节能潜力。从近年蓄热式加热炉能耗统计上，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，不过，采用双蓄热技术的加热炉在利用富余高炉煤气方面很有效，效率高于70%，节能效果显著。
4、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作用。该技术早在1980年以来就开始推广使用，目前国内不少轧钢加热炉都使用过该技术。
5、汽化冷却技术
汽化冷却不仅可以减少轧钢用水，而且可以生产蒸汽回收利用，具有一定的节能效果，在近年新建加热炉上逐步推广应用。
6、热装热送和低温轧制技术
热装热送技术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。从轧钢厂实施该技术的条件看，主要应用于普碳钢的加热，对于一些合金钢不宜采用热装热送技术或存在热装热送的温度限制。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。
7、电耗节能技术
（1）合理选择用电设备
选择用电设备时，首先应采用节能型设备，并充分考虑用电设备和工艺设备容量的合理匹配，使之大部分时间在高效率负荷区间运行，以达到经济合理的要求。
（2）加速费能电器的技术改造。
（3）辅助用电的合理化装置
在轧钢工序能耗中，辅助用电占总能耗的比例不大，但浪费现象却非常普遍，节能潜力较大。如照明用电、空调用电等。照明用电应逐步采用高效灯具，并合理选定照度，减少浪费。空调系统随着人们对工作环境的要求和技术装备的要求，在轧钢厂逐渐普及，其耗电量逐渐增大，所以其节电措施也应作为轧钢厂的重点项目。
（4）加强用电管理
应制定严格的用电考核管理措施，落到实处。
8、节约用水
軋钢厂的水资源浪费现象比较严重，各企业往往重视程度不够。近年来随着水资源的紧张，各厂采取了许多措施，均收到了好的效果。从轧钢工序的中轧、精轧、卷线机、炉尾和出钢等处实现冷却水闭路循环，大幅度降低水耗，节水率近50%
9、管理节能途径
（1）合理组织生产，提高能源利用率，应大力推广均衡生产。
（2）建立健全节能管理体系，树立全员的节能意识，从小处做起，从根本上杜绝浪费。
10、其他
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。
五、结论
（1）轧钢工序中，能耗应以加热炉节能为重点，通过对标挖潜，加热炉尚有较大的节能潜力，特别是蓄热式加热炉节能潜力有待发挥。
（2）加热炉节能技术如蓄热式燃烧技术、节能涂料、步进炉和汽化冷却等，热装热送、电机变频调速、轧钢自动化等先进技术都可降低轧钢系统的能耗。
（3）在轧钢系统工艺流程、加热炉燃耗、电耗和余热节能等方面均有一定的节能潜力，并提出了基本节能对策。
参考文献
[1] 蔡九菊.钢铁企业能耗分析与未来节能对策研究[J].鞍钢技术2009（2）：1-6
[2]张有礼，王维兴.钢铁工业能源结构与节能[J].中国冶金，2006（10）：1-8
[3] 陈冠军.简谈轧钢加热炉问题及节能[J]. 冶金能源，2008（6）：32-35
[4] 戴铁军，陈连生.轧钢系统能耗分析与节能对策[J].河北理工学院学报，2001（4）：25-42