侯柏宇
（遼寧省凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽(yáng) 122500）
摘 要：隨著市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)規(guī)模也隨之增長(zhǎng)，但在這種發(fā)展模式下，出現(xiàn)了一個(gè)較為突出的矛盾，即發(fā)展排放及能耗標(biāo)準(zhǔn)同生態(tài)壓力之間的矛盾。如何處理好這個(gè)矛盾是我國(guó)現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)深度發(fā)展，也是不斷提高并擴(kuò)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(guó)工業(yè)起步較晚，大規(guī)模的鋼鐵生產(chǎn)線在解放后建國(guó)初期才開(kāi)始發(fā)展，加上建國(guó)后大發(fā)展、大建設(shè)時(shí)期鋼材需求量巨大，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)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(wèn)題、生態(tài)問(wèn)題。雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和發(fā)展，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)已經(jīng)能夠達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平，但是相關(guān)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)仍然和發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在較大差距。軋鋼工藝作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用其中，能夠較大程度的減少鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物排放量，對(duì)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的節(jié)能升級(jí)、產(chǎn)業(yè)組合優(yōu)化升級(jí)都有重要意義，也是現(xiàn)階段鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)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(guó)重要的重工業(yè)代表行業(yè)，其市場(chǎng)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(jí)生產(chǎn)部門，毫不夸張地說(shuō)，現(xiàn)階段的社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)踐全都離不開(kāi)鋼鐵行業(yè)的支持。也因?yàn)樯鲜鲈?，我?guó)鋼鐵行業(yè)規(guī)模巨大、分布較廣，遍布全國(guó)約14 個(gè)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(guó)能源消耗約三成是鋼鐵行業(yè)消費(fèi)，其中軋鋼的能耗在整個(gè)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在軋鋼工藝生產(chǎn)中，由于技術(shù)上的不科學(xué)、管理上的不合理，每噸鋼生產(chǎn)所需能耗比發(fā)達(dá)國(guó)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(gè)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(wèn)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(shè)備耗能、氧氣消耗三個(gè)主要方面。雖然在維持軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的能源也需要計(jì)算在內(nèi)，但是其中主要的能源基本上用來(lái)支持設(shè)備加熱。當(dāng)加熱溫度在1200℃左右時(shí)，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(shí)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(dāng)，而造成大量的能量溢出。此外，使用電能加熱鋼坯時(shí)呈現(xiàn)線性關(guān)系，電能的損耗和環(huán)境壓力又相對(duì)較低，合理改善加熱溫度控制環(huán)節(jié)，對(duì)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(huì)對(duì)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(guó)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(guó)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(qiáng)人意，往往需要投入超出預(yù)計(jì)約三成的能源物質(zhì)才能夠使軋鋼爐預(yù)熱到既定溫度，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的不必要能源浪費(fèi)，這也是我國(guó)現(xiàn)階段軋鋼工藝生產(chǎn)中的最大問(wèn)題所在。良好的軋鋼爐具有合理科學(xué)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(jìn)而實(shí)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(gè)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(huì)有不同的型號(hào)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(guò)程中需要進(jìn)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(huì)有相應(yīng)差別，且管理得當(dāng)?shù)脑捘軌虮苊舛嘤嗄茉聪?。但是我?guó)鋼鐵行業(yè)基本實(shí)行大生產(chǎn)的方式，即各種型號(hào)鋼的軋鋼工藝基本相同，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)軋鋼生產(chǎn)的精確化控制，加之鋼材產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨慘烈，鋼廠為適應(yīng)市場(chǎng)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(fù)責(zé)軋鋼生產(chǎn)的主要溫度、動(dòng)力供給，因此在對(duì)軋鋼生產(chǎn)節(jié)能改造過(guò)程中自然處于首當(dāng)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(jī)狀態(tài)時(shí)能夠盡可能地降低熱能損耗，將熱能儲(chǔ)蓄起來(lái)，方便下次使用軋鋼爐時(shí)有一個(gè)較高的初始溫度。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，當(dāng)軋鋼爐采用蓄熱燃燒技術(shù)時(shí)，能夠降低約兩成的能耗，節(jié)能效果已經(jīng)相當(dāng)明顯。具體措施可以對(duì)軋鋼爐進(jìn)行材質(zhì)改造，外壁可以采用蓄熱材料進(jìn)行蓄熱；爐內(nèi)設(shè)計(jì)熱循環(huán)模式，當(dāng)軋鋼爐處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)爐內(nèi)余溫進(jìn)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(shí)現(xiàn)燃料的充分燃燒，從而減少有害氣體的排放。對(duì)軋鋼加熱爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，結(jié)構(gòu)改造主要有以下幾個(gè)方面：①增加軋鋼爐密閉性，避免由于爐內(nèi)氣體交換過(guò)剩導(dǎo)致熱能流失；②改善軋鋼爐氣體流入控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)空氣含量的嚴(yán)格控制，進(jìn)而實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)大力發(fā)展并進(jìn)步的今天，軋鋼生產(chǎn)還依賴人力進(jìn)行生產(chǎn)管理已經(jīng)無(wú)法滿足精確化、精準(zhǔn)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(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)傳統(tǒng)的軋鋼工藝生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)改造，通過(guò)電子計(jì)算器，收集軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，再利用人工智能進(jìn)行計(jì)算，參考云端操作建議的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員再通過(guò)計(jì)算機(jī)下達(dá)生產(chǎn)的精確管理指令，進(jìn)而實(shí)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(jìn)而降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)軋鋼的工藝的精確化、精準(zhǔn)化生產(chǎn)。在軋鋼工藝設(shè)計(jì)上追求共有、通用性，盡量減少更改規(guī)格時(shí)的無(wú)效時(shí)間。在生產(chǎn)計(jì)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(xùn)
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(dòng)化生產(chǎn)，但是很多實(shí)際生產(chǎn)中可能遇到的突發(fā)情況或在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)人工智能可能無(wú)法做出精準(zhǔn)的判斷，這時(shí)還是需要依賴人力進(jìn)行生產(chǎn)管理和控制。因此鋼鐵行業(yè)有必要進(jìn)行新一輪的人員技術(shù)培訓(xùn)，通過(guò)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(shì)和人工智能精準(zhǔn)化控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)使其相得益彰，進(jìn)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(shí)現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)的效率化，實(shí)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(wú)論技術(shù)怎樣先進(jìn)，管理怎樣完善，控制怎樣合理科學(xué)，生產(chǎn)過(guò)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(fèi)，但是相比于其他行業(yè)來(lái)說(shuō)，這些溢出能源的可利用價(jià)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(jìn)行水加熱、蒸汽加熱，實(shí)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(huì)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(yǔ)
總而言之，鋼鐵行業(yè)是我國(guó)主要能耗產(chǎn)業(yè)之一，軋鋼生產(chǎn)也只是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)工藝，對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)節(jié)能改造，也只能改善我國(guó)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)能耗較大的一個(gè)方面。在節(jié)能生產(chǎn)的這條路上，我國(guó)鋼鐵行業(yè)還有很長(zhǎng)的路要走，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。這期間要結(jié)合人員技術(shù)優(yōu)勢(shì)和新興人工智能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的精確化、精準(zhǔn)化管理和控制，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能生產(chǎn)改造的必由之路，為此我國(guó)鋼鐵行業(yè)還要付出很多努力。