一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法与流程

1.本发明涉及高速棒材轧制技术领域，具体为一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法。


背景技术：

2.近年我国各类轧制棒材年产量已超过11亿吨，在如此巨量的棒材生产过程中，从连铸坯的输送、加热、轧制(热轧、冷轧)、热处理到轧材表面处理等，涉及大量的能源消耗及废水、废液、废料排放，而棒材在汽车、交通运输、工程机械、建筑、能源输送、海洋工程、家电等下游用户经过剪裁(或切割)、成形、连接及应用过程中，也同样涉及大量的能源消耗及排放问题。同时，就棒材的全生命周期而言，棒材结构件经若干年的使用后最终到报废、回收并循环再利用的过程也同样存在节约资源、节能减排、绿色可循环及可持续发展的巨大潜力，因此，考虑轧制过程中需要考虑节能减排问题时，通过节约资源和节能减排降低在轧制过程中的损耗；
3.于是，有鉴于此，针对现有的结构不足予以研究改良，提出一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，包括以下步骤：
6.步骤一：用于对炉内钢坯的预热，加热，升温，是钢坯有一定的塑性，以满足轧机的轧制要求；
7.步骤二：利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽；
8.步骤三：参考铸胚的温度履历对加热炉的温度进行调整，包括提高装炉温度以及降低出炉温度，且一头提高装炉温度目标：提高50-200℃，一头是降低出炉温度，目标：降低50-100℃，并且两头相加：可利用温度为100-300℃；
9.步骤四：对加热炉进行汽化冷却，且加热炉构件的冷却主要有水冷却和汽化冷却，其中水冷却是指利用水在温度上升的过程中会吸收热量而使器件冷却，而汽化冷却则是利用水在转化成蒸汽的过程中会吸收大量热量而使冷却构件冷却；
10.步骤五：热装热送技术是通过炼、铸、轧三个工序合理衔接、匹配，使钢铁生产的主要工序的生产管理成为一体化系统，从而达到降低能源消耗的目的；
11.步骤六：提高铸胚温度，将切断点处的温度可提高2000℃，由由900℃提高到1100℃；
12.步骤七：轧件在转动的轧辊间产生塑性变形，轧出所需要的断面形状和尺寸的棒
材；
13.步骤八：在轧制操作过程中轧制温度节电和轧制设节电，为了在轧钢棒材的铸造中节省电力棒材。
14.进一步的，根据步骤一所述按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段，进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，且加热段为主要供热段，炉气温度较高，并且均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小。
15.进一步的，根据步骤一所述加热炉膛热强度，即单位时间内、单位体积炉膛内燃料燃烧的总发热量w/m2，炉膛尺寸一定后，多烧燃料必然提高炉膛热强度，相应地炉膛温度也会提高，炉子内炉管受热量也就增多，般管式加热炉的炉膛热强度为8.14～11.63w/m3(7～10kcal/m3
·
h)。
16.进一步的，根据步骤一所述用ni表示各种工艺需要加热炉补充的热量，n1》n2》n3，n4＝0，且n1为冷装炉需补热
‑‑
40kg标煤/棒材，并且n2为常规热送热装
‑‑
20kg标煤/棒材，n3为高温热送降温轧
‑‑
15kg标煤/棒材。
17.进一步的，根据步骤三所述棒材热装温度升高1℃所对应的能量：5*105j≈1.2*105卡，且棒材出炉温度降低1℃所对应的能量：6*105j≈1.4*105卡，且优化温度可带来的效益计算，如图(1)所示
[0018][0019]
进一步的，根据步骤四所述加热炉有三种汽化冷却布置方式，一是下降管和上升管均为集管系统，二是下降管和升管均为单回路系统，三是下降管为集管而上升管为单管的系统。
[0020]
进一步的，根据步骤五所述铸坯热装热送技术有两大指标，一是热送率、二是热送温度，且连铸坯热装热送有以下几项关键技术：无缺陷铸坯的生、铸坯与轧钢生产能力的匹配程度、严密的生产组织、安排一定的缓冲区。
[0021]
进一步的，根据步骤六提高连铸坯温度的三个措施包括提高拉速(posco薄板坯拉速已达7m/s以上)、减少冷却水、加保温罩，且提高连铸坯温度的技术支撑点为对凝固过程的数值模拟以及凝固终点与坯壳厚度预报；
[0022]
减少冷却水需要建立二冷配水与坯壳厚度关系模型，如公式(一)所示：
[0023]
h(x)＝2h0-{αφ(q0，x)+βθ(qw，x)+δφ(qa，x)}
[0024]
(一)
[0025]
其中，式中φ(q0)、θ(x)和φ(x)分别为各区水冷强度和对坯壳厚度的影响项；
[0026]
按照数学模型调整冷水阀门组态，如公式(二)所示：
[0027]
{q}＝{q1，q2，...，qi，...，qn}
[0028]
(二)
[0029]
其中，式中qi表示第i组阀门的状态，状态分别是开关和开口度；
[0030]
为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制。
[0031]
进一步的，根据步骤八所述轧机在启动时所耗的电比空载运行时要多，且轧机空载运行10min所耗的电与轧机启动一次所耗的电基本相同，并且在生产过程中大于10min的非轧制时间应停机，小于10min的非轧制时间应保持轧机空转。
[0032]
进一步的，根据步骤八所述轧制规格和速度相同的情况下，同一无孔轧机的电机转速与工作辊径成反比，不管是直流电机还是采用矢量控制的交流电机，在基速下的恒转矩区，电机的转速与输出功率成正比，功率与电耗成正比，所以辊径大的无孔轧机比辊径小的无孔轧机更省电，如公式(三)所示：
[0033]w辊径节约
＝(1-k辊径)*w有孔型*40％*50％
[0034]
＝(1-0.9)*120kwh*40&*50％
[0035]
＝2.40kwh
[0036]
(三)
[0037]
其中，式中：w辊径节约
‑‑
采用无孔.型轧制技术后吨钢节约的电能(kwh)；w有孔型一有孔型轧制吨钢电耗(kwh)；k辊径
‑‑
1至14号轧机有孔型与无孔型工作辊径比的平均数；40％
‑‑
1至14号轧机所占的负荷比；50％
‑‑
转速小于基速运行的电机所占的负荷比。
[0038]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0039]
1.本发明利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽，而在工业加热炉中，最有效的应用当数换热器，因为其拥有气密性好，体积小，设备紧凑等显着优点，目前应用广泛的换热器有喷流管式换热器、片状换热器、各种插入件式换热器，通过该预热空气进行助燃，烟气预热工件需占用较大的体积进行热交换，往往受到作业场地的限制，预热空气助燃是一种较好的方法，配置在加热炉上，也可强化燃烧，加快炉子的升温速度，提高炉子热工性能；
[0040]
2.本发明通过钢坯的轧制温度与轧制压力成反比，轧制压力与电机的负荷成正比，在轧制过程中尽可能的采用上限的轧制温度也是节电的有限手段之一，采取高温轧制会增加加热能源的消耗和氧化铁皮的产生等不利因素，如果把出钢温度控制在工艺要求的下限，轧制过程中的温度控制在工艺要求的上限就不会增加加热能源的消耗，再加上线材加工所产生的氧化铁皮主要由加热烧损产生，因此采用高温轧制技术节电是可行的，在轧制规格和速度相同的情况下，相同的轧辊如果采用无孔型轧制技术可以获得较大的工作辊径，因此无孔型轧制技术的应用不仅减少了轧辊的消耗，而且还降低了电耗。
附图说明
[0041]
图1为本发明步骤示意图；
[0042]
图2为本发明流程示意图；
[0043]
图3为本发明提高铸胚温度示意图；
[0044]
图4为本发明参考铸胚的温度履历示意图。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
如图1-图4所示，一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，包括以下步骤，步骤一：用于对炉内钢坯的预热，加热，升温，是钢坯有一定的塑性，以满足轧机的轧制要求；步骤二：利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽；步骤三：参考铸胚的温度履历对加热炉的温度进行调整，包括提高装炉温度以及降低出炉温度，且一头提高装炉温度目标：提高50-200℃，一头是降低出炉温度，目标：降低50-100℃，并且两头相加：可利用温度为100-300℃；步骤四：对加热炉进行汽化冷却，且加热炉构件的冷却主要有水冷却和汽化冷却，其中水冷却是指利用水在温度上升的过程中会吸收热量而使器件冷却，而汽化冷却则是利用水在转化成蒸汽的过程中会吸收大量热量而使冷却构件冷却；步骤五：热装热送技术是通过炼、铸、轧三个工序合理衔接、匹配，使钢铁生产的主要工序的生产管理成为一体化系统，从而达到降低能源消耗的目的；步骤六：提高铸胚温度，将切断点处的温度可提高2000℃，由由900℃提高到1100℃；步骤七：轧件在转动的轧辊间产生塑性变形，轧出所需要的断面形状和尺寸的棒材；步骤八：在轧制操作过程中轧制温度节电和轧制设节电，为了在轧钢棒材的铸造中节省电力棒材。
[0047]
根据步骤一所述按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段，进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，且加热段为主要供热段，炉气温度较高，并且均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小。
[0048]
根据步骤一所述加热炉膛热强度，即单位时间内、单位体积炉膛内燃料燃烧的总发热量w/m2，炉膛尺寸一定后，多烧燃料必然提高炉膛热强度，相应地炉膛温度也会提高，炉子内炉管受热量也就增多，般管式加热炉的炉膛热强度为8.14～11.63w/m3(7～10kcal/m3
·
h)。
[0049]
根据步骤一所述用ni表示各种工艺需要加热炉补充的热量，n1》n2》n3，n4＝0，且n1为冷装炉需补热
‑‑
40kg标煤/棒材，并且n2为常规热送热装
‑‑
20kg标煤/棒材，n3为高温热送降温轧
‑‑
15kg标煤/棒材。
[0050]
根据步骤三所述棒材热装温度升高1℃所对应的能量：5*105j≈1.2*105卡，且棒材出炉温度降低1℃所对应的能量：6*105j≈1.4*105卡，且优化温度可带来的效益计算，如图(1)所示
[0051][0052]
根据步骤四所述加热炉有三种汽化冷却布置方式，一是下降管和上升管均为集管系统，二是下降管和升管均为单回路系统，三是下降管为集管而上升管为单管的系统。
[0053]
根据步骤五所述铸坯热装热送技术有两大指标，一是热送率、二是热送温度，且连
铸坯热装热送有以下几项关键技术：无缺陷铸坯的生、铸坯与轧钢生产能力的匹配程度、严密的生产组织、安排一定的缓冲区。
[0054]
根据步骤六提高连铸坯温度的三个措施包括提高拉速(posco薄板坯拉速已达7m/s以上)、减少冷却水、加保温罩，且提高连铸坯温度的技术支撑点为对凝固过程的数值模拟以及凝固终点与坯壳厚度预报；
[0055]
减少冷却水需要建立二冷配水与坯壳厚度关系模型，如公式(一)所示：
[0056]
h(x)＝2h0-{αφ(q0，x)+βθ(qw，x)+δφ(qa，x)}(一)
[0057]
其中，式中φ(q0)、θ(x)和φ(x)分别为各区水冷强度和对坯壳厚度的影响项；
[0058]
按照数学模型调整冷水阀门组态，如公式(二)所示：
[0059]
{q}＝{q1，q2，...，qi，...，qn}
[0060]
(二)
[0061]
其中，式中qi表示第i组阀门的状态，状态分别是开关和开口度，为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制。
[0062]
根据步骤八所述轧机在启动时所耗的电比空载运行时要多，且轧机空载运行10min所耗的电与轧机启动一次所耗的电基本相同，并且在生产过程中大于10min的非轧制时间应停机，小于10min的非轧制时间应保持轧机空转。
[0063]
根据步骤八所述轧制规格和速度相同的情况下，同一无孔轧机的电机转速与工作辊径成反比，不管是直流电机还是采用矢量控制的交流电机，在基速下的恒转矩区，电机的转速与输出功率成正比，功率与电耗成正比，所以辊径大的无孔轧机比辊径小的无孔轧机更省电，如公式(三)所示：
[0064]w辊径节约
＝(1-k辊径)*w有孔型*40％*50％
[0065]
＝(1-0.9)*120kwh*40&*50％
[0066]
＝2.40kwh
[0067]
(三)
[0068]
其中，式中：w辊径节约
‑‑
采用无孔.型轧制技术后吨钢节约的电能(kwh)；w有孔型一有孔型轧制吨钢电耗(kwh)；k辊径
‑‑
1至14号轧机有孔型与无孔型工作辊径比的平均数；40％
‑‑
1至14号轧机所占的负荷比；50％
‑‑
转速小于基速运行的电机所占的负荷比。
[0069]
工作原理：在使用该利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法时，首先，利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽，而在工业加热炉中，最有效的应用当数换热器，因为其拥有气密性好，体积小，设备紧凑等显着优点，目前应用广泛的换热器有喷流管式换热器、片状换热器、各种插入件式换热器，通过该预热空气进行助燃，烟气预热工件需占用较大的体积进行热交换，往往受到作业场地的限制(间歇使用的炉窑还无法采用此种方法)，预热空气助燃是一种较好的方法，配置在加热炉上，也可强化燃烧，加快炉子的升温速度，提高炉子热工性能，其中，加热炉构件的冷却主要有水冷却和汽化冷却。其中水冷却是指利用水在温度上升的过程中会吸收热量而使器件冷却，而汽化冷却则是利用水在转化成蒸汽的过程中会吸收大量热量而使冷却构件冷却。其基本原理是，在冷却管中将水加热到沸腾状态，从而使水转换成汽水混合物进入到汽包中进行蒸汽和水分离，分离出来的蒸汽从汽包中出来可供再次使用，而水又再次回到冷却系统中进行循环利用。加热炉有
三种汽化冷却布置方式，-是下降管和上升管均为集管系统，二是下降管和升管均为单回路系统，三是下降管为集管而上升管为单管的系统。汽化冷却相对于水冷却在节能、安全生产和出钢质量方面等都有很大的优势，接着，虽然不同的产品对轧制温度的要求是不同的，但是对轧制温度的控制都有一定的范围，钢坯的轧制温度与轧制压力成反比，轧制压力与电机的负荷成正比，在轧制过程中尽可能的采用上限的轧制温度也是节电的有限手段之一，采取高温轧制会增加加热能源的消耗和氧化铁皮的产生等不利因素，如果把出钢温度控制在工艺要求的下限，轧制过程中的温度控制在工艺要求的上限就不会增加加热能源的消耗，再加上线材加工所产生的氧化铁皮主要由加热烧损产生，因此采用高温轧制技术节电是可行的，在轧制规格和速度相同的情况下，相同的轧辊如果采用无孔型轧制技术可以获得较大的工作辊径，因此无孔型轧制技术的应用不仅减少了轧辊的消耗，而且还降低了电耗，这就是该利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法的工作原理。
[0070]
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

技术特征：
1.一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：用于对炉内钢坯的预热，加热，升温，是钢坯有一定的塑性，以满足轧机的轧制要求；步骤二：利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽；步骤三：参考铸胚的温度履历对加热炉的温度进行调整，包括提高装炉温度以及降低出炉温度，且一头提高装炉温度目标：提高50-200℃，一头是降低出炉温度，目标：降低50-100℃，并且两头相加：可利用温度为100-300℃；步骤四：对加热炉进行汽化冷却，且加热炉构件的冷却主要有水冷却和汽化冷却，其中水冷却是指利用水在温度上升的过程中会吸收热量而使器件冷却，而汽化冷却则是利用水在转化成蒸汽的过程中会吸收大量热量而使冷却构件冷却；步骤五：热装热送技术是通过炼、铸、轧三个工序合理衔接、匹配，使钢铁生产的主要工序的生产管理成为一体化系统，从而达到降低能源消耗的目的；步骤六：提高铸胚温度，将切断点处的温度可提高2000℃，由由900℃提高到1100℃；步骤七：轧件在转动的轧辊间产生塑性变形，轧出所需要的断面形状和尺寸的棒材；步骤八：在轧制操作过程中轧制温度节电和轧制设节电，为了在轧钢棒材的铸造中节省电力棒材。2.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤一所述按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段，进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，且加热段为主要供热段，炉气温度较高，并且均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小。3.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤一所述加热炉膛热强度，即单位时间内、单位体积炉膛内燃料燃烧的总发热量w/m2，炉膛尺寸一定后，多烧燃料必然提高炉膛热强度，相应地炉膛温度也会提高，炉子内炉管受热量也就增多，般管式加热炉的炉膛热强度为8.14～11.63w/m3(7～10kcal/m3
·
h)。4.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤一所述用n
i
表示各种工艺需要加热炉补充的热量，n1>n2>n3，n4＝0，且n1为冷装炉需补热
‑‑
40kg标煤/棒材，并且n2为常规热送热装
‑‑
20kg标煤/棒材，n3为高温热送降温轧
‑‑
15kg标煤/棒材。5.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤三所述棒材热装温度升高1℃所对应的能量：5*105j≈1.2*105卡，且棒材出炉温度降低1℃所对应的能量：6*105j≈1.4*105卡。6.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤四所述加热炉有三种汽化冷却布置方式，一是下降管和上升管均为集管系统，二是下降管和升管均为单回路系统，三是下降管为集管而上升管为单管的系统。7.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤五所述铸坯热装热送技术有两大指标，一是热送率、二是热送温度，且连铸坯热装热送有以下几项关键技术：无缺陷铸坯的生、铸坯与轧钢生产能力的匹配程度、严密的生产组织、安排一定的缓冲区。
8.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤六提高连铸坯温度的三个措施包括提高拉速(p0sco薄板坯拉速已达7m/s以上)、减少冷却水、加保温罩，且提高连铸坯温度的技术支撑点为对凝固过程的数值模拟以及凝固终点与坯壳厚度预报；减少冷却水需要建立二冷配水与坯壳厚度关系模型，如公式(一)所示：h(x)＝2h0-{αφ(q0，x)+βθ(q
w
，x)+δφ(q
a
，x)}(一)其中，式中φ(q0)、θ(x)和φ(x)分别为各区水冷强度和对坯壳厚度的影响项；按照数学模型调整冷水阀门组态，如公式(二)所示：{q}＝{q1，q2，...，qi，...，qn}(二)其中，式中qi表示第i组阀门的状态，状态分别是开关和开口度；为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制。9.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤八所述轧机在启动时所耗的电比空载运行时要多，且轧机空载运行10min所耗的电与轧机启动一次所耗的电基本相同，并且在生产过程中大于10min的非轧制时间应停机，小于10min的非轧制时间应保持轧机空转。10.根据权利要求1所述的一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，其特征在于，根据步骤八所述轧制规格和速度相同的情况下，同一无孔轧机的电机转速与工作辊径成反比，不管是直流电机还是采用矢量控制的交流电机，在基速下的恒转矩区，电机的转速与输出功率成正比，功率与电耗成正比，所以辊径大的无孔轧机比辊径小的无孔轧机更省电，如公式(三)所示：w
辊径节约
＝(1-k辊径)*w有孔型*40％*50％＝(1-0.9)*120kwh*40&*50％＝2.40kwh(三)其中，式中：w辊径节约采用无孔.型轧制技术后吨钢节约的电能(kwh)；w有孔型一有孔型轧制吨钢电耗(kwh)；k辊径1至14号轧机有孔型与无孔型工作辊径比的平均数；40％1至14号轧机所占的负荷比；50％转速小于基速运行的电机所占的负荷比。

技术总结
本发明公开了一种利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，本发明涉及高速棒材轧制技术领域，包括以下步骤，步骤一：用于对炉内钢坯的预热，加热，升温，是钢坯有一定的塑性，以满足轧机的轧制要求；步骤二：利用换热器对烟气余热进行回收利用的技术有以下几种，用烟气加热助燃空或煤气、设置预热段用烟气加热炉料、设置余热锅炉用烟气的热量生产蒸汽。该利用余热的高速棒材节能降耗轧制方法，用烟气加热助燃空或煤气、通过该预热空气进行助燃，烟气预热工件需占用较大的体积进行热交换，往往受到作业场地的限制，预热空气助燃是一种较好的方法，配置在加热炉上，也可强化燃烧，加快炉子的升温速度，提高炉子热工性能。提高炉子热工性能。提高炉子热工性能。


技术研发人员：王林
受保护的技术使用者：南京高精工程设备有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/14