鋼壓延加工是鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下的核心環(huán)節(jié),主要包括熱軋、冷軋、鍍層、退火等工序,將鋼坯或鋼錠加工成板、帶、管、型材等產(chǎn)品。這一過程也是鋼鐵工業(yè)中能源消耗最為集中的領(lǐng)域之一,其能耗水平直接關(guān)系到整個(gè)行業(yè)的成本競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。因此,深入分析其能源消耗結(jié)構(gòu),并積極采取有效的節(jié)能措施,具有重大的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保意義。
一、鋼壓延加工的主要能源消耗環(huán)節(jié)
鋼壓延加工的能耗主要來源于以下幾個(gè)關(guān)鍵工序:
- 加熱環(huán)節(jié):熱軋前需將鋼坯或鋼錠在加熱爐(如步進(jìn)式加熱爐)中加熱至軋制溫度(通常為1100℃-1300℃)。這是整個(gè)熱軋過程能耗最高的部分,燃料(主要是煤氣、天然氣)消耗巨大。加熱爐的效率、絕熱保溫性能以及加熱制度的優(yōu)化,直接影響此環(huán)節(jié)的能耗。
- 軋制環(huán)節(jié):軋機(jī)(包括粗軋、精軋機(jī)組)驅(qū)動(dòng)軋輥旋轉(zhuǎn)需要消耗大量電能。主電機(jī)功率巨大,其運(yùn)行效率、傳動(dòng)系統(tǒng)損耗以及軋制工藝參數(shù)(如壓下量、軋制速度)的設(shè)定,決定了電能的利用效率。
- 熱處理環(huán)節(jié):冷軋后的退火、鍍鋅線中的加熱與保溫等熱處理工序,需要持續(xù)穩(wěn)定的熱能供應(yīng)(通過煤氣、電加熱等方式),以消除加工硬化、獲得所需的材料性能。連續(xù)退火爐、罩式退火爐的爐體熱效率是關(guān)鍵。
- 輔助系統(tǒng):包括軋制線上的冷卻水系統(tǒng)(泵站)、壓縮空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、廠房照明與通風(fēng)等。這些輔助設(shè)施的能耗雖相對分散,但累計(jì)總量可觀,其運(yùn)行管理水平對整體能耗有重要影響。
二、影響能源消耗的關(guān)鍵因素
- 裝備技術(shù)水平:老舊、低效的加熱爐、軋機(jī)和電機(jī)是能耗高的主要原因。設(shè)備的大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化水平直接影響能耗。
- 生產(chǎn)工藝與操作:不合理的加熱溫度、軋制道次、待軋時(shí)間、空載運(yùn)行等都會(huì)造成能源浪費(fèi)。生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度是否緊湊,也影響設(shè)備啟停帶來的額外能耗。
- 能源管理:缺乏精細(xì)化的能源計(jì)量、監(jiān)測與考核體系,導(dǎo)致能耗“黑箱”化,不利于發(fā)現(xiàn)問題和實(shí)施改進(jìn)。
- 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與規(guī)模:生產(chǎn)高附加值、薄規(guī)格產(chǎn)品通常能耗更高;產(chǎn)能利用率不足會(huì)導(dǎo)致單位產(chǎn)品能耗上升。
三、主要的節(jié)能措施與技術(shù)進(jìn)步方向
面對能源成本壓力和“雙碳”目標(biāo)要求,鋼壓延加工領(lǐng)域的節(jié)能降耗已成為必然選擇,主要措施包括:
- 推廣先進(jìn)工藝與裝備:
- 熱裝熱送(HCR)與直接軋制(HDR):將連鑄坯在高溫狀態(tài)下直接送入加熱爐或軋機(jī),大幅減少加熱爐的燃料消耗,是熱軋工序最有效的節(jié)能技術(shù)之一。
- 高效加熱爐技術(shù):采用蓄熱式燃燒技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)、先進(jìn)的爐襯絕熱材料、智能燃燒控制系統(tǒng)等,顯著提高加熱爐的熱效率,減少排煙熱損失。
- 軋制工藝優(yōu)化:發(fā)展無頭軋制、半無頭軋制技術(shù),減少穿帶、甩尾等過程中的能耗與廢品;采用低溫軋制、大壓下軋制等工藝,降低加熱溫度需求。
- 高效電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng):推廣使用永磁同步電機(jī)、高效變頻調(diào)速技術(shù),對軋機(jī)主傳動(dòng)、風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行節(jié)能改造,降低傳動(dòng)損耗。
- 回收利用二次能源:
- 余熱回收:充分利用加熱爐、退火爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂幔ㄟ^換熱器預(yù)熱助燃空氣、煤氣或產(chǎn)生蒸汽,用于生產(chǎn)和生活。推廣低溫余熱發(fā)電技術(shù)。
- 余壓回收:在高壓水除鱗、壓縮空氣系統(tǒng)等環(huán)節(jié),應(yīng)用能量回收裝置(如透平發(fā)電)將壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
- 加強(qiáng)系統(tǒng)節(jié)能與能源管理:
- 實(shí)施能源管理中心(EMS):建立覆蓋全工序的能源數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)度平臺(tái),實(shí)現(xiàn)能源供需的動(dòng)態(tài)平衡和精細(xì)化管控。
- 優(yōu)化輔助系統(tǒng)運(yùn)行:對泵、風(fēng)機(jī)等實(shí)施變頻改造,按需供給;采用高效照明和智能控制系統(tǒng);加強(qiáng)管網(wǎng)保溫,防止跑冒滴漏。
- 開展系統(tǒng)能效診斷與審計(jì):定期評估能源利用效率,識(shí)別節(jié)能潛力點(diǎn),制定并實(shí)施持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃。
- 發(fā)展綠色低碳技術(shù):長遠(yuǎn)來看,探索氫能作為加熱爐燃料、電加熱爐采用綠色電力等替代方案,是從根本上降低碳排放的路徑。
四、結(jié)論
鋼壓延加工的節(jié)能是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及技術(shù)、管理、操作等多個(gè)層面。當(dāng)前,通過推廣應(yīng)用熱裝熱送、高效加熱爐、余熱余壓回收等成熟技術(shù),已能取得顯著的節(jié)能效益。隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)與制造過程的深度融合,以及綠色能源的逐步應(yīng)用,鋼壓延加工的能源利用效率將進(jìn)一步提升,能耗強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度將持續(xù)下降,從而推動(dòng)鋼鐵工業(yè)向更加高效、清潔、低碳的方向轉(zhuǎn)型。企業(yè)必須將節(jié)能工作置于戰(zhàn)略高度,通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和管理優(yōu)化,才能在激烈的市場競爭和嚴(yán)格的環(huán)保約束下贏得主動(dòng)。