從冶金學或加工的必要性來看，在鋼鐵生產(chǎn)工藝中，從鐵礦石的還原和熔融到加工成最終產(chǎn)品的過程是一個反復加熱和冷卻的過程。為解決提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量、穩(wěn)定操作、設備的緊湊化和節(jié)能等各種課題，日本各鋼鐵公司開發(fā)了適應各生產(chǎn)工序的最佳加熱和冷卻技術?？梢哉f，日本鋼鐵工業(yè)的能源單耗和產(chǎn)品質量能夠居世界領先水平，如果沒有鋼鐵生產(chǎn)工藝中的最佳加熱和冷卻技術，就不可能實現(xiàn)。近年來，為進一步提高產(chǎn)品質量，日本對提高加熱和冷卻能力及對目標溫度的高精度控制提出了要求，同時還對考慮到環(huán)保節(jié)能的加熱和冷卻技術提出了要求。
一、加熱和冷卻的基本形式
熱傳輸?shù)男问娇煞譃闊醾鲗?、對流傳熱和熱輻射?種。熱傳導是物質內部的熱傳輸，是構成物質的原子或分子的振動傳播使能量傳輸?shù)默F(xiàn)象。對流傳熱是物質表面和周圍氣體、液體或固體的宏觀流形成流動和混合，產(chǎn)生熱傳輸?shù)默F(xiàn)象。熱輻射是物體內部所具有的能量以電磁波的形式從其表面放射出，并向周圍傳遞的現(xiàn)象。p u3i O D
關于物質的加熱或冷卻過程，只要給出物質表面的對流傳熱及熱輻射的臨界值，通過數(shù)值解析，就能準確求出。也就是說，要想準確預測出加熱和冷卻過程，就必須給出準確的臨界值。但是，由于決定各傳熱形式的熱物性值、流體模型和相變等熱傳輸量的因素很多，而且在實際的加熱和冷卻過程中，這些傳熱形式很少是單獨存在的，幾乎是一種相互關聯(lián)、非常復雜的現(xiàn)象。因此，在對作為對象工序的加熱和冷卻進行大量的傳熱實驗后，對熱傳輸量進行了定量，并給出了計算式，同時根據(jù)現(xiàn)場積累的操作數(shù)據(jù)，開發(fā)了適合各生產(chǎn)工序的最佳加熱和冷卻技術。
二、加熱技術n D R
在鋼鐵生產(chǎn)工藝中應用了許多適合各工序的加熱技術，但從能量消耗量的大小或嚴格控制溫度的必要性來看，熱軋工序和連續(xù)退火及浸鍍工序的加熱技術的發(fā)展值得一提。
在熱軋工序中，板坯在加熱爐中的放射加熱、薄板坯連接用的感應加熱或激光加熱已應用于實際。在冷軋鋼板的連續(xù)退火和浸鍍工序中，應用了許多加熱技術，如采用輻射管的放射加熱或使用還原性火焰的對流加熱、利用從廢氣中回收的高溫氣體進行對流加熱和在爐內及爐外對鋼板進行感應加熱等。加熱能力的大小取決于表面對流或放射產(chǎn)生的熱流束的大小。
雖然感應加熱或激光加熱是一種局部加熱，但它們能在非常大的熱流束 (106～107W／m2)下進行加熱。板坯加熱爐的噴嘴火焰產(chǎn)生的放射加熱熱流束可達1～4×105W／m2，連續(xù)退火爐的還原火焰產(chǎn)生的放射及對流加熱熱流束可達1～3×105W／m2，連續(xù)退火爐的輻射管產(chǎn)生的放射加熱熱流束可達1～5×104W／m2，氣體射流產(chǎn)生的對流加熱熱流束可達1～2× 104W／m2。
在鋼鐵生產(chǎn)工序中，雖然熱流束的覆蓋范圍廣，但應從冶金學上所要求的加熱速度的大小、溫度的均勻性、加熱氣氛條件(氧化及還原)、設備及燃料的經(jīng)濟性和設備的維護性等各方面綜合考慮后再選擇適宜的加熱方法。以下就鋼鐵生產(chǎn)工藝中的加熱技術，尤其是近年來引人關注的加熱技術進行介紹。
1、節(jié)能加熱技術 C p)y ~ P n6` _
作為鋼鐵生產(chǎn)工藝中的加熱源，主要使用高爐、焦爐等產(chǎn)生的副產(chǎn)氣體。為實現(xiàn)節(jié)能，重要的是要減少廢氣損失，即盡可能地回收廢氣的熱能，循環(huán)利用于生產(chǎn)工序中。為此，開發(fā)了蓄熱式燒嘴系統(tǒng)，應用于板坯加熱爐或冷軋鋼板的連續(xù)退火爐等許多設備。板坯加熱爐的蓄熱式燒嘴系統(tǒng)由一對交叉燃燒式燒嘴構成，每個燒嘴中裝有由陶瓷球或陶瓷蜂窩構成的蓄熱體，利用切換閥使空氣和燃燒氣體交叉流入蓄熱體中，由此可通過空氣回收儲存于蓄熱體中的燃燒氣體的顯熱，作為高溫預熱空氣進行燃燒。,h¬k d,c ~S g ]0y
閥的切換時間以大約30秒為間隔進行循環(huán)，對于1300℃的爐溫，平均循環(huán)一次就能將空氣預熱到1100℃。另一方面，廢氣溫度的下降僅大約250℃，可將廢氣熱損失降到最低。大型連續(xù)式板坯加熱爐或連續(xù)退火爐的輻射管燒嘴應用蓄熱式燒嘴系統(tǒng)后取得了大幅度節(jié)能的效果，節(jié)能效果比以往普通燒嘴提高20％～25％。納米科技世界論壇, Nanoscience and
2、低污染加熱技術、*od-j0w$C Li
為提高爐子的加熱能力，有效的辦法是提高火焰溫度，但提高火焰溫度會出現(xiàn)NOx增大的問題。尤其是采用蓄熱式燒嘴時，空氣被預熱到非常高的溫度后會出現(xiàn)高溫燃燒，NOx呈指數(shù)形式增大成為一個課題。為解決這一課題，研究了采用高溫低氧濃度燃燒技術來提高熱效率和減少NOx發(fā)生量的技術。
根據(jù)以往的燃燒概念可知，當空氣中的氧濃度下降時，火焰的穩(wěn)定性會下降，難以維持穩(wěn)定的燃燒，而且未燃排放物呈增加的趨勢。但是，如果空氣溫度超過1000℃，即使空氣中的氧濃度低于5％，也能穩(wěn)定維持燃燒。采用碳氫化合物燃料時，如果氧濃度降低到2％左右，火焰會呈現(xiàn)無法觀測到的無焰氧化反應狀態(tài)，雖然火焰又長又大，但能持續(xù)穩(wěn)定燃燒。采用普通氧濃度的空氣進行燃燒時，當空氣預熱溫度升高時，NOx發(fā)生量會呈指數(shù)形式增大，但采用高溫低氧濃度燃燒時，NOx的增加比例與溫度的關系小，即使空氣溫度達到1150℃，當氧濃度下降到5％時， NOx濃度也非常低(大約100ppm)，此時，CO和UHC的排放也幾乎可以忽略不計。
3、冷軋鋼板的快速無氧化加熱技術
在冷軋鋼板的連續(xù)退火工序中，有采用輻射管的放射加熱方式(下稱輻射管加熱)和采用還原火焰燒嘴的火焰噴流進行對流加熱的方式(下稱直焰加熱)。采用輻射管加熱時，鋼帶的放射率小，另外從金屬管的耐熱使用壽命來看，使用溫度存在極限，因此存在著不能形成大的熱流束的問題。而采用直焰加熱時，它幾乎不受放射率的影響，由于火焰是高速沖撞到鋼板，由此能獲得大的熱流束。納米科技世界論壇, Nanoscience and
根據(jù)輻射管加熱和直焰加熱的加熱速度比較可知，直焰加熱的加熱速度是輻射管加熱速度的大約 4倍。直焰加熱可以使火焰具有還原性，用途很廣，為此開發(fā)了將燃料和空氣分別供給進行燃燒的擴散燃燒式燒嘴和預先將空氣和燃料進行充分混合后供給的預混合燃燒式燒嘴。為使火焰具有高的還原性能，從原理上來看，可以說預混合燃燒式燒嘴具有優(yōu)越性。但是，預混合燃燒存在著回火的問題，因此空氣預熱溫度難以提高，難以應用于高溫爐。為解決這些問題，開發(fā)了高溫預熱空氣還原燒嘴。考慮到高溫預混合氣體的燃燒速度，對氣體流速進行了設計，并對噴嘴的隔熱和冷卻結構進行了設計，以便即使在低負荷燃燒時(負荷25％)，噴嘴內也不會發(fā)生回火。由此可使預混合式的直焰加熱技術得以應用于實際，其預熱空氣溫度可達到 400℃，爐溫可達到1350℃。當空氣溫度在400℃時，爐效率為大約59％，與沒有空氣預熱相比，可節(jié)能大約20％，同時可大幅度縮短爐子的長度。
——摘自《試驗測試信息網(wǎng)》
冀公網(wǎng)安備13050002001422號