近年钢材产量变化和轧钢工序的特点

日本近年的热轧钢材产量随钢产量的变化而略有变化，其产量和主要指标的变化如表1。

由下表可以看出，在钢材总产量略有上升的同时，特殊钢材的比例保持了继续上升的势头，而成材率这一重要指标也未能保持原有水平，这些均说明这段时间日本钢材生产的重点在发展市场需求旺盛而附加值高的产品，其中大部分属节能型产品。

表1 近年日本热轧钢材产量和主要指标的变化

项目
2001年
2002年
2003年
2004年
2005年
产量（万t）
合计
9476
9829
10050
10320
10120
普通钢
7893
8084
8177
8335
8086
特殊钢
1584
1745
1874
1984
2034
特殊钢材比（%）
16.7
17.7
18.6
19.2
20.1
成材率
合计
92.0
91.1
90.6
91.5
90.0
普通钢
94.0
92.6
92.6
93.2
92.0
特殊钢
83.8
85.5
84.2
84.2
82.7

轧钢工序是生产面向用户需求的最终产品，热轧产品部分还需通过冷轧和表面处理（板材）以及冷拉和拉丝（棒线材）后出售，故生产流程较长且工艺多样化。仅以热轧钢材为例，即看薄板、中厚板、棒型材、线材、无缝钢管和焊管各大类品种。本文以热轧钢材中的共用技术为主，并尽量介绍涉及生产节能产品的技术。

加热技术创新的节能环保效果巨大

轧钢工序涉及加热的设备较多，故加热耗能成为工序能耗的主要部分，如钢坯要加热到1200℃以上进行轧制，因此除电焊管外均设有钢坯加热炉；多种特殊钢材还需要经正火、回火和退火等热处理，钢板冷轧前须经过退火，也需要经过相应的热处理炉；近年热连轧实行无头轧制时需对轧材实施感应加热焊接；还有为提高轧后快冷以提高钢材强度和韧性时也需对轧材进行在线快速加热等，更扩大了加热技术的应用范围，从而也为加热技术创新节能扩大了范围，目前已进入实用化阶段的加热节能环保技术主要有以下几种：

(1)自身预热式燃烧器在加热炉上应用后节能效果明显。轧钢用钢坯加热炉过去多利用炉尾烟气余热通过换热器将助燃空气预热到600℃左右达到了较好的节能效果，并在加热炉上得到了普遍推广，上世纪90年代后期，日本开发成功自身预热式燃烧器的加热炉使助燃空气预热到1000℃以上。由于节能环保效果明显，自身预热式燃烧器很快在各种工业炉上得到了推广，具体如表2。
表2 使用自身预热式燃烧器的工业炉推广情况

项目
加热炉
热处理炉
钢水包炉
气体处理炉
熔化炉
合计
连续式
间歇式
连续式
间歇式
新推广炉数（座）
1998年
9
9
11
10
5
8
6
58
1999年
7
8
7
12
3
7
7
51
2000年
5
10
15
16
1
4
8
59


推广炉数中钢铁工业占60%以上，近年由于为迎接从2008年起对CO2减排任务进行考核，推行这一新技术成为轧钢节能的主要手段，加上NOx排放也达标，因此自身预热式燃烧器基本上在轧钢工业炉和热处理炉上全部得到推广。此项技术由于在我国也在大力推广中，因此简单介绍如下。

该燃烧器由一对可轮换的燃烧器构成，燃烧器出口堆有陶瓷制蜂巢式蓄热器，利用高温烟气余热进行蓄热后，在20-30秒后切换为另一个燃烧器燃烧时改为对助燃空气预热到1000℃以上，从而节能效果明显。同时为防止高温空气助燃下NOx上升对环保产生的不利影响，采取了将空气含氧量控制在2~5%的低氧燃烧方式，终于使NOx的含量控制在≤40ppm远低于排放标准的水平下，在高温空气助燃下仍保持了火焰的稳定燃烧，因此是一项优秀的节能环保技术。关于NOx发生量和助燃空气温度的关系见表3。

表3 不同含氧量助燃空气在不同温度燃烧时的NOx量

项目
助燃空气的温度（℃）
850
900
950
1000
1050
1100
不同助燃空气含氧量下NOx生成量
含氧15%
100
190
220
300
380
780
含氧5%
6
10
15
20
35
50
含氧2%
2
8
12
10
20
28

(2)连续直火式退火炉采用高温预混合式煤气的还原燃烧器后可节能20%。对于直火式加热火焰保持高还原性能时采取对燃料和空气预混合后供应的方式从原理上最佳的，但在助燃高温空气和用于高温炉时，易产生特有的逆火问题因此长期难以实用化。后经三菱重工开发成功专用的燃烧器，经对喷头采取绝热、冷却结构的设计后，即使在低负荷下也不会发生逆火现象，从此可用于助燃空气预热温度400℃和炉温1350℃的预混燃烧式直火加热炉，除比老式加热炉节能20%外，还由于加热能力的提高而使炉长缩短。

(3)对连轧机的精轧部分采用无头轧制后不仅可提高生产效率，还可提高产品质量和成材率，这些均对节能有利。无头轧制关键是头尾的快速焊接问题，近年选用了感应加热焊接法。即将头尾接合部对准并留有一定间隙，从两条钢材半成品的厚度方向施加强磁场使之产生感应电流加热使端部快速熔融，然后通过互相冲撞即可焊合。现JFE钢铁千叶分厂热连轧薄板等的无头轧制即采用了该法，收效甚好。

(4)JFE钢铁福山分厂中厚板工场采用在线感应加热（HOP）热处理后生产出多种高强度高韧性中厚板新品种，仅2005年开发成功的就有建机用760MPa级高屈服强度钢板和780MPa级高强度高韧性钢板及油罐用大入热焊接用610MPa级钢板，对社会节能起了重大作用，其它中厚板厂正在学习推广中。（未完待续）