:冷床是冶金工業(yè)生產(chǎn)中重要的冷卻設(shè)備，在冷床上，隨著軋件溫度的降低，大量的熱能逐漸散失掉，明顯造成大量的能源浪費(fèi)。軋鋼冷床余熱回收是節(jié)約能源和提高能源利用率的重要途徑。采用一定的余熱回收技術(shù)對(duì)軋鋼冷床余熱進(jìn)行回收和利用，不但可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可以減少環(huán)境污染，具有一定的節(jié)能意義。

1、冷床余熱分析

在生產(chǎn)棒材、型材等鋼鐵產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)過(guò)軋制工序后要進(jìn)入冷卻工序。冷卻工序是將軋制后的半成品經(jīng)過(guò)輥道等傳輸裝置，送至冷床上進(jìn)行自然冷卻或噴水冷卻，使軋件由冷卻前的800～950℃降低到下冷床時(shí)的80～100℃以下[1]。這個(gè)過(guò)程中損失了大量的熱量，既造成了能源的浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了污染。尤其在夏天，惡化了工作環(huán)境。

由于軋件在冷床上逐步進(jìn)行冷卻，所以冷床上各段溫度也不同，高溫段溫度可達(dá)600-800℃，低溫段溫度為80-100℃，造成熱源不穩(wěn)定，加之冷床上方常常進(jìn)行軋件的吊裝工作，冷床余熱回收存在很大的困難,國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究人員對(duì)此進(jìn)行了一些研究。

2、冷床余熱回收技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1、封閉式冷床余熱回收

瑞典阿維斯特鋼廠建立起在板坯散熱冷床上利用板坯熱能的能源回收系統(tǒng)，并于1980年9月中旬投產(chǎn)。阿維斯特鋼廠的設(shè)計(jì)和布置方法是：從連鑄機(jī)輸出輥道到板坯貯存庫(kù)之間，使板坯通過(guò)一個(gè)由管道系統(tǒng)做內(nèi)襯的封閉式冷床。板坯由步進(jìn)梁移送通過(guò)冷床。鍋爐供給的循環(huán)水通過(guò)冷床內(nèi)襯管道被板坯熱輻射加熱至約85℃[2]。這種類型的熱回收系統(tǒng)，可以獲得低溫蒸汽。只要空間允許，能方便地安裝在現(xiàn)有連鑄機(jī)上。根據(jù)阿維斯特鋼廠這套裝置投產(chǎn)日期能源價(jià)格計(jì)算，其投資成本可在3至4年內(nèi)全部收回。缺點(diǎn)是如果發(fā)生跳鋼現(xiàn)象，則會(huì)破壞封閉式冷床上方的管道系統(tǒng)。

劉仲堯，薛如升根據(jù)車(chē)間生產(chǎn)情況的要求，為了充分吸收利用鋼坯的高溫輻射熱，在距冷床上面鋼坯上300-350mm處，采用安裝排裝無(wú)縫鋼管將鋼坯全部覆蓋，用此排裝鋼管下方作為受熱面，在每根無(wú)縫鋼管兩旁，各焊接一根扁鋼，使整個(gè)受熱面組成一個(gè)密封平面，整個(gè)排管上表面均用石棉泥進(jìn)行保溫絕熱包扎，受熱面與安裝在近旁的汽包組成一個(gè)閉合循環(huán)回路，排管前聯(lián)箱上部，后聯(lián)箱下部各有一根上升管和下降管，汽包中的水經(jīng)下降管流入受熱面后，水受熱變成蒸汽，在一定的壓力下，汽水混合物經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，分離后的蒸汽經(jīng)主氣管導(dǎo)出供有關(guān)部門(mén)使用。此方案采用強(qiáng)制循環(huán)汽化冷卻方式。這種冷床余熱利用技術(shù)存在以下問(wèn)題：強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的阻力較大，自然循環(huán)受熱面安裝距離稍高、絕熱擋板形式欠妥等問(wèn)題。有時(shí)還會(huì)有跳鋼現(xiàn)象發(fā)生。所以此技術(shù)尚未成熟，需不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)。此余熱利用方案示意圖如圖1所示。

2.2、采用換熱裝置回收冷床余熱

換熱器是一種能實(shí)現(xiàn)不同溫度的物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，能使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。有關(guān)研發(fā)人員根據(jù)冷床熱源特點(diǎn)而將換熱裝置應(yīng)用到冷床的余熱回收過(guò)程中。

2.2.1、列管式換熱器回收冷床余熱

蔡玉強(qiáng)，王杰自制了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的列管式換熱器，該換熱器以一定的高度懸在冷床上，可以充分吸收冷床上鋼坯的輻射熱量進(jìn)行換熱，產(chǎn)生熱水。該換熱器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由鋼管，兩個(gè)相同尺寸的水箱和四個(gè)支撐腳焊接而成。四個(gè)支撐腳擱置在冷床左右兩側(cè)的走臺(tái)上，每5根鋼管為一組，上下交錯(cuò)排列。水箱由鋼板焊成，其內(nèi)部由鋼板分成上下兩層，每一層又由一塊塊鋼板隔成一個(gè)個(gè)小封閉腔，每一個(gè)封閉腔與一組或兩組并排的鋼管相接，。該換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，而且因?yàn)橛卸鄠€(gè)封閉腔，致使水流行程很長(zhǎng)，水吸熱充分。，使得冷水經(jīng)過(guò)水管時(shí)，能充分吸收熱鋼坯釋放的熱量。

2.2.2、半封閉式換熱裝置

余蔚茗為了能充分回收冷床上放散的熱量，提出了一個(gè)半封閉式的預(yù)想換熱方案，如圖3所示。冷空氣從冷床出口處下方循環(huán)鼓入換熱裝置，隨著與冷床上方高溫軋件的逐步換熱，冷空氣受熱溫度得到提高，在冷床入口處，經(jīng)過(guò)換熱的空氣溫度可達(dá)800℃以上，之后高溫?zé)峥諝怆S著上方放置的循環(huán)系統(tǒng)送入余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽既可直接并入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)也可用于發(fā)電，而經(jīng)余熱鍋爐換熱后的冷空氣經(jīng)除塵后再次鼓入冷床換熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空氣的循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)能減排效果。

2.3、吸熱罩回收冷床余熱技術(shù)

李忠，姜志偉等提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的冷床余熱回收利用方法，將熱軋冷卻余熱回收并輸送到軋機(jī)區(qū)，供軋機(jī)區(qū)取暖除霧，并于2012年11月-2013年2月在河鋼集團(tuán)宣鋼75萬(wàn)噸/年棒材生產(chǎn)線予以實(shí)踐，效果良好。

具體設(shè)計(jì)方案是：在冷床的入口區(qū)域設(shè)置若干個(gè)吸熱罩，吸熱罩通過(guò)吸熱支管與吸熱主管連接，吸熱主管上設(shè)置蝶閥、測(cè)壓測(cè)溫等調(diào)控保護(hù)裝置，用引風(fēng)機(jī)將吸熱主管中的熱風(fēng)經(jīng)送熱主管送至軋機(jī)區(qū)，送熱主管上安裝調(diào)節(jié)閥，軋機(jī)區(qū)的送熱主管上均勻設(shè)置若干個(gè)支管，每個(gè)支管連接雙層排風(fēng)百葉窗，由百葉窗控制風(fēng)向并均勻地送出熱風(fēng)，以提高軋機(jī)區(qū)域溫度，減少軋機(jī)區(qū)霧氣。該方案應(yīng)用后，軋機(jī)區(qū)地表溫度由原來(lái)0℃以下達(dá)到了10-20℃，基本消除了霧氣，能見(jiàn)度大幅提高，改善了工作環(huán)境。如圖4所示。

2.4、熱管技術(shù)在冷床余熱回收的應(yīng)用

熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的傳熱元件，熱管傳熱性能好，熱阻小，傳熱溫差小，具有回收余熱的能力，并可避免冷熱流體之間的互相泄漏和污染，適用溫度范圍廣，在不同溫度范圍可選用不同的工質(zhì)，尤其是對(duì)于300℃以下數(shù)量極大的低溫余熱資源具有廣泛的應(yīng)用前景，在冶金企業(yè)中推廣熱管(換熱器)技術(shù)是節(jié)能的有效途徑之一。

季明明等以鋼管冷床為例，提出熱管技術(shù)在軋鋼冷床余熱回收方面的應(yīng)用。按照熱管(換熱器)的安裝位置，提出以下兩種冷床余熱回收的方案：

1)在冷床下方安裝熱管

在冷床長(zhǎng)度方向，將適用不同溫度范圍的熱管安裝在冷床鋼管下方的齒條兩側(cè)，將熱管的布置劃分為三個(gè)區(qū)間：1000℃-500℃高溫區(qū)，500℃-300℃中溫區(qū)，300℃-100℃低溫區(qū)。這樣可以針對(duì)冷床上不同的溫度區(qū)間，進(jìn)行熱量的回收，從而更有效的發(fā)揮了熱管的作用。此方案簡(jiǎn)圖如圖5所示。

2)在冷床上方安裝熱管換熱器

將熱管換熱器以一定高度懸在冷床鋼管之上，如圖6所示，選擇平板型熱管換熱器。利用回收的熱量，可以生產(chǎn)采暖熱水，用于裝置的采暖等。應(yīng)用熱管換熱后的熱空氣還可用來(lái)為加熱爐提供燃燒所需空氣，減少燃料的消耗。

3、冷床余熱回收技術(shù)的展望

冷床余熱回收方面雖然已經(jīng)開(kāi)展了一些研究，但這部分余熱回收后直接用于發(fā)電，還鮮有報(bào)道。單純的從余熱的利用形式看，余熱的動(dòng)力回收中，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁抢梅绞街袃r(jià)值最高的，再者，由于冷床熱源存在由高到低逐步遞減的特點(diǎn)，故冷床余熱發(fā)電技術(shù)，也是一項(xiàng)值得深入研究的技術(shù)。目前，研究最多且在其他領(lǐng)域成功應(yīng)用的發(fā)電技術(shù)主要有以下兩種技術(shù)。

3.1、半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)

半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)，是一種利用兩種不同類型半導(dǎo)體兩端存在一定的溫差就可以產(chǎn)生電能的綠色環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，近年來(lái)，熱電材料的成本下降，使得熱電技術(shù)不僅僅只局限于航天等尖端領(lǐng)域，也逐漸成為低品位熱能回收利用的一個(gè)主要途徑之一。英國(guó)威爾士大學(xué)和日本大阪大學(xué)聯(lián)合研究了鋼鐵廠和垃圾焚燒廠的廢棄余熱發(fā)電的項(xiàng)目。張鵬等計(jì)算了熱電發(fā)電用于工業(yè)余熱的成本，表明其1.76年發(fā)電成本就相當(dāng)于目前工業(yè)用電，而工業(yè)余熱利用產(chǎn)生的環(huán)境效益更是不可估量。溫差發(fā)電技術(shù)示意圖如圖7所示。

3.2、朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)

朗肯循環(huán)作為一種簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力循環(huán)，是一種能將熱能轉(zhuǎn)化為高品位的電能或機(jī)械能的裝置。這種技術(shù)在很多工業(yè)領(lǐng)域的廢氣余熱回收中已經(jīng)得到普遍使用。朗肯循環(huán)的余熱回收系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器和工質(zhì)泵四個(gè)部分。朗肯循環(huán)原理圖如圖8所示。工質(zhì)的選擇也多樣性，可以以水作為工質(zhì)，也可采用有機(jī)物作為工質(zhì)。工質(zhì)在循環(huán)中流動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。通常，熱源與環(huán)境因素決定具體工質(zhì)的選擇。相對(duì)于其他余熱回收技術(shù)，朗肯循環(huán)技術(shù)是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ挠酂峄厥占夹g(shù)，適應(yīng)性好，安全性高，效率較高，所以越來(lái)越受到大家的關(guān)注，但也存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備加工困難的缺點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

冷床作為鋼鐵業(yè)非常重要的一道工序，其余熱利用有著顯著的節(jié)能效果，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，這部分能源的回收不僅有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以改善工作環(huán)境。至今對(duì)其余熱的回收技術(shù)研究寥寥無(wú)幾，尚無(wú)成熟應(yīng)用的回收技術(shù)，可以根據(jù)冷床熱源特點(diǎn)按級(jí)分段回收，采用適合冷床余熱回收的溫差發(fā)電技術(shù)、有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)等，達(dá)到能盡其用。總之，冷床余熱利用潛力巨大，加快冷床余熱回收利用技術(shù)的研發(fā)任重道遠(yuǎn)。