1.引言

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國力的重要標(biāo)志。我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，特別是近十年來發(fā)展迅猛，鋼鐵年產(chǎn)量 自1996年起連續(xù)蟬聯(lián)世界第一，消費(fèi)量也名列世界之首。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，資源能源消費(fèi)約束明顯顯現(xiàn)，能源供求矛盾日益突出，高污染、高能耗的 特點(diǎn)也使鋼鐵工業(yè)在防污減排、節(jié)能降耗等方面承受著一定的壓力。因此鋼鐵工業(yè)發(fā)展必然面臨資源不足、環(huán)境污染的嚴(yán)重制約。發(fā)展資源節(jié)約型環(huán)境友好型鋼鐵工 業(yè)已迫在眉睫。

其中軋輥是使（軋材）金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要消耗部件。軋輥是軋鋼廠軋鋼機(jī)上的重要零件，利用一對(duì)或一組軋輥滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力來軋碾鋼材。它主要承受軋制時(shí)的動(dòng)靜載荷，磨損和溫度變化的影響。

 

2.軋輥選取，確定制造流程

2.1軋輥選取要求

（1）板坯厚度大，軋輥必須具有較好的咬入性。

（2）板坯溫度高，軋制速度較慢，軋件和軋輥接觸時(shí)間較長。軋輥必須具有較好的抗熱裂性、抗熱疲勞性。

（3）工作輥直徑大（Φ1210/1110mm）、輥身長度大（5050mm），承受的軋制力高，主電機(jī)帶動(dòng)工作輥傳動(dòng)。要求軋輥有較高的抗斷裂性，軋輥輥身和輥頸必須有較高的強(qiáng)度。

（4）高的軋制溫度也要求軋輥具有高溫耐磨性。

（5）由于粗軋和精軋?jiān)谕粰C(jī)架完成，所以既要考慮到粗軋時(shí)軋件厚度大，寬度小，軋輥所受沖擊大，軋輥使用面積少，軋件與軋輥間易出現(xiàn)打滑等。 也要考慮精軋時(shí)，軋件寬而長，軋輥使用面積大。同時(shí)，單機(jī)架四輥軋機(jī)，在軋制低合金專用鋼和高強(qiáng)度品種鋼時(shí)，要采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)，通常進(jìn)行交叉 軋制，軋制溫度低，軋制力大。要求軋輥具有耐磨性好、抗熱裂性好、耐表面粗糙能力好、強(qiáng)度高、對(duì)熱的敏感低等性能。

本文以大型支承輥為分析對(duì)象。圖2是支承輥簡圖，各部尺寸如圖所示。支承輥所用材料為70Cr3Mo鋼。表1和表2為其常用參數(shù)。假設(shè)其制造全 流程從冶煉開始。現(xiàn)場所采用的鍛后熱處理工藝如圖3所示，最終熱處理工藝如圖4所示。奧氏體化結(jié)束后，將工件淬入油中，55min后出油轉(zhuǎn)入溫度為 3000C的回火爐中保溫30h，然后出爐空冷至室溫。要求輥身淬火后硬度達(dá)到75HS，有效淬硬深度為45mm(硬度為67HS處距表面距離)，輥頸硬 度為40～45HS。

硬深度為45mm(硬度為67HS處距表面距離)，輥頸硬度為40～45HS。

 

式中: 

        q ——工件的質(zhì)量, （kg）; 

        t0 和t1——工件的初始溫度和最高加熱溫度,（℃）; 

        c0 和c1——工件在t0和t1溫度時(shí)的平均比熱, （kJ/kg.℃)

計(jì)算：

工件質(zhì)量：

3.14*(650/2)2*730*2+3.14*(1065/2)2*1480+2*{3.14*(650/2)2+3.14*(1065/2)2+[3.14*(650/2)2+3.14*(1065/2)2]1/2}*230/3=2.05*109mm3

        2.05*109mm3*10-3*7.81=16*106 g=16t

冶煉：

查每噸鑄鐵消耗電能550～700度，該工件用電8800～11200度，CO2排放量為960*（8800～11200）=8.448～10.752t，對(duì)應(yīng)熱功當(dāng)量為7568000～9632000大卡。

鍛后熱處理：

所選設(shè)備：1000 0C標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)車式電阻爐

額定功率：320 KW   L*W*H:3500*1500*1000

1）有效熱量：

16000*[(900*0.687-25*0.46)+(780*0.667-300*0.511)]*273=4.2315*109 KJ

即為4.2315*109 KJ /4.182/1000=1.01*106大卡

所以消耗1.01*106大卡/860*0.1229/0.35=412.23千克標(biāo)準(zhǔn)煤

消耗1174度電，CO2排放是1.12t 

2）320*（10+10+30）=16000 KW*h

即耗電16000度，CO2排放是16000*960=1.536*107 g=15.36t

鍛后熱處理排放15.36 t+1.12t =16.48t的CO2，消耗17174度電

最終熱處理：

所選設(shè)備：1000 0C標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)車式電阻爐

額定功率：320 KW   L*W*H:3500*1500*1000  

1）有效熱量：16000*（950*0.687-25*0.46）*273=2.8*109 KJ

即為2.8*109 KJ /4.182/1000=6.69*105大卡

所以消耗6.69*105大卡/860*0.1229/0.35=273.16千克標(biāo)準(zhǔn)煤，

消耗778度電，CO2排放是0.746t 

2）320*（7+8+2.5+1.5）=6080 KW*h

即耗電6080度，CO2排放是6080*960= =5.8368t

鍛后熱處理排放5.8368t+0.746t =6.5828t的CO2，消耗6854度電

回火：

回火設(shè)備：6500C井式回火爐

額定功率：400KW           最高工作溫度：6500C 

料筐尺寸：2200*3500(Φ*H)

回火溫度：3000C，30h

1）有效熱量：16000*（300*0.511-25*0.46）*273=6.19*108kJ

即為6.19*108kJ/4.182/1000=1.48*105大卡

所以消耗1.48*105大卡/860*0.1229/0.35=60.33千克標(biāo)準(zhǔn)煤

消耗172度電，CO2排放是0.165t 

2）400*30=12000 KW*h

即耗電12000度，CO2排放是12000*960=11.52*106 g=11.52 t

回火階段排放11.52 t+0.165t  =11.685t的CO2，消耗12172度電

所以最終一共消耗電45000～47400度， CO2排放量為43.1958～45.4998t 

4.總結(jié) 

4.1節(jié)能減排的意義

能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替。能源的開發(fā)和充分 利用極大地推進(jìn)了人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國能源消費(fèi)總量龐大，節(jié)能減排形勢十分嚴(yán)峻。節(jié)能減排不僅是節(jié)約能源資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要途徑，更是貫徹落 實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必由之路。

4.2中國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排宏觀分析

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國力的重要標(biāo)志。我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，特別是近十年來發(fā)展迅猛，鋼鐵年產(chǎn)量 自1996年起連續(xù)蟬聯(lián)世界第一，消費(fèi)量也名列世界之首。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，資源能源消費(fèi)約束明顯顯現(xiàn)，能源供求矛盾日益突出，高污染、高能耗的 特點(diǎn)也使鋼鐵工業(yè)在防污減排、節(jié)能降耗等方面承受著一定的壓力。無庸置疑，鋼鐵行業(yè)是高能耗、污染大的“大戶”，而且是六大耗能行業(yè)中的“大戶”。鋼鐵企 業(yè)節(jié)能減排工作的成效關(guān)系到全社會(huì)整體節(jié)能減排工作的成效。

4.3中國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排面臨的主要問題 

中國鋼鐵工業(yè)潛在環(huán)保危機(jī) 

我國在節(jié)能減排的道路上雖然從未停過腳步但是仍然面臨生態(tài)幻境污染的潛在危機(jī)，在思想上認(rèn)知和體質(zhì)的管理方面也急需要完善和提高。主要問題反映在能耗和環(huán)保水平于國外先進(jìn)企業(yè)之間還存在一定差距： 

1.在節(jié)水上有相當(dāng)大的差距，噸鋼耗薪水量指標(biāo)普遍高，水的利用于回收，污水凈化。汽化冷卻技術(shù)的應(yīng)用方面也存在差距。

2.無組織排放源和廠房二次、三次排塵技術(shù)裝備的配置于國外大部分鋼鐵業(yè)有距離。 

3.在環(huán)保治理深度上有較大差距，國外已經(jīng)普遍把揮發(fā)性有機(jī)物和二惡英、重金屬、排放等放到治理重點(diǎn)上，而我過對(duì)此還有待學(xué)習(xí)國外。 

4.在環(huán)境意識(shí)與管理體系、制度及環(huán)保產(chǎn)業(yè)上差距明顯：在管理費(fèi)用中沒有環(huán)保成本的概念；節(jié)能降耗技術(shù)還未能在全國行業(yè)普遍推廣應(yīng)用，造成我過 同行業(yè)水平的差距較大，發(fā)展不平衡。大量反映鋼鐵工業(yè)節(jié)能與環(huán)保的指標(biāo)并為列入國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)范圍，因而數(shù)據(jù)不全，不能反映同類企業(yè)，行業(yè)的實(shí)際水平等 等。 

鋼鐵業(yè)開展節(jié)能減排存在難題 

1．鋼鐵企業(yè)相對(duì)分散是節(jié)能減排的主要矛盾我國鋼鐵企業(yè)相對(duì)分散,集中度低。從能源利用角度講,不利于企業(yè)設(shè)備的大型化和資源的有效利用,增加了能源損失。因此,加快推進(jìn)中國鋼鐵聯(lián)合重組,提高產(chǎn)業(yè)集中度,是節(jié)能減排進(jìn)一步深化的關(guān)鍵。 

2．工業(yè)裝備仍然是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)我國中小鋼鐵企業(yè)中普遍存在規(guī)模小,工業(yè)裝備水平較低,能源環(huán)保設(shè)施不到位等問題,導(dǎo)致我國鋼鐵工業(yè) 工藝裝備總體水平不高,如世界先進(jìn)煉鋼轉(zhuǎn)爐為200～350t,我國主體水平為20～100t。從而造成了能耗高,二次能源回收低,污染處理難度大。因此 加大淘汰落后和替代低水平工藝裝備仍是推進(jìn)節(jié)能減排的重點(diǎn)。 

3．我國鋼鐵工業(yè)能源問題的主要原因我國鋼鐵工業(yè)一次能源以煤炭為主,占能源消費(fèi)總量的70%左右,而且發(fā)熱量、灰分、硫分等質(zhì)量指標(biāo)與美國、 德國、日本相比,存在較明顯的差距。石油類能源和天然氣所占比例比其他發(fā)達(dá)國家低16%～27%。從而造成能源利用效率相對(duì)較低,初步估計(jì)由此造成的能耗 差距在15～20kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鋼。由于我國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段,廢鋼資源積累少,必然造成電爐鋼比例低。美國電爐鋼比約為55%,德國約為30%, 日本為25%,而中國僅為10%左右,這就造成了中國鋼鐵工業(yè)鐵鋼比較高,按目前我國鋼鐵工業(yè)實(shí)際情況測算,鐵鋼比每提高0.1t鋼,綜合能耗上升約20 千克標(biāo)準(zhǔn)煤,中國比其他國家鐵鋼比高0.4左右。 

4．能源消耗和污染物排放存在結(jié)構(gòu)性的矛盾大中型鋼鐵企業(yè)(年產(chǎn)鋼100萬噸以上),由于工藝裝備技術(shù)水平不斷提高,總的來看,與國際先進(jìn)水平 的能耗差距為10%～15%,污染物排放也得到一定的有效控制。地方中小企業(yè)、特別是小高爐、20噸以下小轉(zhuǎn)爐、小電爐等落后裝備,能耗高、污染物排放 大,總能耗與國際先進(jìn)水平差距達(dá)50%左右,污染物排放尚未得到有效控制

4.5我國 CO2排放的現(xiàn)況及減排措施

1.我國鋼鐵工業(yè)CO2排放量十分巨大，1994—2006年內(nèi)平均占我國總排放的14%以上，2003年來其CO2排放量的增長更加迅速。盡 管我國是發(fā)展中國家，還不需要承擔(dān)碳減排的任務(wù)，但是作為世界第2大溫室氣體排放國，我國正面臨著巨大的國際壓力，因此鋼鐵工業(yè)是我國碳減排的重點(diǎn)行業(yè)， 其碳減排工作急需盡快展開。

2.鋼鐵工業(yè)的CO2排放結(jié)構(gòu)顯示，煤炭類能源消耗產(chǎn)生的CO2排放量最大，1994—2006年內(nèi)平均為97%，并且呈逐漸上升的趨勢，而石油和天然氣類能源消耗導(dǎo)致的CO2排放幾乎可以忽略。針對(duì)排放結(jié)構(gòu)的分析揭示出，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是最有效的減排路徑。

3.每噸鋼CO2排放量從1994年的5169kg降低到2006年的2389kg，降幅達(dá)到53.78%，充分說明了我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排取 得了很大的成績，為世界范圍的碳減排做出了一定的貢獻(xiàn)，當(dāng)然我國鋼鐵工業(yè)的能源效率離世界先進(jìn)水平尚有較大差距，2002年以來更是遇到了提高能源效率的 瓶頸。

4.從鋼鐵工業(yè)CO2排放彈性系數(shù)來看，1995—2006年平均為43.28%，且呈增長的趨勢，可以看出我國鋼鐵工業(yè)的增長越發(fā)依賴于能源消耗的增加，進(jìn)而導(dǎo)致了CO2排放量的不斷增加，特別是2002年以來兩者之間的相互依賴性有加強(qiáng)的趨勢。

4.6中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展節(jié)能減排的途徑  

4.6.1加快淘汰落后工藝裝備 

我過中小鋼鐵企業(yè)普遍存在規(guī)模過小，采用落后或低水平的工藝裝備及能源環(huán)保不到位等問題，造成了我過鋼鐵工業(yè)裝備總體水平不高，從而導(dǎo)致了高能 耗、二次能源回收低及污染處理難度大等問題、所以加大淘汰落后的工藝裝備是推進(jìn)節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)。國家將淘汰落后、低水平的工藝裝備作為一項(xiàng)主要的節(jié) 能措施。目前，國家發(fā)改委已于各省市區(qū)先后兩批簽訂了淘汰落后責(zé)任書，力爭2012年淘汰200m3及以下的高爐、20T及一下的轉(zhuǎn)爐和電爐以及落后的軋 機(jī)；2013年淘汰300m3及以下的高爐等其他落后的裝備。鋼鐵企業(yè)通過加快淘汰本企業(yè)落后的工藝、技術(shù)及設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備大型化，生產(chǎn)流程連續(xù) 化、緊湊花、高效化，最大限度綜合利用各種能源和資源。 

4.6.2大力發(fā)展節(jié)能新技術(shù) 

近年來，我國鋼鐵行業(yè)通過推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和裝備，能源利用效率不斷提高，噸鋼綜合能耗顯著下降。但是，由于我國鋼鐵工業(yè)在工藝、技術(shù)、裝 備等方面呈現(xiàn)多層次，不同水平共存的現(xiàn)象，因此在能源效率的提高、二次能源的利用等方面還有進(jìn)一步提高的潛力，還需通過節(jié)能技術(shù)的推廣普及進(jìn)一步提高整體 節(jié)能量，通過技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)突破一些當(dāng)前還難以有效利用的余熱余能利用問題，從而促進(jìn)鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)全面推廣焦?fàn)t干熄焦、轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵、 高爐煤氣干法除塵、煤調(diào)濕、連鑄坯熱裝熱送、轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼等技術(shù)；重點(diǎn)推廣燒結(jié)球團(tuán)低溫廢氣余熱利用、鋼材在線熱處理等技術(shù)；示范推廣上升管余熱回收利 用、脫濕鼓風(fēng)、利用焦?fàn)t消納廢棄塑料和廢輪胎等技術(shù)；研發(fā)推廣高溫鋼渣鐵渣顯熱回收利用技術(shù)、直接還原鐵生產(chǎn)工藝等；加快電機(jī)系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)、節(jié)能變壓器的 應(yīng)用。 

4.6.3高效回收利用余熱余能 

高爐沖渣水余熱的利用 

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是耗能大戶，在消耗能源的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的余熱余能。目前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)余熱余能的回收利用率相當(dāng)?shù)?，其中，高溫余熱比較容易回收，在節(jié)能 降耗的技術(shù)改造中已大部分得到回收；但低溫余熱的回收卻幾乎為零，如高爐沖渣水的余熱，大多被浪費(fèi)掉。應(yīng)該指出，低溫余熱約占總余熱的35%，因此，鋼鐵 產(chǎn)業(yè)的低溫余熱存在著巨大的回收潛力。如何實(shí)現(xiàn)高爐沖渣水的余熱利用，是一個(gè)具有重大意義的節(jié)能課題。 

鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度大約為1000℃。目前，大多數(shù)煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的高速水流急冷 沖成水渣并?；?，以供生產(chǎn)水泥之用。這一過程中能夠產(chǎn)生大量溫度在80~95℃的熱水。通常，為了保證沖渣水的循環(huán)利用效果，需要將這部分沖渣水在沉淀過 濾后引入空冷塔，降溫到50℃以下再次循環(huán)沖渣。這樣就使得很大一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了熱污染。 

高爐沖渣水低溫余熱的特點(diǎn)是：熱源溫度較低，但其流量卻相當(dāng)大。回收高爐沖渣水的余熱，既能節(jié)省能源，又能起到保護(hù)環(huán)境的作用，具有重要的意 義。目前，提出對(duì)沖渣水余熱的回收方式有：利用沖渣水采暖或作浴池用水；沖渣水余熱發(fā)電。沖渣水余熱發(fā)電無疑是一種最有價(jià)值的研發(fā)方向，但其技術(shù)含量相當(dāng) 高，目前還處于研究階段。 

4.6.4焦化廠閃蒸汽、蒸汽冷凝水回收利用 

焦化廠閃蒸汽、蒸汽冷凝水回收利用，例如每年回收高達(dá)70℃凝結(jié)水54000噸，用于鍋爐的循環(huán)利用，年創(chuàng)效97.2萬元；年節(jié)約蒸汽量為7200噸，年經(jīng)濟(jì)效益為72萬元。 

焦化廠是使用蒸汽的大戶，主要集中在精苯車間和制冷站的溴化鋰機(jī)組。目前，精制車間在現(xiàn)有工藝設(shè)備條件下，加熱器退汽中的凝結(jié)水和蒸汽分離排放 困難，二次蒸汽利用率低，蒸汽運(yùn)行不穩(wěn)定，為了進(jìn)一步降低能耗，在精制塔加熱器凝結(jié)水出口安裝疏水閥，確保不會(huì)有新蒸汽漏入閃蒸系統(tǒng)，避免加熱器集水，并 將閃蒸汽經(jīng)現(xiàn)有管線送至回收車間直接加熱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少能源浪費(fèi)；如果回收車間制冷站每年產(chǎn)生70℃左右凝結(jié)水54000噸，只需安裝一臺(tái)凝結(jié)水自 動(dòng)泵，鋪設(shè)輸送凝結(jié)水管道，就可實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水回收，具有投資少、施工簡單、效益高的特點(diǎn)。