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管式炉氧枪的应用

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管式炉氧枪的应用

    化学反应热在电炉能量输入中占了相当大的比例,达到20%—30%;特别是管式炉,电炉使用铁水后,化学热的比例达到40%—50%,这是现代电弧炉炼钢 工艺的一个特点;用氧技术是现代高新技术的集中体现,供电与供氧的结合是管式炉,电炉提高生产节奏及节能降耗的重要手段。

2)在吹氧条件下,熔池中各元素氧化1kg时所产生的理论热值

在吹氧条件下,熔池中各元素被氧化1kg时所产生的理论热值见下表:

元素
产物
反应热
相对成本①(参考值)
 
kJ/kg
Kw·h/kg
Al
Al2O3
30.995
8.61
3.7
Si
SiO2
32.157
8.93
3.2
Mn
MnO
6.992
1.94
6.0
Fe
FeO
4.775
1.33
1.8
C
CO
9.159
2.54
0.5~0.6
C
CO2
32.761
9.10
0.3~0.6
 
①假设每kw?h的电价为1。

3)管式炉炉门枪机械装置

管式炉炼钢吹氧是强化电炉冶炼的重要手段之一。利用钢管插入熔池吹氧是最常使用的方法。为了充分利用炉内化学能,近年来吨钢用氧量逐渐增加;同时,考虑到 人工吹氧的劳动条件差、不安全、吹氧效率不稳定等因素,开发出电炉炉门枪机械装置。如德国BSE公司研制的自耗式氧枪装置及德国Fuchs、美国 Berry、美国燃烧公司等开发的水冷式氧枪装置。

由于自耗式氧枪消耗大量吹氧管,新建的管式炉已较少安装。炉门枪装置的作用是吹氧助熔和精炼及向熔池吹碳粉造泡沫渣。

综合管式炉炉门枪的使用效果为:提高吹氧效率,缩短冶炼时间5—15min;节省吹氧管80%~90%,吨钢降低成本15—30元;改善了工人的劳动条件,代替人工吹氧90%。



4)管式炉集束射流氧枪

集束射流(CoherentJet)氧枪技术是一种新型的氧气喷吹技术,能够解决传统超音速氧枪喷射距离短、冲击力小、氧气利用率低的缺点,主要是利用介 质燃烧形成的封套保护主氧气流。集束射流氧枪的出口马赫数可以达到2.0左右,技术状态的射流距离能够达到1.2~2.1m,可直接安装在炉壁,实现助熔 脱碳等功能。

集束射流氧枪应用于电炉的主要收益体现于:(1)具有吹氧、燃烧和二次燃烧等多种功能,并实现集中自动控制,从而减少了各系统分别设置的设施成本和分别操 作的过程成本。(2)由于燃烧功能的设置,可以事先预热、熔化废钢,从而降低电能消耗(吨钢至少20kW?h)。(3)由于具有较强的冲击、搅拌能力,氧 气和喷人炭粉的利用率提高,从而降低了氧气和炭粉的消耗量。(4)由于二次燃烧功能的设置,充分利用炉内CO燃烧提高炉温,进而降低能源消耗。(5)由于 减少喷溅,渣中铁含量的降低,金属收得率提高并降低炉体的维护成本。

集束氧枪对废钢的切割熔化更加迅速,能够将氧气更加有效地吹入熔池中,大大提高氧气的利用率。首先打开副氧系统,延迟一定时间打开压缩空气系统,然后再延 迟一定时间后打开燃油(或燃气)系统,同时进行主氧气的供给。关闭时,应首先关闭燃油和主氧气,然后顺序关闭压缩空气和副氧气。自动报警处理,防止油压超 过压缩空气压力造成严重安全事故。

5)管式炉炉门枪装置的组成

炉门枪由炉门水冷氧枪和炉门枪组成;机械系统由大臂回转、枪体回转、枪体摆动及升降系统组成;炉门枪装置上配置的氧枪,在熔化期可助熔,氧化期可脱碳精炼。炉门枪装置配置碳枪,主要用于造泡沫渣。



6)氧燃助熔燃料的种类

烧嘴所用燃料有固体、液体和气体3类。液体燃料中目前较倾向于使用轻柴油,因其使用方便、清洁,设备维护容易,是首选的辅助燃料。气体燃料主要是天然气, 我国目前资源有限,使用较少;而煤气等气体燃料因热值较低、废气量也很大,没有使用。我国曾结合资源条件开发了固体燃料的煤氧技术,但喷吹的热效率较低, 投资较大,且其中粉煤的制备、存贮、运输以及燃烧产物中的硫和灰分残渣的去除和分离等较为繁琐。

7)自耗式管式炉炉门碳氧枪

目前电炉炉门枪基本采用水冷设计。由于水冷氧枪也存在某些缺点,巴登钢铁公司研究应用了自耗式炉门枪,具有喷吹石灰及喷吹炭粉造泡沫渣的功能。与水冷氧枪相比,它的优点是操作安全系数大,喷吹角度大,可直接切割废钢。缺点是吹氧管成本高,不能连续吹氧。

 

8)EBT氧枪

现代电弧炉为了实现无渣出钢,均采用了偏心炉底出钢(EBT)技术。这样不仅减少了出钢过程的下渣量,而且缩短了冶炼周期、减小了出钢温降等。但同时也使 得EBT区成为UHP—EAF的冷区之一,造成该区的废钢熔化速度较慢,熔池成分与中心区域有较大差别等。为了解决EBT冷区问题,可以在偏心炉侧上方安 装EBT氧枪,对该区进行吹氧助熔。EBT氧枪能促进此区的废钢熔化,并在出现熔池后,提高EBT区的熔池温度,均匀熔池成分,实现CO的再燃烧。

实际应用中,采用EBT氧枪完全解决了EBT区域的废钢在出钢时还未熔化及造成的出钢口打不开等问题,同时使出钢时EBT区域的温度及成分与炉门口区域温 度及成分的误差仅相差0.5%~1.0%。EBT氧枪在设计中需要考虑其冲击力。由于EBT区的熔池浅,EBT氧枪的氧气射流的穿透深度在设计上不能超过 EBT区熔池深度的2/3,同时应避开出钢口区域。考虑到氧气射流的衰减,采用伸缩式驱动EBT氧枪,根据冶炼的情况调整枪的位置。

9)影响烧嘴的效率的因素

管式炉是通过电极起弧产生热量炼钢,钢铁料从电极中心向四周慢慢熔化,热损耗较大,熔炼时间较长。氧燃枪亦称氧燃烧嘴,布置在电炉冷区的炉壁上,依靠烧嘴 与电弧供电的合理匹配,实现废钢均衡熔化。烧嘴使用效率取决于:(1)废钢温度和受热面积,若熔化初期废钢温度高,受热面积大,则烧嘴效率可达80%; (2)在不同阶段确定合适的氧油比例,在废钢接近熔清时,烧嘴油量应减少。烧嘴所用燃料除油外,还有天然气或煤粉。也有将氧燃烧嘴用在烟道处预热废钢的, 但应注意环保。