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[炼钢设备]集束氧枪!

集束氧枪
利用在炉壁冷区位置安装集束氧枪集中供氧，从而彻底解决电炉冷区供氧不足的难题，缩短冶炼时间，避免了人工吹氧管吹氧的不安全、不确定性，从而提高了电弧炉生产的综合效率。氧燃喷枪节电增产的效果很明显。

（1）电炉炼钢主要依靠于炉门氧枪自动吹氧以及吹氧管辅助人工吹氧，但是人工吹氧存在如下问题：
劳动强度大，安全问题较多；
自耗式吹氧管消耗高，吨钢2－4kg，成本8－16元/t；
供氧强度不够，不适应高节奏生产；
氧气利用率低，操作随机性大，生产治理困难；
同时用炉门枪吹氧存在电炉“冷区”供氧不足的问题：

电炉熔化期,在电极的强大电弧作用下,电极下的炉料迅速熔化,将炉内废钢穿成3个井洞。随着穿井区由里向外传热过程的进行,熔化区域从穿井区不断地向外扩展,形成炉料的渐次熔化过程，在电极之间靠近炉壁处形成3个冷区,延长了熔化时间。

假如3个冷区引入新热源,就可以消除冷区,从而实现缩短电炉熔化期的目的。这就是集束射流氧枪的基本思想。采用氧燃喷枪,在充足氧气的作用下完全燃烧,形成2500℃以上的火焰,不仅在冷区直接切割废钢，而且产生的高温烟气在炉衬空隙间高速流动,具有较高的对流换热能力，火焰的辐射也传给炉料较高的热量。同时,适当的供氧量使氧气除能保证燃烧效果,还不与钢中的元素及废钢发生反应。几方面的综合作用使炉料均匀快速熔化,缩短了熔化期,取得了节电增产的效果。

集束射流氧枪正是基于以上问题提出的。它利用在炉壁冷区位置安装集束氧枪集中供氧，从而彻底解决电炉冷区供氧不足的难题，缩短冶炼时间，避免了人工吹氧管吹氧的不安全、不确定性，从而提高了电弧炉生产的综合效率。氧燃喷枪节电增产的效果很明显。

2003年11月，抚顺特钢公司与北京科技大学合作，在第一炼钢厂的50吨EBT电炉及60吨竖式电炉采用HYKJ炉壁氧气喷吹新工艺。经过六个月的实践，对氧气喷吹系统进行了优化及工艺配套，取得了显著的经济效益。
（1）与炉门氧枪和普通炉壁烧嘴相比，HYKJ炉壁供氧系统更加试用于铁水热装，可以更早形成熔池，稳定地造泡沫渣，快速熔化废钢，脱碳、脱磷能力更强，使用此系统后，电炉消除了碳高停电脱碳现象。由于三支氧枪均匀分布，炉内温度、成分更加均匀，不易发生大沸腾，对冶炼含碳量较高的钢种，具有很大优势，同时也提高了电炉操作的安全性。
（2）喷溅和沸腾减少，除尘颗粒变小，灰尘中含铁量减少，沉降室渣块轻易清理；炉壁、炉盖上粘钢现象改善，炉顶三角区的寿命提高了一倍。
（3）水冷件的寿命延长。良好的泡沫渣埋弧，减少了电弧热辐射，钢渣喷溅减少，水冷件粘钢放电或烧坏，漏水几率降低，减少了热停工，降低了水冷件的消耗。安装至今，水冷板尚未发生漏水现象。
（4）操作环境改善。由于是关闭炉门操作，炉门口吸入的冷风少，除尘效果更好，操作环境大大改善。同时也降低了炉内有爆炸物爆炸、飞溅伤人的危险。
（5）劳动强度降低，维修量减少。由于HYKJ炉壁枪是固定式，方便维护。

1# 电炉在用氧量增加4-5m3/t的情况下，全废钢条件下的冶炼时间缩短7min，电耗下降37kwh/t，铁水条件下的冶炼时间缩短11min，电耗下降18kwh/t，电极消耗下降0.3kg/t。2# 电炉在用氧量持平的情况下，全废钢条件下的冶炼时间缩短2min，电耗下降16kwh/t，铁水条件下的冶炼时间缩短3min，电耗下降6kwh/t。


系统简介
（2）模块化吹氧技术对熔池进行集束吹氧，完成助熔，二次燃烧，和强化脱碳升温等冶金任务。

该系统之所以能够有效投入运行，要害在于电炉内壁模块化吹氧技术概念完全取代了传统意义上的炉壁助熔烧嘴，使其不仅仅局限于固定式烧嘴简单的冶金任务，而且能够根据冶炼进程的变化，通过智能控制实现二次燃烧，同时，高达2.0马赫数的射流和较传统方式缩短40%的射程，能够轻而易举地获得满足的脱碳和升温效果，加上北京科技大学成熟的喷煤（碳）——采用全自动喷粉,PLC计量控制喷粉量,计量及控制水平高——技术，能够形成炉中多点喷碳能力，确保全程泡沫渣埋弧冶炼。

基于上述特点，本电弧炉炉壁模块化智能供氧系统适合于各种类型电弧炉在不同料型，设备水平，供电水平和生产品种下的冶炼生产需求。

使用效果：操作费用降低，逐步取代炉门枪；脱碳效率提高20-40%；喷枪损耗下降33％；泡沫渣用碳降低了60％；渣中氧化铁下降5％。

（3）二次燃烧
内容：
电弧炉炼钢过程中，产生的大量含有较高CO（含量达到30～40%，最高达到60%[9]）和一定量H2和CH4的废气所携带的能量占炼钢总输入能量的10%～20%[10]，造成大量能源浪费。利用熔池上方的氧枪向炉气中吹氧，使CO在炉内燃烧生成CO2，将化学能转变成热能，促进废钢熔化或熔池升温就是二次燃烧（简称PC）技术。
在电弧炉冶炼过程中，炉气能量的损失有两种形式：（1）高温炉气带走的物理显热；（2）炉气可燃成分带走的化学能。废气中的物理显热很难被熔池吸收，一般作为废钢预热的热源或其它热源而利用。而可燃气体所携带的化学潜热若能使其在炉内通过化学反应释放出来就可以为熔池所吸收。实践表明，二次燃烧技术可显著提高生产率，缩短冶炼周期和节约电能。

众所周知：炉膛中发生的燃烧反应为：
2C+O2→2CO △G－223400－175.3T （J） (1)
2CO+O2→CO2 △G=－564800+173.64T （J） (2)

从中可以看出，炉气中的CO气体携带有大量的潜热，其放热值为碳不完全燃烧放热值的2.5倍左右。若被利用起来则二次燃烧的热量将以扩散传热和辐射传热的方式向炉料和熔池传递。理论上在炼钢温度下反应(1)和反应(2)都能正向进行，但共同处于电炉内同一气氛下，两反应又相互影响。

从热力学计算得出在705℃以下，CO2比CO稳定，但在705℃时二次燃烧生成CO2的反应不能够顺利进行。

根据冶金物理化学的理论可知，二次燃烧反应如要有利的进行必须具有良好的热力学和动力学条件。根据热力学反应式，可以计算出二次燃烧反应在不同温度下的平衡常数，计算结果列于表1.2，而式1.1是其反应的动力学公式。
CO的燃烧反应具有支链反应特征，只有当存在H2O的情况下才能快速反应，反应机理为
链的产生： H2O+CO→H2+ CO2
H2+O2→2OH
链的继续： OH+CO→CO2+H
链的支化： H+O2→OH+O
O+H2 →OH+H
继链： H + 器壁→1/2 H2
CO+O→CO2

温度升高不利于二次燃烧反应的进行，有利于二次燃烧反应进行的热力学是充足的氧气供给、低的炉气温度和一定的水蒸气。H2O浓度的最佳值为7%-9%。电弧炉内水来自原材料、氧—燃烧嘴的燃烧产物及电极喷淋。

电弧炉二次燃烧技术主要有两种：泡沫渣操作二次燃烧技术和自由空间二次燃烧技术。由于自由空间二次燃烧(炉气燃烧)技术是使氧与熔池上方的CO气体反应，二次燃烧产生的热量通过辐射和对流方式向渣层传递，然后由渣层向钢液传递，其传热效率约为30～50%，故冶炼效果不很明显；而采用泡沫渣二次燃烧技术，由于二次燃烧产生的热量直接由炉渣向钢液中传递，其传热效率约为炉气二次燃烧技术的2～3倍。

为了反映二次燃烧反应进行的程度，常用二次燃烧率PCR来表示，并考虑到H2的燃烧，二次评价二次燃烧反应热量的有效利用程度的指标称为二次燃烧的热效率（HTE）。要充分发挥二次燃烧技术的效果，除了要达到较高的二次燃烧率外，还要有较高的热效率。要提高炉气的二次燃烧率和得到较高的热效率，二次燃烧必须在泡沫渣中进行。德国巴登公司（BSW）应用ALARC-PC技术，吨钢增加氧量10m3，电耗降低了25kWh/t，冶炼周期缩短了3.7min，生产率提高了7%。