電爐氧槍及供氧技術知識
2020-11-25 10:03:03
1．電爐用氧的重要性有哪些?
化學反應熱在電爐能量輸入中占了相當大的比例，達到20％—30％；特別是電爐使用鐵水后，化學熱的比例達到40％—50％，這是現代電弧爐煉鋼工藝的一個特點；用氧技術是現代高新技術的集中體現，供電與供氧的結合是電爐提高生產節奏及節能降耗的重要手段。
2．在吹氧條件下，熔池中各元素氧化1k8時所產生的理論熱值是多少?
在吹氧條件下，熔池中各元素被氧化1kg時所產生的理論熱值見下表：
元素 產物 反應熱 相對成本①（參考值）
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假設每kw·h的電價為1。
3．什么是電爐爐門槍機械裝置?
電爐煉鋼吹氧是強化電爐冶煉的重要手段之一。利用鋼管插入熔池吹氧是最常使用的方法。為了充分利用爐內化學能，近年來噸鋼用氧量逐漸增加；同時，考慮到人工吹氧的勞動條件差、不安全、吹氧效率不穩定等因素，開發出電爐爐門槍機械裝置。如德國BSE公司研制的自耗式氧槍裝置及德國Fuchs、美國Berry、美國燃燒公司等開發的水冷式氧槍裝置。
由于自耗式氧槍消耗大量吹氧管，新建的電爐已較少安裝。爐門槍裝置的作用是吹氧助熔和精煉及向熔池吹碳粉造泡沫渣。
綜合電爐爐門槍的使用效果為：提高吹氧效率，縮短冶煉時間5—15min；節省吹氧管80％～90％，噸鋼降低成本15—30元；改善了工人的勞動條件，代替人工吹氧90％。
4．電爐爐門槍裝置有哪些組成部分?
爐門槍由爐門水冷氧槍和爐門槍組成；機械系統由大臂回轉、槍體回轉、槍體擺動及升降系統組成；爐門槍裝置上配置的氧槍，在熔化期可助熔，氧化期可脫碳精煉。爐門槍裝置配置碳槍，主要用于造泡沫渣。
5．什么是自耗式電爐爐門碳氧槍?
目前電爐爐門槍基本采用水冷設計。由于水冷氧槍也存在某些缺點，巴登鋼鐵公司研究應用了自耗式爐門槍，具有噴吹石灰及噴吹炭粉造泡沫渣的功能。
與水冷氧槍相比，它的優點是操作安全系數大，噴吹角度大，可直接切割廢鋼。缺點是吹氧管成本高，不能連續吹氧。
6．什么是氧燃助熔技術?
隨著國內外電爐煉鋼向大型化、超高功率方向發展，大型電爐、超高功率電爐廠家為提高生產效率、降低電耗，研究了多種冶煉方式，并采用了不同的強化冶煉工藝技術和裝備。電爐冶煉電耗的高低在很大程度上取決于熔化期的時間，即取決于廢鋼熔化的快慢。電爐煉鋼在鋼鐵料熔化過程中的熱工特點使爐內存在3個冷區，尤其是在采用高功率、超高功率供電后，冷區的影響尤為突出。資料統計表明，熔化期電耗占整個冶煉周期電耗的70％。為此國內外普遍引入輔助能源助熔技術來消除3個冷區，縮短冶煉時間，達到提高電爐生產效率、降低冶煉電耗的目的。據報道，80年代，歐洲有50％的電弧爐、日本有80％的電弧爐采用氧—燃助熔輔助煉鋼。進入90年代，國外新投產的大型電爐幾乎100％采用了此項技術，采用的燃料一般是天然氣和輕柴油。國內80年代開發了以煤代油助熔技術，在30t以下電爐上取得了明顯的使用效果。由于受煤發熱值低的影響，此項技術不適用于大型電爐，特別是高功率和超高功率電爐高效率、快節奏的要求。因此，目前國內主要采用油或燃氣作為助熔燃料進行噴吹。
7．氧燃助熔燃料有哪些?
燒嘴所用燃料有固體、液體和氣體3類。液體燃料中目前較傾向于使用輕柴油，因其使用方便、清潔，設備維護容易，是首選的輔助燃料。氣體燃料主要是天然氣，我國目前資源有限，使用較少；而煤氣等氣體燃料因熱值較低、廢氣量也很大，沒有使用。我國曾結合資源條件開發了固體燃料的煤氧技術，但噴吹的熱效率較低，投資較大，且其中粉煤的制備、存貯、運輸以及燃燒產物中的硫和灰分殘渣的去除和分離等較為繁瑣。
8．燒嘴的效率取決于哪些因素?
電爐是通過電極起弧產生熱量煉鋼，鋼鐵料從電極中心向四周慢慢熔化，熱損耗較大，熔煉時間較長。氧燃槍亦稱氧燃燒嘴，布置在電爐冷區的爐壁上，依靠燒嘴與電弧供電的合理匹配，實現廢鋼均衡熔化。燒嘴使用效率取決于：
(1)廢鋼溫度和受熱面積，若熔化初期廢鋼溫度高，受熱面積大，則燒嘴效率可達80％；
(2)在不同階段確定合適的氧油比例，在廢鋼接近熔清時，燒嘴油量應減少。燒嘴所用燃料除油外，還有天然氣或煤粉。也有將氧燃燒嘴用在煙道處預熱廢鋼的，但應注意環保。
9．什么是電爐集束射流氧槍?
集束射流(CoherentJet)氧槍技術是一種新型的氧氣噴吹技術，能夠解決傳統超音速氧槍噴射距離短、沖擊力小、氧氣利用率低的缺點，主要是利用介質燃燒形成的封套保護主氧氣流。集束射流氧槍的出口馬赫數可以達到2.0左右，技術狀態的射流距離能夠達到1.2～2.1m，可直接安裝在爐壁，實現助熔脫碳等功能。
10．集束射流氧槍應用于電爐的主要收益體現在哪些方面?
集束射流氧槍應用于電爐的主要收益體現于：
(1)具有吹氧、燃燒和二次燃燒等多種功能，并實現集中自動控制，從而減少了各系統分別設置的設施成本和分別操作的過程成本。
(2)由于燃燒功能的設置，可以事先預熱熔化廢鋼，從而降低電能消耗(噸鋼至少20kW·h)。
(3)由于具有較強的沖擊、攪拌能力，氧氣和噴人炭粉的利用率提高，從而降低了氧氣和炭粉的消耗量。
(4)由于二次燃燒功能的設置，充分利用爐內CO燃燒提高爐溫，進而降低能源消耗。
(5)由于減少噴濺，渣中鐵含量的降低，金屬收得率提高并降低爐體的維護成本。
11．如何控制集束氧槍的操作?
集束氧槍對廢鋼的切割熔化更加迅速，能夠將氧氣更加有效地吹入熔池中，大大提高氧氣的利用率。首先打開副氧系統，延遲一定時間打開壓縮空氣系統，然后再延遲一定時間后打開燃油(或燃氣)系統，同時進行主氧氣的供給。關閉時，應首先關閉燃油和主氧氣，然后順序關閉壓縮空氣和副氧氣。自動報警處理，防止油壓超過壓縮空氣壓力造成嚴重安全事故。
12．二次燃燒的冶金原理如何?
二次燃燒可分為下述進行：
2[C]+{O2}=2{CO}
其中，C來自炭粉、燃料、生鐵或鋼液，02來自氧氣、空氣、渣或鋼液中。
2[C]+{O2}=2{CO}
其中，理論上來自前述的二次燃燒專用氧源，但在實際情況中并沒有嚴格的來源限制，兩者是同時進行的。
13．什么是二次燃燒率?
評價反應進行程度的指標稱為二次燃燒率，用下式表示：
PCR=%CO2/ （%CO+%CO2）×100％ (4．3)
式中，PCR是二次燃燒率；％CO和％CO2分別為燃燒產物中CO和CO2的體積百分數。
14．什么是EBT氧槍?
現代電弧爐為了實現無渣出鋼，均采用了偏心爐底出鋼(EBT)技術。這樣不僅減少了出鋼過程的下渣量，而且縮短了冶煉周期、減小了出鋼溫降等。但同時也使得EBT區成為UHP—EAF的冷區之一，造成該區的廢鋼熔化速度較慢，熔池成分與中心區域有較大差別等。
為了解決EBT冷區問題，可以在偏心爐側上方安裝EBT氧槍，對該區進行吹氧助熔。EBT氧槍能促進此區的廢鋼熔化，并在出現熔池后，提高EBT區的熔池溫度，均勻熔池成分，實現CO的再燃燒。
實際應用中，采用EBT氧槍完全解決了EBT區域的廢鋼在出鋼時還未熔化及造成的出鋼口打不開等問題，同時使出鋼時EBT區域的溫度及成分與爐門口區域溫度及成分的誤差僅相差0．5％～1．0％。
EBT氧槍在設計中需要考慮其沖擊力。由于EBT區的熔池淺，EBT氧槍的氧氣射流的穿透深度在設計上不能超過EBT區熔池深度的2／3，同時應避開出鋼口區域。考慮到氧氣射流的衰減，采用伸縮式驅動EBT氧槍，根據冶煉的情況調整槍的位置。
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