【电弧炉升级必选】电炉氧枪全场景方案：炉壁集束/EBT/碳氧枪

【电弧炉升级必选】电炉氧枪全场景方案：炉壁集束/EBT/碳氧枪

什么是电炉氧枪？

电炉氧枪，作为冶金学领域的专业术语，自2019年起被正式定义，指的是在电炉冶炼过程中，向熔池内吹入氧气以促进冶炼反应的水冷式氧枪。这种设备通常从炉门或炉壁以一定角度倾斜插入，位于炉内液面之上，每座电炉一般配备2至3支氧枪，其喷吹距离较短，且冲击点相对分散，以确保熔池内氧气分布的均匀性。

电炉氧枪是电弧炉炼钢技术中的核心组成部分，对于提升冶炼效率、降低能耗具有至关重要的作用。在电炉炼钢的复杂流程中，氧枪技术扮演着现代钢铁冶炼核心技术的角色，其应用效果直接影响到电炉的生产效率和能源消耗水平。通过精确控制电力供应与氧气输入的协同作用，氧枪成为了加速生产节奏、实现节能减排目标的关键环节。特别是当电炉使用铁水作为原料时，氧枪吹氧能够显著增强冶炼过程的化学反应热，从而进一步提升整体热效率。

电炉氧枪的应用带来了多方面的显著效益：它极大地提高了吹氧效率，缩短了冶炼周期，减少了吹氧管的消耗，从而降低了生产成本；同时，它也改善了工人的操作环境，减轻了劳动强度。此外，通过优化氧气射流的形态和燃烧条件，电炉氧枪还促进了冶炼过程中热量的有效利用，为钢铁行业的节能降耗做出了重要贡献。综上所述，电炉氧枪是电弧炉炼钢中不可或缺的高效、节能设备。

电炉氧枪的主要类型

炉氧枪的主要类型包括水冷式氧枪和消耗式氧枪，它们主要用于在电炉冶炼过程中向炉内吹氧。水冷式氧枪具有氧气利用率高、自动化程度高等优点，但操作中不能直接与钢液接触。消耗式氧枪可以在炉内更早地与钢液接触，但需要定期更换，操作较为麻烦。

具体来说，电炉氧枪主要分为以下几种：

水冷式氧枪

水冷拉瓦尔型氧枪：

主要用于电炉冶炼过程中的强吹氧，由枪头和枪体组成，枪头的输氧通道与枪体的输氧通道连通。水冷拉瓦尔型氧枪主要由枪头和枪体组成，枪头的输氧通道与枪体的输氧通道连通。其中，枪体由三根直管内外套装组成，直管相邻两层管壁之间形成水冷通道，内层直管为输氧通道；其枪头采用弯折结构，以便在使用时达到一定的吹氧角度。

水冷式炉门碳氧枪：

水冷式炉门碳氧枪是指氧气喷吹装置用水进行冷却的炉门吹氧设备。吹氧和喷碳粉可做成一体，亦可分开。氧气喷嘴采用双孔超音速喷嘴设计，以加强喷溅和搅拌的作用。水冷氧枪是一支专门设计的，由三层钢管（外径φ122～219mm）配合，镶接紫铜喷头的水冷氧枪。主要用于炉门吹氧，具有氧气利用率高、泡沫渣效果好等优点。

消耗式氧枪

消耗式炉门碳氧枪：

消耗式炉门碳氧枪可以在炉内更早地与钢液接触，有利于废钢切割.

炉壁氧枪：

炉壁氧枪用于消除炉内冷区，保证炉料均衡熔化，具有脱碳、助熔等功能.

EBT氧枪：

EBT氧枪用于EBT区域废钢熔化，提高EBT区域的熔池温度，均匀熔池成分.

集束供氧技术：

集束供氧技术采用集束射流，具有预热、熔化、加热、脱碳等多种功能.

电炉氧枪的供氧技术

如何根据生产工艺向电弧炉内高效输入化学能（氧气、燃料等）直接影响到钢的质量、能耗和生产作业率，是电弧炉炼钢的关键。由此，多种形式及功能的电弧炉化学能强化输入技术得以开发。

1）炉门供氧技术。

电弧炉炉门吹氧设备按水冷方式分为两大类，一类是水冷式炉门碳氧枪，一类是消耗式炉门碳氧枪。水冷式炉门碳氧枪具有氧气利用率高，泡沫渣效果好，脱碳、脱磷效果稳定以及自动化程度高等优点，但操作中不能与钢液接触，有一定局限性。消耗式炉门碳氧枪在炉内可更早地开始切割废钢并与钢液接触，炉内活动空间大，但操作过程中隔一段时间需要接吹氧管，较为麻烦。

2）炉壁供氧技术。

电弧炉炉壁供氧是为了消除炉内冷区，保证炉料均衡熔化，利用炉壁模块化控制喷射纯氧，以提高电弧炉的比功率输入，提高生产效率。炉壁氧枪主要有脱碳、助熔、二次燃烧及造泡沫渣等功能。炉壁氧枪的安装方式与传统的安装方式相比较，安装位置更接近熔池，射流到熔池的距离与传统的安装方式相比缩短了 40%-50%，可大大提高熔池脱碳速度和氧气利用效率；可将熔池内的燃烧与熔池上方的燃烧有机结合起来，提高了冶炼过程热效率；可在炉内实现多点喷射，精确控制吹氧量和碳粉喷吹量，泡沫渣效果好。

3）EBT 供氧技术。

现代电弧炉均采用偏心炉底出钢（EBT）技术，使得EBT 区成为电弧炉内冷区之一，造成该区的废钢熔化速度较慢、熔池成分与中心区域成分差别较大等问题。在偏心炉侧上方安装 EBT 氧枪进行吹氧助熔，可促进 EBT 区域废钢熔化，完全解决了 EBT 区域废钢在出钢时还未熔化及造成的出钢口打不开等问题，并在出现熔池后，提高 EBT 区的熔池温度，均匀熔池成分。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%。

4）集束供氧技术。

针对超音速气体射流速度衰减快、氧气利用率低等问题，集束射流技术得以开发并应用，在主氧射流周围设置环状保护气流（由燃气和氧气燃烧产生），使得主氧射流超音速核心段长度延长，形成类似激光束一样的射流。其氧气流股的动能损失减小，具有极强的穿透力和搅拌力，实现向熔池高速供氧脱碳，改善了炉内热量和成分的均匀性，对促进钢渣反应、均匀钢水成分和温度、提高氧气利用率、提高金属收得率等有十分明显的效果。北京科技大学开发的 USTB 集束供氧技术，更适应国内电弧炉炼钢炉料结构特点，达到国际领先水平，并已在国内外百余座电弧炉上得到应用。

什么是自耗式电炉炉门碳氧枪？

自耗式炉门碳氧枪是指吹氧管和碳粉喷管随着冶炼过程逐渐熔入钢水的一种消耗式设备。自耗管的直径一般比水冷氧枪要小得多，因此吹氧和喷碳比较灵活。自耗式炉门碳氧枪以德国BSE多功能组合枪为代表。

德国BSE公司多功能能组合枪LM2（如图所示），是集合了氧枪和碳枪机械手和侧弯气温取样机械手功能的组合设备。全套LM2机械手由坚固的钢结构组成，和两个旋转手一起安装在一个圆柱上。上旋转手支撑是氧枪和碳枪驱动装置，下旋转手支撑一个供安装测温取样器的底盘。取样测温在不断电、不间断吹氧和吹碳的造作下进行。

新疆八一钢铁有限责任公司70t超高功率直流电弧炉采用德国BSE公司开发的喷枪机械手。大冶特钢70t超高功率电弧炉采用多功能组合枪LM2。

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。

什么是电炉集束射流氧枪?

集束射流(Coherent Jet)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。

什么是EBT氧枪？

EBT氧枪是一种应用于电弧炉炼钢的设备，通过调整氧气射流提高冶炼效率，采用伸缩式驱动EBT氧枪，根据冶炼的情况调整枪的位置 。2019年的专利技术优化了射流结构，采用环氧气孔和天然气气孔设计，提升脱碳速度和炉内温度均匀度 。2023年的采购项目表明，其仍广泛应用于现代钢铁生产。

EBT氧枪采用伸缩式驱动，可依据冶炼情况调整枪位，以优化氧气射流效果 。2019年的专利技术进一步改良，通过环氧气孔包围主氧气孔，外围增设天然气气孔，增强集束效果，使氧气射流穿透渣面进入钢水，提升脱碳速度并降低消耗 。

在EBT电弧炉中，三个氧枪安装于水冷板上，射流方向兼顾炉底和EBT区域，提高穿透深度及搅拌强度 。同时覆盖EBT区域，融化冷钢并快速造渣，稳定电弧和脱磷条件。该配置截至2019年有效减少氧气反射事故，实现高效稳产。

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。

电炉氧枪：电炉用氧的重要性应用分析

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；用氧技术是现代新技术的集中体现，供电与供氧的结合是电炉提高生产节奏及节能降耗的重要手段。

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：