电炉氧枪及供氧技术知识

电炉氧枪及供氧技术知识

1．电炉用氧的重要性有哪些?

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；用氧技术是现代高新技术的集中体现，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。

2．在吹氧条件下，熔池中各元素氧化1k8时所产生的理论热值是多少?

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。

3．什么是电炉炉门枪机械装置?

电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，新建的电炉已较少安装。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。

综合电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．电炉炉门枪装置有哪些组成部分?

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。

5．什么是自耗式电炉炉门碳氧枪?

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。

6．什么是氧燃助熔技术?

随着国内外电炉炼钢向大型化、超高功率方向发展，大型电炉、超高功率电炉厂家为提高生产效率、降低电耗，研究了多种冶炼方式，并采用了不同的强化冶炼工艺技术和装备。电炉冶炼电耗的高低在很大程度上取决于熔化期的时间，即取决于废钢熔化的快慢。电炉炼钢在钢铁料熔化过程中的热工特点使炉内存在3个冷区，尤其是在采用高功率、超高功率供电后，冷区的影响尤为突出。资料统计表明，熔化期电耗占整个冶炼周期电耗的70％。为此国内外普遍引入辅助能源助熔技术来消除3个冷区，缩短冶炼时间，达到提高电炉生产效率、降低冶炼电耗的目的。据报道，80年代，欧洲有50％的电弧炉、日本有80％的电弧炉采用氧—燃助熔辅助炼钢。进入90年代，国外新投产的大型电炉几乎100％采用了此项技术，采用的燃料一般是天然气和轻柴油。国内80年代开发了以煤代油助熔技术，在30t以下电炉上取得了明显的使用效果。由于受煤发热值低的影响，此项技术不适用于大型电炉，特别是高功率和超高功率电炉高效率、快节奏的要求。因此，目前国内主要采用油或燃气作为助熔燃料进行喷吹。

7．氧燃助熔燃料有哪些?

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。

8．烧嘴的效率取决于哪些因素?

电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。

9．什么是电炉集束射流氧枪?

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。

10．集束射流氧枪应用于电炉的主要收益体现在哪些方面?

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。

11．如何控制集束氧枪的操作?

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。

12．二次燃烧的冶金原理如何?

二次燃烧可分为下述进行：

2[C]+{O2}=2{CO}

其中，C来自炭粉、燃料、生铁或钢液，02来自氧气、空气、渣或钢液中。　

2[C]+{O2}=2{CO}

其中，理论上来自前述的二次燃烧专用氧源，但在实际情况中并没有严格的来源限制，两者是同时进行的。

13．什么是二次燃烧率?

评价反应进行程度的指标称为二次燃烧率，用下式表示：

PCR=%CO2/ （%CO+%CO2）×100％　　　 (4．3)

式中，PCR是二次燃烧率；％CO和％CO2分别为燃烧产物中CO和CO2的体积百分数。

14．什么是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。