摘要：介绍了安阳钢铁股份公司100T电弧炉在复产改造中采用炉壁集束氧枪的使用技术及生产实践情况。
关键词：电弧炉 集束氧枪
Application of the Coherent Jet Oxygen Lance on 100t electric arc furnace
Yang Junfeng Lin Xuehao Ren Bing
(No 1 Steel Making and Rolling Plant，Anyang Iron & Steel Group Co Ltd，anyang 455000 )
Abstract : The application technology and production practice of the wall coherent jet oxygen lance in the process of 100t electric arc furnace at Angang production transformation were introduced .
Key words: electric arc furnace ; coherent jet oxygen lance
目前随着国家取缔地条钢生产力度的加大，废钢资源逐步进入良性循环轨道，同时高炉—转炉长流程炼钢环保排放压力与日俱增，具有废钢循环利用和低排放环保优势的短流程电弧炉炼钢迎来发展机遇。安阳钢铁股份公司决定对原停产的100t电弧炉进行改造复产，在节能降耗改造方面，引进使用了美国普莱克斯集束氧枪技术，用Cojet氧枪替换原有的炉壁氧燃烧嘴，利用该集束氧枪的优势来提高铁水装入比、加快冶炼节奏、降低生产成本，实现电弧炉低成本、高效化运行。
1 集束氧枪的主要配置及功能
CoJet集束氧枪有枪体和喷头组成，枪体采用水冷板突出方式以一定角度固定安装在上炉壳炉壁水冷块内，1#集束氧枪安装在炉门区域，2#、3#分别安装在偏心区出钢口两侧的“冷区”。1#、3#主氧枪与水平夹角为50°、2#主氧枪与水平夹角为40°。主氧气射流方向可以调整，调整幅度为水平方向±15°，垂直方向±5°，氧气最大射流长度1845mm、吹氧模式下集束氧流量最大为3180 Nm3/hr，2#氧枪安装示意图见图1示。
图1 CoJet集束氧枪安装示意图
Fig.1 Arrangment of coherent jet oxygen lance
集束氧枪喷头在使用中可以把氧气、焦炉煤气传递像激光束一样的超音速射流射入到钢液中，射流出口可以达到2.0马赫，对熔池具有较高的冲击能，其射流集束距离能够达2.0m而维持它原始的直径和速度不变[1,2]。与传统的吹氧方式相比，具有极强的穿透金属熔池的能力，增强了氧气对钢水的搅拌强度，对促进钢渣反应、均匀成分与温度、减少喷溅、提高氧气利用率和生产效率起到了显著作用[3]。CoJet集束氧枪主要技术参数见表1示。
表1 CoJet集束氧枪主要技术参数
Table 1 The technical parameters of coherent jet oxygen lance
|
项目 |
参数 |
|
集束氧流量 |
300-3180 Nm3/hr |
|
环氧流量 |
100-400 Nm3/hr |
|
焦炉煤气流量 |
150-800 Nm3/hr |
|
氧气压力 |
1.0-1.6Mpa |
|
焦煤压力 |
0.3-0.4Mpa |
|
马赫数 |
2.1 |
1.1 CoJet集束氧枪烧嘴功能
CoJet集束氧枪可作为常用的炉壁烧嘴来加热熔化废钢使用。按照预先设定模式，并依据装入的钢铁料料型结构与在炉内的装入位置，在穿井和熔化期使用不同配比的氧气、焦炉煤气来加热熔化废钢和在吹氧脱碳前清除熔化集束枪前面一定熔池区域内的废钢，为后期的喷碳造泡沫渣创造好条件。
表2 CoJet集束氧枪烧嘴模式参数
Table 2 The parameters of the burner mode of the coherent jet oxygen lance
|
项 目 |
集束氧 Nm3/hr |
环氧 Nm3/hr |
焦炉煤气 Nm3/hr |
|
烧嘴模式1 |
250 |
250 |
300 |
|
烧嘴模式2 |
400 |
325 |
350 |
|
烧嘴模式3 |
750 |
300 |
350 |
1.2 CoJet集束氧枪吹氧功能
CoJet集束氧枪依据装入的废钢料型和不同的铁水比例，在熔化后期和升温阶段快速实现从烧嘴模式到集束氧射流的自动/手动模式转换，不同的供氧强度实现了快速脱碳升温和熔池形成泡沫渣的功能要求，对快速脱磷、脱碳和降低钢水[N]含量起到显著作用。强大的吹氧脱碳功能能够实现90%铁水比装入冶炼操作的要求。
表3 CoJet集束氧枪吹氧模式参数
Table 3 The parameters of the oxygen blowing mode of the coherent jet oxygen lance
|
项目 |
集束氧 Nm3/hr |
环氧 Nm3/hr |
焦炉煤气 Nm3/hr |
|
氧枪模式1 |
2500 |
180 |
425 |
|
氧枪模式2 |
2800 |
202 |
476 |
|
氧枪模式3 |
3180 |
229 |
540 |
1.3 CoJet集束氧枪喷碳功能
泡沫渣埋弧冶炼技术对缩短冶炼周期、快速脱P和保护炉衬降低耐材消耗起到至关重要的作用[4]。该集束氧枪的2#、3#枪基座上分别安装有喷吹碳粉枪，安装位置与主氧枪平行、略低于主氧喷口，以利于碳粉与氧气同时射到钢-渣界。当炉内形成钢水熔池后，多功能枪利用压力0.4- 0.6Mpa的压缩空气作为介质向钢-渣界面喷射碳粉，产生良好的碳-氧反应，实现最佳制造泡沫渣，减少渣中（FeO）含量，降低电极消耗和提高炉衬寿命。
2 生产应用实践情况
10月份复产后，依据全废钢冶炼模式、废钢+铁水冶炼模式，结合穿井、熔化期、氧化期等不同阶段的工作任务，通过优化炉料装入结构，加强供电制度、造渣制度与吹氧制度的有机结合，集束氧枪起到了快速切割熔化废钢、泡沫渣埋弧冶炼等效果，表4为在全废钢冶炼模式下，一个完整（从加料开始到熔池废钢熔清）的冶炼周期，1#-3#集束氧枪按照累计电量消耗分步骤自动进行控制使用的组合实例，同时依据炉内冶炼状况也可及时手动调整某一个氧枪的供氧强度，实现最优控制。
表4 全废钢冶炼下1#~3#集束氧枪按照累计电耗分步骤组合实例
Table 4 An example of the combined use of 1#~3# coherent jet oxygen lance with accumulative power consumption in the process of all scrap steel smelting
|
顺序 |
累计电耗/Kwh |
1#集束氧枪 |
2#集束氧枪 |
3#集束氧枪 |
|||||||||
|
状态 |
主氧流量Nm3/hr |
环氧流量Nm3/hr |
焦煤流量Nm3/hr |
状态 |
主氧流量Nm3/hr |
环氧流量Nm3/hr |
焦煤流量Nm3/hr |
状态 |
主氧 流量 Nm3/hr |
环氧 流量 Nm3/hr |
焦煤 流量 Nm3/hr |
||
|
1 |
100 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
|
2 |
3000 |
烧嘴 模式1 |
250 |
250 |
300 |
烧嘴 模式1 |
250 |
250 |
300 |
烧嘴 模式1 |
250 |
250 |
300 |
|
3 |
5000 |
烧嘴 模式2 |
400 |
325 |
350 |
烧嘴 模式2 |
400 |
325 |
350 |
烧嘴 模式2 |
400 |
325 |
350 |
|
4 |
8000 |
烧嘴 模式3 |
750 |
300 |
350 |
烧嘴 模式3 |
750 |
300 |
350 |
烧嘴 模式3 |
750 |
300 |
350 |
|
5 |
9000 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
|
6 |
10000 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
|
7 |
12000 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
|
8 |
15000 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
氧枪 模式2 |
2800 |
202 |
476 |
|
9 |
＞15000 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
保持 |
200 |
100 |
100 |
备注：保持状态为集束氧枪的最小流量模式，以保持一个正压状态，防止装料、喷补炉壁时渣-钢等异物堵塞氧枪枪头。
通过对一个炉役期使用的摸索，一是完善了不同炉料装入结构时的氧、燃配比模式，以配方的形式对应不同的炉料结构。二是结合不同的冶炼阶段要求，快速实现了人为干预操作某一支氧枪的流量调节控制，如：可单独加大1#枪的流量，加速熔化炉门附近的“冷料”； 单独加大2#枪的流量，实现偏心区“冷料”的快速加热融化，防止后期出钢时废钢未熔清“挂料”存在；喷碳吹氧时可重点使用3#枪，利于炉门放渣操作。表5数据为第一个炉役期内全废钢冶炼一炉钢种Q345D的最好冶炼经济技术指标。
表5 冶炼经济技术指标
Table 5 The econo-technical norms of smelting
|
项目 |
指标 |
||||
|
钢种 |
Q345D |
||||
|
出钢终点 成份控制/% |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
|
0.010 |
0.006 |
0.078 |
0.011 |
0.056 |
|
|
装入量 |
110t（其中生铁30t） |
||||
|
冶炼周期 |
55min |
||||
|
通电时间 |
45min |
||||
|
电耗 |
360kwh/t |
||||
|
氧耗 |
45Nm3/t |
||||
|
电极消耗 |
1.6kg/t（炉役期平均） |
||||
|
焦煤消耗 |
20Nm3/t |
||||
|
喷碳量 |
13kg/t |
||||
|
出钢量 |
105t |
||||
|
出钢温度 |
1615°C |
||||
3 存在问题及努力方向
3.1 电炉改造复产后，由于铁水供应不足，不同废钢+铁水比例生产模式需要在下一步生产中继续优化集束氧枪操作工艺与炉底底吹模式的研究配合，摸索出最佳的使用方法，实现初步设计中炉料结构为60%废钢+40%铁水时冶炼周期50min、电耗225kwh/t钢、电极消耗1.2kg/t钢的最佳目标。
3.2 随供氧强度的增大，在大幅缩短冶炼周期的同时，钢水终点碳控制偏低，存在钢水“过氧化”质量问题，增加了精炼工序的冶炼负担。
3.3 集束氧枪在炉壁上的安装位置未能有效解决熔池偏心区“堆冷料”的问题，在升温阶段存在“塌料”事故，需要进一步优化集束氧枪在炉壁上的安装位置和优化操作来解决。
4 结语
电弧炉采用多功能炉壁集束氧枪，具有吹氧助熔、加速钢渣界面反应和快速脱碳造泡沫渣等强大功能，应用该技术是实现超高功率电弧炉先进经济技术指标的重要保证措施。存在的问题也需要进一步进行优化，充分发挥集束氧枪的工作效能。
参考文献
[1] 李士琦.现代电弧炉炼钢[M].北京:原子能出版社,1995:5.
[2] 李传薪.钢铁厂设计原理[M].北京:冶金工业出版社,1994:74.
[3] 庞洪亮. 90吨超高功率电弧炉炉壁碳氧枪改造[J]. 黑龙江冶金,2006,(2):23~25
[4] 肖连华,崔宝民,戴栋等.电弧炉泡沫渣埋弧冶炼的实践与探讨[J]. 炼钢,2000,16(5):47~50
