万方数据黑龙江冶金３２９０吨超高功率电弧炉炉壁碳氧改造庞洪亮 （北满特钢北兴公司，齐齐哈尔１１６以１）摘要：根据北兴特钢００吨超高功率电弧炉的实际工作条件，从理论上分析了电弧炉强化用氧的节能效果，与北京科技大学合作，完成北兴特钢电炉炉壁碳氧技术改造。通过对生产数据的分析，结合实际生产条件给出最佳供电供氧制度。关键词：电弧炉；碳氧；节能１前言２．１北兴电炉改造前的状况 北兴特钢冶炼设备主要有９０吨超高功率电 近年来，随着电弧炉水冷炉壁、水冷炉盖技术弧炉、０９吨精炼炉、单系统双工位ＶＤ必扣方四机及泡沫渣技术的成功应用，国内外电弧炉强化用四流大方坯连铸机，电炉、连铸引进瑞士ＣＯＮ－氧技术发展较快。该技术充分利用了氧气与原料ＣＡＳＴ，精炼炉由西安重型机械研究所设计制造。中易氧化元素发生化学反应放出热量的原理，达电炉炉壁采用汽化冷却技术。到节能降耗、提高冶炼效率的作用。北兴特钢电炉供氧只有炉门一支碳氧双路的 本文主要从北兴特钢卯吨超高功率电弧炉 碳氧，氧气流量为巧００一５０以〕ＮＭ３／小时，而且氧供氧现状的角度，包括炉壁碳氧的改造，说明强气利用率较低，由于碳氧合二为一的特点，炉内化用氧对电弧炉节能降耗的作用，并从电弧炉物造泡沫渣就存在不均匀性，汽化冷却炉壁使用寿料平衡及热平衡的角度说明强化用氧技术的理论命较低。结合钢铁料情况及生产的现状，提出北基础。兴特钢电弧炉炉壁碳氧技术改造方案，经过招２工艺简介标，决定同北京科技大学合作完成系统的改造。改造前具体参数如下： 表１改造前电炉冶炼参数项目电耗ｋｗｈ／ｔ出钢量ｔ余钢量ｔ冶炼时间而ｎ氧气消耗Ｎ树／ｔ升温速度℃／ｎｎｕ现状拓３１０１ｌ５０８５４ｌ５２．２炉壁ＵＳ’ｒＢ集束氧能在足够长的距离上聚合在一起。集束射流氧是新型氧气喷吹技术， 较好的 集束射流氧的出口可以达到２．０马赫，对解决了传统超音速氧存在的缺陷，集束射流氧金属熔池具有较高的冲击能，其射流凝聚距离能是应用气体力学的原理设计的。其要点是：喷够达到１．２一２．ｌ［ｍ’浏。由于集束射流能量集中，嘴中心的主氧气流指向溶池，高的动能和喷吹速具有极强的穿透金属熔池的能力，增加了氧气对度不足以使射流在较长的距离上保持射流状态，钢水的搅拌强度，因此对促进钢渣反应、均匀成分必须用另一种介质来引导氧气。即加燃气流，使与温度、减少喷溅、提高氧气利用率、提高金属收燃气流对主氧气流起封套作用，这样主氧气流就得率和生产效率都有好处。收稿日期二２（Ｘ拓一０２一１１万方数据２．３二次燃烧技术二次燃烧技术的实质是通过富氧操作充分利 用未完全燃烧产生的Ｃｏ气体进行二次燃烧产生化学能量，从而加速熔化废钢，而二次燃烧的难点在于工作点的界定，通过控制程序对废钢区域的软吹及硬吹相调节，实现二次燃烧。３炉壁设计 目前系统已有炉门，碳粉喷吹为炉门喷吹。根据目前９０吨电炉的冶炼数据，可以说现在的供电供氧制度都不合理，如何提高冶炼节奏，强化供氧及优化供氧与供电曲线是最重要的。根据现场的条件，包括市场的能源条件。采 用大留钢量操作及强制全程造泡沫可基本弥补纯氧喷吹的不足。即：炉壁采用四个ＵＳＩＦＢ氧模块，根据水冷块的特点决定在１＃、４“、７“三个冷区各安装一支集束射流氧，ＥＢＴ冷区安装一支助熔氧。Ｅ盯氧主要解决该区的废钢熔化，均匀出钢的成分及温度。以上系统可以与现炉门氧配合使用，根据不同的冶炼阶段对氧气流量采用ＵＳｌｌ〕模块化供氧方式及分时段供氧曲线进行控制，获得最佳的供氧效率及冶炼效果。３．１设计特点及设备组成的主要参数４套水冷模块 数量：带超音速主氧及环氧的３套吹氧模块带超音速主氧的１套吹氧模块 大小： ５４０ｘ粼刃ｘ６（Ｘ〕，ＥＢ竹的ｘ３５０ｘ５００ 重量：约ｓｏｏｋｇ模块公用介质有冷却水进出和碳粉喷吹三个 接口 主要结构特点：模块的表面有挂渣设计， 模块的具体尺寸根据炉壳的实际情况可以进行专门优化，用于对氧的固定和保护，两个开孔分别用于吹氧和喷碳粉，通过模块上配备的安装接手和夹持喷射器的法兰将其固定在水冷炉壁上。考虑到其安全使用性，水冷模块距离钢液面高度应该在２５０－３００ｌｌｕｎ。 材质：无氧铜整体浇注，内部采用螺旋式水冷通道，进出水安装热电偶以对工况进行监控，防止因塌料及大块废钢导致对炉壁及碳氧的损坏，以便控制系统调节参数，并在冶炼过程中逐步恢２０（拍年第２期复原设置流量。３．２超音速氧气喷装置 数量：４支（其中ＥＢＴＩ支）大小： 氧气燃烧室的体为不锈钢材质，长度约ｓｏｌｎ，直径约１０６ｍｎｌ重量： 不锈钢及铜的复合体约５０ｋｇ 功能：脱碳、助熔、二次燃烧主要结构特点： 氧的专利设计产生主氧及环氧两种射流， 具有预热废钢、吹氧助熔和脱碳升温作用。氧气喷头采用特殊的拉瓦尔孔型设计，不锈钢铜体材质，内置水冷。使得氧气射流在助熔、脱碳等方面获得极强的优势，系统可获得比传统方式强大的多的效率，氧气综合利用效率大于７０％。３．３系统控制 采用分时段控制理论实现供氧的自动、半自动及手动控制，提高供氧效率，计算机通过ＰＬＣ控制阀站和气动执行机构进行氧气控制。４应用注意事项 北兴特钢超高功率电弧炉炉壁碳氧的特点是将大量化学能输人炉内，代替电能，理论计算：１立方米氧气相当于６度电能，但实际上存在诸多因素影响，只有４一４．５度的电能作用。这样大的能量输人无论从安全使用上还是从能量利用上都值得仔细研究。（１ ）安全注意事项：考虑到氧头及碳氧水冷模块的安全使 用，必须在前期炉内钢铁料不能直接点燃时而且块度较大时，氧气输人要求小流量，防止回流将头及水冷模块烧毁。装人炉料时注意不要冲击水冷模块。前期小流量的另一个原因是防止在给电穿井期内将电炉炉盖打漏。如果发现炉内喷溅严重，氧气流发散，说明拉瓦尔喷头内腔表面磨损严重必须更换。 （２）炉内氧气的大量输人，渣中ＦｅＯ大量富集，炉壁氧就是利用大量向炉内输人氧气，将渣中的Ｆｅｏ含量提高，有利于脱磷，其化学反应方程式：ｅＦ ｏ＋Ｐ＋Ｃａｏ＝Ｆｅ＋Ｃａｏ・几几由于Ｆ ｅＯ含量提高必然造成以下几方面的负面影响：黑龙江冶金 ①电炉炉体耐材的严重浸蚀。②炉内氧化性气氛加剧， 造成电极消耗增加。而炉壁碳的作用就是将以上几方面的负面 作用消除，既然向炉内吹碳粉作用在渣层中降低其Ｆｅｏ含量，就可以减少对炉体耐材及电极的消耗。另一方面，就是造好泡沫渣的作用，造好泡沫５２经调整过一次，将其与熔池的喷吹角度增大１０度左右，减少对对面炉体耐材的冲刷。总之，碳氧的最佳角度有待进一步摸索。６．２炉体寿命 主氧下方的炉坡消耗增大，主要原因：（１ ）由于此处ＦｅＯ较多、炉渣较稀及反弹氧气的烧损。（ ）违章操作。在熔清前使用高氧，由于液面２渣就可以将电效率提高２０％以上。 （）但对于不同的炉壁系统及不同的电炉，３万方数据碳氧的使用工艺包括供氧曲线，与之配套的电炉供电曲线全部需要重新进行摸索改进。５应用工艺５．１该炉壁碳氧共分三档 主氧的喉口内径为２０１朋１，外径为２２Ｉｌｎ，马赫数为１．９，待氧气压力稳定在ｓｂａｒ以上时，可换高马赫数的氧。与炉壁成４３。角，氧气流射程为２粼Ｘ）ｌｎＩ。它的流量分为保护氧、中氧、高氧３个档。表２使用参数 「项目１保护氧一中氧】高氧｝流量扩／ｈ｝３（］Ｘ１８田一１ＪＸ］｝巧００一２（Ｘ）Ｘ５．２应用效果对比北兴特钢自ｎ月份开始使用炉壁碳氧， 从冶炼时间、冶炼电耗、造渣材料消耗上作用较为明显，具体对比情况如下：表３应用效果对比 项目萤石白灰冶炼时间电耗ｋ盯ｔ娜ｔｍｉｎｋ双七／ｔ使用前－５０使用后羚州摆－７４４６３】４３５６存在问题６．１电极消耗增加ｏｒ 月份同９月份相比，电炉电极消耗平均增加０．４ｋ／ｇｔ。主要原因是：炉壁氧使用后，供氧强度增大，炉内正压太大，烟气量增加７０％炉内氧化气氛太强，增大电极的消耗，减少小炉盖的寿命。此外，２“氧的位置存在问题，目前２“氧的喷吹角度与３“电极只有ｓｏｒｌｎ的水平距离，期间曾未上升，氧气直接吹在炉坡上。解决的方法： ①出钢后观察炉坡， 加强喷补。②提高此处炉坡的耐材质量，提高其耐冲刷 的强度。③及时向炉中喷Ｃ， 减低渣中Ｆｅｏ的含量。 ④向炉中加白云石，调节好炉渣的勃稠性。６３下一步须解决的问题 北兴特钢预计在２仪巧年初实现电炉热装铁水，炉壁氧是电炉提高生产效率及节能降耗的重要手段，也是现代化电弧炉炼钢工艺的一个新特点。尤其是使用铁水后，可以使化学反应热在电炉能量输人上达４０％一６０％，从而大大降低了电耗。在冶炼过程中，全熔之前主要为了熔化废钢，所以兑铁水炉号给电后，即将２号炉壁氧启动，而不兑铁水炉号给电１０分钟之后将２号炉壁氧开至助熔。炉门氧气采用１一３档操作。全熔后，如炉中Ｃ含量高，采用中氧或高氧去Ｃ。如炉中Ｃ含量低，关闭２号炉壁氧，炉门氧气可采用４档操作。７结论 通过对电炉炉壁碳氧的理论分析，结合北兴特钢实际特点，同北京科技大学合作完成北兴特钢电弧炉炉壁碳氧的改造，尽管实际应用效果不算太理想，但从指标上可以明显看出：应用炉壁碳氧系统生产效率提高，成本上有所降低。参考文献〔１〕李士琦．现代电弧炉炼钢．北京：原子能出版社，１卯５；５． ｆＺｊ李传薪．钢铁厂设计原理．北京：冶金工业出版社１９ ９４：７４．
