強化冶煉用氧技術(shù)在電爐中的運用

陳天亮

摘 要：強化冶煉用氧技術(shù)作為冶金工業(yè)的一項重要技術(shù)，其發(fā)展程度極大地影響了當今冶金工業(yè)的發(fā)展，而電爐作為冶金工業(yè)的重要工具之一，本文著重研究了強化冶煉用氧技術(shù)在電爐中的應(yīng)用情況，通過總結(jié)分析出了在電爐煉鋼中使用強化冶煉用氧技術(shù)的特點，指出了電爐中使用強化冶煉用氧技術(shù)的優(yōu)缺點，提出了強化冶煉用氧技術(shù)在電爐煉鋼中的需要改進的地方，致力于通過強化冶煉用氧技術(shù)提高在冶金行業(yè)中使用電爐的普遍性，提高電爐冶煉的冶煉效率。

關(guān)鍵詞：強化冶煉；用氧技術(shù)；電爐

引言

改革開放以來，隨著電爐冶煉設(shè)備和電爐冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，超高功率的電弧爐、真空冶煉技術(shù)、爐外精煉的技術(shù)的相關(guān)設(shè)備相繼被研發(fā)出來，國內(nèi)冶金行業(yè)的許多企業(yè)都把它們引入到了實際的生產(chǎn)中。經(jīng)過實際的生產(chǎn)統(tǒng)計計算，當電爐內(nèi)冶煉單位重量的鋼的用氧量增加時，可以在節(jié)省電能的同時，提高電爐冶煉鋼的效率，所以，在冶煉過程中，如何將氧氣輸送到電爐內(nèi)，對減小電爐冶煉鋼鐵的生產(chǎn)時間，降低電路冶煉單位鋼的生產(chǎn)成本具有十分重要的作用。

1.冶煉用氧技術(shù)在電爐中的運用現(xiàn)狀

電爐冶煉鋼鐵的過程中，通入的氧氣不僅有助于冶煉過程的充分進行，而且鋼鐵和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量已經(jīng)占到了電爐需要總能量的五分之一以上。如果在冶煉過程中，電爐內(nèi)不使用冷的鋼鐵，而是將鋼鐵化為鐵水再進行冶煉，則可以將鋼鐵和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量占比提高到五分之二以上，基本上成倍地減少了電爐冶煉過程中的能量輸入。

電爐冶煉技術(shù)最先是由國外發(fā)明出來的，但是國外發(fā)明出來后就對它進行了壟斷，導(dǎo)致只有少數(shù)的亞洲國家和地區(qū)在使用，但是該技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，應(yīng)用市場非常大，所以國內(nèi)的一些科研機構(gòu)和大學(xué)也開始研究這種技術(shù)和設(shè)備，目前應(yīng)用最多的是將氧槍放置在冶煉爐的內(nèi)壁上和將氧槍放置在冶煉爐的爐門上這兩種。在眾多的科研院所和機構(gòu)中，北京科技大學(xué)的研究走在了先進的行列，其研制的USTB電爐氧槍技術(shù)，通過在電爐冶煉的過程中，將輸送氧氣的裝置布置在冶煉爐的爐門上，并使用了EBT氧槍，配合氧助溶劑、泡沫渣技術(shù)的使用，取得了顯著的效果，并成申請了專利進行保護。

在電爐冶煉過程中，氧氣的輸送起到了至關(guān)重要的作用，所以輸送氧氣的氧槍都是專門設(shè)計的設(shè)備，其制作性能的好壞直接影響著電爐煉鋼的效果。氧槍主要是根據(jù)氧氣的射流特性進行制作的，這一特性同時也是煉鋼技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前使用最廣泛的氧槍是節(jié)能型集束射流氧槍，氧槍生產(chǎn)制作之前都是經(jīng)過精密的設(shè)計和計算的，不斷調(diào)整氧槍的工藝參數(shù)，確保使用效果達到最佳。設(shè)計好之后，首先進行小批量的生產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)的樣品進行實驗驗證，分析并采集數(shù)據(jù)，確定在電爐上的最佳使用方案，確保達到理想效果后再進行大批量的生產(chǎn)制作。

在全是廢棄鋼鐵并且沒有預(yù)先加熱的冶煉條件下，冶煉用電爐的電量消耗可以減小到三百三十千瓦時，并且整個冶煉過程只需六十五分鐘即可完成，每天的產(chǎn)量可以達到二十三爐鋼鐵，平均冶煉成本降到了一百元每噸左右。如果使用預(yù)先加熱過的鐵水代替廢舊鋼鐵，將氧槍布置在冶煉爐的爐壁上，用自動化控制送氧進行冶煉，則冶煉用電爐的電量消耗可以減小到二百五十千瓦時，整個冶煉過程所用的時間縮短到四十五分鐘即可，每天的產(chǎn)量可以達到二十七爐鋼鐵以上，平均冶煉成本降到了八十元每噸左右。

2.電爐中冶煉用氧技術(shù)的主要技術(shù)特點

之前的冶煉過程中的送氧都是人工吹氧，送氧管道的數(shù)量從一根到三根不等，在送氧設(shè)備中有送氧機械手，減輕工人的勞動負擔，增加生產(chǎn)過程中工作人員的安全性。在冶煉爐的爐壁中使用的送氧管道包括兩種，一種是在使用的時候插入進去進行輸送氧氣，另一種是送氧管道一直在固定在冶煉爐的壁面上，使用時直接輸送氧氣進去即可。北京科技大學(xué)設(shè)計研發(fā)的EBT氧槍解決了冶煉過程中冶煉爐內(nèi)存在冷區(qū)的問題，使得冶煉爐內(nèi)的溫度分布更加均勻，通過集束射流氧槍的使用來增加鋼鐵的融化速率、加快碳從鋼鐵中的分離和幫助氧氣的燃燒。

3.電爐冶煉中氧槍的兩種布置方式

一是將氧槍布置在冶煉爐的爐壁上，這樣的布置時供氧系統(tǒng)包括輸送氧氣的氧槍、負責降溫的水冷系統(tǒng)、自動控制供氧及降溫的控制系統(tǒng)三部分組成。這種將氧槍布置在冶煉爐的爐壁上進行供氧，其好處有三點：一是可以幫助氧氣的燃燒，這種送氧方式是一種結(jié)構(gòu)合理的送氧方式，可以根據(jù)冶煉爐的融化的進程，建立冶煉爐內(nèi)燃燒的數(shù)學(xué)模型，這樣可以始終確保產(chǎn)生的加熱面積最大，防止冶煉爐內(nèi)出現(xiàn)爐料形成搭橋的現(xiàn)象，導(dǎo)致電極的斷裂。二是可以幫助冶煉爐內(nèi)進行二次燃燒，即將第一燃燒過程中產(chǎn)生的一氧化碳進行充分地燃燒后轉(zhuǎn)化為二氧化碳，這樣可以加快爐內(nèi)燃燒的進程。三是可以實現(xiàn)碳和鋼鐵的快速分離，冶煉過程中鋼鐵和碳的分離是在冶煉爐內(nèi)不同的區(qū)域進行的，所以為了保證冶煉爐內(nèi)的溫度分布的均勻性，可以對冶煉爐內(nèi)進行建模得到最佳的送氧方式和時間。四是可以盡快地在冶煉過程中形成泡沫渣，通過使用西門子PLC控制技術(shù)，可以精確地控制噴出氧氣及粉劑的質(zhì)量，可以對多點噴碳進行吹氧，還可以進行噴吹碳粉形成大面積的泡沫渣，這樣可以盡早地加快電爐內(nèi)冶煉過程中泡沫渣的形成。

二是將氧槍布置在冶煉爐的爐門上，這樣布置的供氧系統(tǒng)包括輸送氧氣的爐門槍、負責供氧的液壓系統(tǒng)、控制供氧和液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)三部分組成。這樣將氧槍布置在爐門的好處是將氧氣吹送到爐內(nèi)進行助燃，還可將碳粉吹送到爐內(nèi)形成泡沫渣。這種方式下可以根據(jù)使用冶煉爐的大小，選擇不同的工作功率，設(shè)計出不同的冶煉控制程序，使得冶煉過程更加地科學(xué)，冶煉效果更加顯著。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，此種方式可以將冶煉的時間減少5分鐘以上，降低冶煉成本幾十元，大大地提高了冶金行業(yè)的效益。

4.如何提高強化冶煉用氧技術(shù)在電爐中的使用效果

首先要進行基本的理論研究，加強對射流相關(guān)理論的研究，運用現(xiàn)代化的研究方法，比如相關(guān)專業(yè)軟件進行模擬及傳感器進行檢測等，使得研究的內(nèi)容盡量接近真實的冶煉情況，這樣才能準確地模擬真實的冶煉情況。其次應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用情況，設(shè)計出具有不同生產(chǎn)能力的冶煉爐及配套送氧設(shè)備，這樣可以大大地推廣冶煉送氧技術(shù)在冶煉爐中的使用。

通過采取強化冶煉用氧的方法，有效地降低了冶煉過程中的廢置氣體含量和鋼鐵中的含磷的質(zhì)量，極大地提高了冶煉鋼鐵的質(zhì)量，提高了鋼鐵的使用性能和使用壽命，降低了電爐冶煉鋼鐵的生產(chǎn)成本，即提高了電爐冶煉鋼鐵的生產(chǎn)效益，同時也使得電爐冶煉鋼鐵的生產(chǎn)效率有了一定的提升。同時也具有一些不可忽視的缺點，比如這種冶煉方式使得冶煉過程中的用氧量明顯增加，同時使得冶煉剩余金屬的回收率減小，最嚴重的后果是通入過多的氧氣導(dǎo)致電爐本身發(fā)生了氧化，減小了電爐冶煉設(shè)備的壽命，相當于間接地增加了電爐采購的成本。

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