陳天亮
摘 要:強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)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(qiáng)化冶煉用氧技術(shù)的特點,指出了電爐中使用強(qiáng)化冶煉用氧技術(shù)的優(yōu)缺點,提出了強(qiáng)化冶煉用氧技術(shù)在電爐煉鋼中的需要改進(jìn)的地方,致力于通過強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(dāng)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)中,北京科技大學(xué)的研究走在了先進(jìn)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(jìn)行保護(hù)。
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(jìn)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(dá)到最佳。設(shè)計好之后,首先進(jìn)行小批量的生產(chǎn),根據(jù)生產(chǎn)的樣品進(jìn)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(dá)到理想效果后再進(jìn)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(dá)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(jìn)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(dá)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(jī)械手,減輕工人的勞動負(fù)擔(dān),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(jìn)去進(jìn)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(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行二次燃燒,即將第一燃燒過程中產(chǎn)生的一氧化碳進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行吹氧,還可以進(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)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(qiáng)化冶煉用氧技術(shù)在電爐中的使用效果
首先要進(jìn)行基本的理論研究,加強(qiáng)對射流相關(guān)理論的研究,運(yùn)用現(xiàn)代化的研究方法,比如相關(guān)專業(yè)軟件進(jìn)行模擬及傳感器進(jìn)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(zhǔn)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(qiáng)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(yán)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(dāng)于間接地增加了電爐采購的成本。
參考文獻(xiàn):
[1]王振宙, 朱榮, 焦兵. 強(qiáng)化冶煉用氧技術(shù)在電爐上的應(yīng)用[J]. 工業(yè)爐, 2005, 27(2).
[2]北京科技大學(xué)冶金學(xué)院. 現(xiàn)代電爐強(qiáng)化供氧技術(shù)[J]. 金屬世界, 2003(6):40-40.
[3]楊大春, 支前鋒. 強(qiáng)化冶煉技術(shù)在普通電弧爐中的應(yīng)用[J]. 熱加工工藝, 2000(6):51-52.
[4]賀慶, 郭征. 電弧爐煉鋼強(qiáng)化用氧技術(shù)的進(jìn)展[J]. 鋼鐵研究學(xué)報, 2004, 16(5):1-4.
[5]徐永斌. 電弧爐冶煉過程強(qiáng)化用氧特點分析[J]. 山東冶金, 2014(5):9-11.