莱钢特钢50t电炉用氧技术的实践
朱荣仇永全刘艳敏徐锡坤王勤朴刘茂文
北京科技大学，北京100083 莱芜钢铁公司特钢厂，来芜271100
摘要在莱钢特钢50t电炉上采用炉门水冷碳氧枪装置、油氧助熔/二次燃烧两用喷嘴及EBT氧枪技术，提高了电炉的用氧水平，降低电炉电耗130kwh/t,全程冶炼时间缩短到65min，冶炼成本下降100元/t。该综合用氧技术对国内30-60t电炉的改造具有指导意义。
关键词电炉炼钢，氧枪，氧燃助熔
分类号TF741.99
Application of Using Oxygen in the 50 Ton EAF of Lai Wu Special Steel Zhu Rong Qiu Yongquan Liu Yanmin Xu Xikun Wang Qinpu Liu Mouwen
University Science and Technology Beijing Special Steel Factory, Lai Wu Iorn and Steel Company Abstract The technologies of the slag door carbon-oxygen lance and the dual burner for oil-oxygen intensifying melting and post combustion of CO and the EBT oxygen lance have been adopted on the EFA in Lai Wu Special Steel Mill. So the using-oxygen level has been raised and the power consumption has been reduced about 130kwh/t and tap-to-tap time is reduced to 65 min. The cost is reduced by 100 yuan/t. The application can provided useful references for rebuilding the 30～60 ton EAF in China.
Keywords EAF steelmaking , Oxygen lance ,Fuel-oxygen intensifying melting ,
1 前言
提高电炉吨钢用氧量，是近年加快电炉冶炼节奏最有效的手段之一。如何高效地将氧气喷入炉内，达到缩短冶炼时间及节能降耗目的，是目前电炉生产中迫切需要解决的技术问题。
莱芜钢铁公司特钢厂95年从国外购入二手50吨UHP-EAF-EBT-AC电炉，电炉变压器为36MVA，实际使用23MVA,炉壳直径为4600mm，电极直径500mm，平均出钢量为46吨，冶炼周期为100min。该电炉在购入时，无辅助燃料输入手段，仅具有炉门人工吹氧，供氧量在30Nm3/t。如何进一步强化电炉冶炼，降低消耗是急需解决的工作。
从98年开始,本课题组对莱钢50吨电炉的用氧进行了一系列的技术改造。主要有炉门水冷碳氧枪、油氧助熔及二次燃烧两用喷嘴及EBT氧枪，取得了很好的经济效益，创造了全国50吨电炉全废钢冶炼的最高水平。本文总结了上述用氧技术在莱芜钢铁公司特钢厂的应用实践。
2 技术内容
2.1 炉门碳氧枪
莱钢特钢炉门碳氧枪是98年底安装调试的。由枪体(包括氧枪及碳枪)、机械系统、液压系统、电气系统、水冷系统及喷粉系统等六部分组成。具有吹氧助熔、造泡沫渣、二次燃烧、脱碳升温等功能。喷枪主要设计参数见表1。
该炉门枪装置另配一支碳枪是本装置区别于一般炉门枪的最大特点，此碳枪在设计上可喷吹碳粉，且可根据需要喷吹氧气实现CO再燃烧。
氧枪在助熔时主要以吹熔池和渣－钢界面为主，利用碳枪的氧射流可实现切割废钢，这点在实践中已得到应用；在脱碳过程中，由于形成渣－金属乳化相及喷吹碳粉所造成的泡沫渣已将氧枪和碳枪埋入渣中，因此可通过控制碳枪的供氧量，在渣层中实现CO再燃烧。
对比炉门使用碳氧枪与炉门使用二支人工吹氧管进行熔化期操作的效果发现：除前者的熔化电耗降低及熔化时间缩短外，炉门用氧消耗还降低5Nm3/t；其影响因素是：
1、炉门枪的水冷氧枪及碳枪操作的总氧流量为1800Nm3/h，而二支人工吹氧管的操作氧流量为2200Nm3/h；
2、采用炉门碳枪吹氧，使废钢预热加速，提高了氧气的助熔效果；
3、人工吹氧的氧气利用率受人为因素影响较大。
另外，炉门碳氧枪装置采用两支直径较小的氧枪及碳枪代替一支功能全、直径大的碳氧枪，解决了枪管易被碳粉磨损经常换枪的问题。提高了氧枪及碳枪的使用寿命，降低了生产成本。目前氧枪喷头的使用寿命已超过300炉，碳枪喷头使用达到200炉。
实际操作中，冶炼中、前期，氧枪采用相对较小的氧量操作，采用碳枪供氧实现切割废钢及CO 再燃烧；冶炼后期，根据熔池含碳量高低控制氧枪的供氧量，碳枪在喷吹碳粉的同时，通过供氧实现CO再燃烧。
2.2 油氧助熔及二次燃烧两用喷嘴系统
莱钢特钢油氧助熔工艺是99年底投入使用的，经过一年多的运行，现已成为该电炉重要的节能降耗手段。油氧系统由油站(油泵、油罐等)及喷油控制系统；氧气控制系统；雾化空气控制系统组成，具有稳压、调节、计量等功能，喷吹时的油、氧气及空气量单独由PLC监测实现动态调整。
2.2.1 油氧喷吹参数确定
利用炉壁油氧枪喷吹氧气来燃烧炉内CO产生大量热，这一课题在国内外文献尚未见详细报道。作者在进行新余钢铁公司电炉煤氧枪喷吹技术项目中，首次采用喷煤及二次燃烧相结合的技术，达到较好的助熔目的。针对油氧枪的特点，作者设计出既能燃烧油又能进行 CO再燃烧的两用喷枪。喷枪主要工艺设计参数见表2。
根据能量转换计算和已有吨钢喷吹油量的经验数据积累。电炉出钢量为43吨时，吨钢喷油量为3－6升/t，常用4升/t。油种为柴油。
2
消耗为：V O2 PC=0.933W C·△PCR
式中，V O2 PC为CO再燃烧氧枪的吨钢氧耗，m3/t；W C为吨钢碳的氧化量，是熔池脱碳量、喷碳粉量、燃料中的含碳量和电极消耗量之和，kg/t；△PCR＝PCR a－PCR o，即CO再燃烧率的目标值与无CO再燃烧操作时CO再燃烧率的原始值之间的差值，称为净CO再燃烧率。CO再燃烧氧气流量的计算值见表2。
2.2.2 喷吹参数控制
系统主要控制参数是供(燃)料强度(kg/t.min)及供氧强度(Nm3/t.min)，根据文献[1]的报道，熔化前期，炉内装满废钢，孔隙较小，不能完全提供燃料燃烧所需的空间，这就限制了燃料输入量的增大。熔化中期，是助熔的最好时机，应最大限度的增大燃料供应量及供氧量，提高电炉的输入功率，但最佳的燃料供应量及供氧量与经济性是密不可分的，必需综合考虑。熔化后期，因渣线以上已无废钢，燃烧火焰仅加热熔池表面，所以热效率大大下降。从燃烧热效率及经济性考虑，亦限制了燃料供应量，但随着钢中吹氧量增加，碳氧反应加剧，炉壁供氧量可考虑保持在一定水平。
生产实践中，因受投资等条件的限制，炉内CO、CO2的浓度检测装置没有安装，不能对燃料、氧气输入量进行动态优化，仅采用分阶段对燃料、氧气输入量进行控制。
2.3 EBT氧枪
莱钢特钢EBT氧枪是2001年安装调试的。EBT区是UHP－EAF的冷区之一，该枪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，均匀整个熔池温度、成分，实现CO的再燃烧。必要时，可进行熔池脱碳。
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。EBT氧枪的主要设计参数见表3。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。
3技术应用效果及经济分析
以上技术的采用，大幅度提高了化学能的输入，解决了炉内冷区问题。从而加速了废钢熔化速度及精炼速度，缩短了冶炼时间，降低了电耗及电极消耗；同时油及碳粉的输入，减轻了金属的烧损。根据2000年3月－2001年10月的运行结果，电炉的主要生产技术指标大大改善，生产成本降低100元/t，表4是新工艺与原工艺技术经济指标对比。
表4 新工艺与原工艺技术指标
指标新工艺原工艺差值
电耗kwh/t 330 460 -130
熔氧期时间min 65 105 -40
氧耗Nm3/t 50 30 +10
油耗kg/t 4 0 +4
电极消耗kg/t 1.85 3.70 -1.85
金属收得率％ 94.4 93.3 -1.1
4 电炉用氧的智能控制
在电炉采用多种供氧方式以后，炉内均衡供氧是非常重要的。莱钢特钢的50吨电炉的吨钢耗氧量已超过50Nm3，如何降低吨钢耗氧量，本课题组与莱钢特钢厂正在就该问题展开研究。研究课题目的是：控制吨钢氧耗、优化供氧来达到提高金属收得率，减少除尘冷却装置负担及电极氧化。采取的控制策略是：根据炉内冶炼阶段，分解不同供氧方式的供氧量，同时结合热平衡及物料平衡，结合原有炉次的供氧曲线，连续检测冶炼过程炉气成分的变化规律，调整供氧曲线。该控制功能由软件编程及一些硬件来实现。目前，该控制程序正在现场调试中。
5 结论
采用炉门水冷碳氧枪装置、油氧助熔/二次燃烧两用喷嘴及EBT氧枪技术，显著提高了电炉的用氧水平，可降低电炉电耗130kwh/t，使冶炼时间缩短到65min，吨钢成本下降100元。以上用氧技术可对国内30－60t电炉的技术改造提供有益的借鉴。目前，以上用氧技术已在福州中钢公司、淄博钢铁公司等多家电炉企业推广使用，获得了可观的经济效益。
参考文献
1 朱荣等.电炉煤氧助熔技术的应用和发展[J].特殊钢,1997年(增刊):60-64.