连铸坯氢氧切割应用与碳排放研究

2018-06-14贾志平

中国设备工程 2018年11期

关键词：邯钢氢氧焦炉煤气

贾志平

（河钢集团邯钢公司设备动力部，河北邯郸 056015）

氢氧切割最初是用于航空工业的精密切割，由于火焰温度高，切割火焰锋利，割缝小，逐步应用于钢铁行业的连铸坯切割。邯钢已有多台连铸机应用氢氧切割，其应用效果在国内处于领先水平。

使用氢氧切割除了减少钢铁料消耗之外，氢氧切割过程能有效降低粉尘，目前，各个钢铁企业面对环保压力，氢氧切割的应用又能有效降低碳排放。本文通过记录统计，计算出氢氧切割投用后的吨钢碳排放减少量。

1 氢氧切割工作原理

传统的连铸坯的火焰切割是使用焦炉煤气，通过预热后再进行切割。而连铸切割采用氢氧混合气切割。不再需要预热氧和预热煤气，同时，切割过程中的切割煤气也不再消耗。如图1所示，普通自来水氢氧发生器内通过电解，分解成氢氧混合气：2H2O=2H2+O2

氢气、氧气并不分离，而是混合在同一支管道内，此混合气既不是纯净的氢气也不是纯净的氧气，而是氢氧混合气，而混合浓度正好是生成水的比例。压力 1bar左右，随产随用，且不能储存，因为在管道内停留30分钟后，会逐步重新生成水。切割过程靠此混合气体进行燃烧，产生锋利的火焰，铸坯切割效果断面整齐规则，流渣少，割缝仅有4～5毫米（图2）。使用氢氧切割主要发生以下反应：

因为氢氧混合气体燃烧火焰温度高割缝小，切割过程融化和燃烧Fe的高压切割氧用量在减少，同时，产生的粉尘也在减少。由于不再预热煤气和切割煤气，切割过程中的碳排放直接降低。

图1 氢氧发生器

图2 使用氢氧混合气对铸坯进行切割

2 使用氢氧切割碳排放计算

邯钢某炼钢分厂连铸区域在采用氢氧切割后的焦炉煤气消耗见表1。2012年1～2月份是采用传统煤气切割，2012年3～5月份是全面采用氢氧切割。由于连铸区域焦炉煤气除铸坯切割车使用以外，还包含中间包烘烤，中间包干燥，铸坯表面质量清理以及维修用焦炉煤气，假设这些月度消耗均衡无变化。焦炉煤气平均减少的差值可看作是采用氢氧切割后的实际节余48101．86 m3，如果月产量按44万吨计算，吨钢减少0．1 m3焦炉煤气 (表 1)。

以常规板坯连铸机煤气切割为例，焦炉煤气含有H2（55%～60%），CH4（22%～26%），CO（6%～9%），CO2（1．5%～3．0%），N2（3%～7%），O2（＜0．5%）等等杂质气体，主要有以下反应：

表1 使用传统煤气切割与氢氧切割焦炉煤气消耗对比

理论上，1m3的焦炉煤气，含有26% CH4，9%CO，即 0．26 m3CH4，0．09m3CO，假设把焦炉煤气中各种气体都看作是标准状况下（STP，0℃，101kPa）的气体，那么根据以上化学方程式，燃烧后会产生0．26+0．09=0．35m3的 CO2，即 1．977×0．35=0．69kg（CO2的密度是 1．977kg/m3）。

按照此炼钢厂年度产量500万吨计算，全年能减少焦炉煤气 500×0．1=50万立方米，根据上述焦炉煤气中含量计算，此50万立方米焦炉煤气共计产生CO2：为50×104×0．69 =346吨，即直接降低碳排放346万吨，如果全邯钢年产连铸产量按照1000万吨计算，全年应降低碳排放692吨。