强化冶炼用氧技术在电炉中的运用

陈天亮

摘 要：强化冶炼用氧技术作为冶金工业的一项重要技术，其发展程度极大地影响了当今冶金工业的发展，而电炉作为冶金工业的重要工具之一，本文着重研究了强化冶炼用氧技术在电炉中的应用情况，通过总结分析出了在电炉炼钢中使用强化冶炼用氧技术的特点，指出了电炉中使用强化冶炼用氧技术的优缺点，提出了强化冶炼用氧技术在电炉炼钢中的需要改进的地方，致力于通过强化冶炼用氧技术提高在冶金行业中使用电炉的普遍性，提高电炉冶炼的冶炼效率。

关键词：强化冶炼；用氧技术；电炉

引言

改革开放以来，随着电炉冶炼设备和电炉冶炼技术的不断发展和进步，超高功率的电弧炉、真空冶炼技术、炉外精炼的技术的相关设备相继被研发出来，国内冶金行业的许多企业都把它们引入到了实际的生产中。经过实际的生产统计计算，当电炉内冶炼单位重量的钢的用氧量增加时，可以在节省电能的同时，提高电炉冶炼钢的效率，所以，在冶炼过程中，如何将氧气输送到电炉内，对减小电炉冶炼钢铁的生产时间，降低电路冶炼单位钢的生产成本具有十分重要的作用。

1.冶炼用氧技术在电炉中的运用现状

电炉冶炼钢铁的过程中，通入的氧气不仅有助于冶炼过程的充分进行，而且钢铁和氧气发生化学反应过程中产生的能量已经占到了电炉需要总能量的五分之一以上。如果在冶炼过程中，电炉内不使用冷的钢铁，而是将钢铁化为铁水再进行冶炼，则可以将钢铁和氧气发生化学反应过程中产生的能量占比提高到五分之二以上，基本上成倍地减少了电炉冶炼过程中的能量输入。

电炉冶炼技术最先是由国外发明出来的，但是国外发明出来后就对它进行了垄断，导致只有少数的亚洲国家和地区在使用，但是该技术的应用前景非常广阔，应用市场非常大，所以国内的一些科研机构和大学也开始研究这种技术和设备，目前应用最多的是将氧枪放置在冶炼炉的内壁上和将氧枪放置在冶炼炉的炉门上这两种。在众多的科研院所和机构中，北京科技大学的研究走在了先进的行列，其研制的USTB电炉氧枪技术，通过在电炉冶炼的过程中，将输送氧气的装置布置在冶炼炉的炉门上，并使用了EBT氧枪，配合氧助溶剂、泡沫渣技术的使用，取得了显著的效果，并成申请了专利进行保护。

在电炉冶炼过程中，氧气的输送起到了至关重要的作用，所以输送氧气的氧枪都是专门设计的设备，其制作性能的好坏直接影响着电炉炼钢的效果。氧枪主要是根据氧气的射流特性进行制作的，这一特性同时也是炼鋼技术中的关键技术之一，目前使用最广泛的氧枪是节能型集束射流氧枪，氧枪生产制作之前都是经过精密的设计和计算的，不断调整氧枪的工艺参数，确保使用效果达到最佳。设计好之后，首先进行小批量的生产，根据生产的样品进行实验验证，分析并采集数据，确定在电炉上的最佳使用方案，确保达到理想效果后再进行大批量的生产制作。

在全是废弃钢铁并且没有预先加热的冶炼条件下，冶炼用电炉的电量消耗可以减小到三百三十千瓦时，并且整个冶炼过程只需六十五分钟即可完成，每天的产量可以达到二十三炉钢铁，平均冶炼成本降到了一百元每吨左右。如果使用预先加热过的铁水代替废旧钢铁，将氧枪布置在冶炼炉的炉壁上，用自动化控制送氧进行冶炼，则冶炼用电炉的电量消耗可以减小到二百五十千瓦时，整个冶炼过程所用的时间缩短到四十五分钟即可，每天的产量可以达到二十七炉钢铁以上，平均冶炼成本降到了八十元每吨左右。

2.电炉中冶炼用氧技术的主要技术特点

之前的冶炼过程中的送氧都是人工吹氧，送氧管道的数量从一根到三根不等，在送氧设备中有送氧机械手，减轻工人的劳动负担，增加生产过程中工作人员的安全性。在冶炼炉的炉壁中使用的送氧管道包括两种，一种是在使用的时候插入进去进行输送氧气，另一种是送氧管道一直在固定在冶炼炉的壁面上，使用时直接输送氧气进去即可。北京科技大学设计研发的EBT氧枪解决了冶炼过程中冶炼炉内存在冷区的问题，使得冶炼炉内的温度分布更加均匀，通过集束射流氧枪的使用来增加钢铁的融化速率、加快碳从钢铁中的分离和帮助氧气的燃烧。

3.电炉冶炼中氧枪的两种布置方式

一是将氧枪布置在冶炼炉的炉壁上，这样的布置时供氧系统包括输送氧气的氧枪、负责降温的水冷系统、自动控制供氧及降温的控制系统三部分组成。这种将氧枪布置在冶炼炉的炉壁上进行供氧，其好处有三点：一是可以帮助氧气的燃烧，这种送氧方式是一种结构合理的送氧方式，可以根据冶炼炉的融化的进程，建立冶炼炉内燃烧的数学模型，这样可以始终确保产生的加热面积最大，防止冶炼炉内出现炉料形成搭桥的现象，导致电极的断裂。二是可以帮助冶炼炉内进行二次燃烧，即将第一燃烧过程中产生的一氧化碳进行充分地燃烧后转化为二氧化碳，这样可以加快炉内燃烧的进程。三是可以实现碳和钢铁的快速分离，冶炼过程中钢铁和碳的分离是在冶炼炉内不同的区域进行的，所以为了保证冶炼炉内的温度分布的均匀性，可以对冶炼炉内进行建模得到最佳的送氧方式和时间。四是可以尽快地在冶炼过程中形成泡沫渣，通过使用西门子PLC控制技术，可以精确地控制喷出氧气及粉剂的质量，可以对多点喷碳进行吹氧，还可以进行喷吹碳粉形成大面积的泡沫渣，这样可以尽早地加快电炉内冶炼过程中泡沫渣的形成。

二是将氧枪布置在冶炼炉的炉门上，这样布置的供氧系统包括输送氧气的炉门枪、负责供氧的液压系统、控制供氧和液压系统的控制系统三部分组成。这样将氧枪布置在炉门的好处是将氧气吹送到炉内进行助燃，还可将碳粉吹送到炉内形成泡沫渣。这种方式下可以根据使用冶炼炉的大小，选择不同的工作功率，设计出不同的冶炼控制程序，使得冶炼过程更加地科学，冶炼效果更加显著。根据调查统计，此种方式可以将冶炼的时间减少5分钟以上，降低冶炼成本几十元，大大地提高了冶金行业的效益。

4.如何提高强化冶炼用氧技术在电炉中的使用效果

首先要进行基本的理论研究，加强对射流相关理论的研究，运用现代化的研究方法，比如相关专业软件进行模拟及传感器进行检测等，使得研究的内容尽量接近真实的冶炼情况，这样才能准确地模拟真实的冶炼情况。其次应该根据具体的应用情况，设计出具有不同生产能力的冶炼炉及配套送氧设备，这样可以大大地推广冶炼送氧技术在冶炼炉中的使用。

通过采取强化冶炼用氧的方法，有效地降低了冶炼过程中的废置气体含量和钢铁中的含磷的质量，极大地提高了冶炼钢铁的质量，提高了钢铁的使用性能和使用寿命，降低了电炉冶炼钢铁的生产成本，即提高了电炉冶炼钢铁的生产效益，同时也使得电炉冶炼钢铁的生产效率有了一定的提升。同时也具有一些不可忽视的缺点，比如这种冶炼方式使得冶炼过程中的用氧量明显增加，同时使得冶炼剩余金属的回收率减小，最严重的后果是通入过多的氧气导致电炉本身发生了氧化，减小了电炉冶炼设备的寿命，相当于间接地增加了电炉采购的成本。

参考文献：

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