CN212864831U - 一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备 - Google Patents

Abstract

一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，属于电弧炉炼钢技术领域，其特征主要是将氧燃枪从电炉炉盖的电极孔插入炉内，利用氧燃枪喷出的氧气和煤气燃烧所产生的高温高能火焰，对电炉内的废钢进行加热並熔化；废钢熔化形成熔池后，接着用氧燃枪吹炼熔池，进行升温、降碳、化渣操作。本发明的6孔氧燃枪的氧气喷管采用拉瓦尔式喷管结构，具有燃烧加热和吹氧降碳的双重功能。电炉采用三支氧燃枪插入电弧炉内炼钢，可以使电弧炉节电20～50％，电弧炉电极的消耗可以降低70～90％，吨钢成本降低10～35％。

Description

一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备

技术领域

本实用新型属于电弧炉炼钢技术领域，特别是涉及一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备与方法。

背景技术

电弧炉又称电炉，是目前世界上转炉以外最主要的炼钢设备。日常生产时，通过设置在电弧炉炉盖并在工作时穿过电弧炉炉盖进入到电弧炉炉膛之内的碳素电极，在超高功率电流作用下所产生的高温电弧进行炼钢。

目前利用电弧炉炼钢，其工艺由废钢熔化期和钢水精炼期两个时间段来完成，其中传统废钢熔化期约占电弧炉总冶炼时间的50％～70％左右，电耗更是占电弧炉总电耗的70％～80％左右。熔化期所用时间的长短直接决定电炉的生产率和电耗，对电炉的生产效率、产量、消耗和成本等技术指标影响显著。日常电弧炉生产中，废钢熔化期所耗费的时间长，电耗高，其中最主要的原因是由于废钢的几何形状有薄有厚，有长有短，规格不同而且电弧炉熔化期需要经历点弧、穿井、主熔化及熔末升温等过程，在此过程中高温电弧穿透力比较差，电极电弧所在的区域温度较高(热点区)，其周边的废钢容易受热升温，而位于电弧炉边缘等电弧高温不能直接到达的区域(冷点区)废钢获得热量较少，炉内温度场分布不均，炉内废钢不能得到及时升温或熔化。

为了降低电弧炉的电量消耗，提高废钢的升温速度，解决“冷点”区废钢的熔化问题，人们发明了将氧枪、烧嘴或多功能喷枪从电弧炉炉壁或炉门深入到电弧炉炉内冷点区进行废钢加热或对炉内补热的技术，燃料有：煤、油或天然气等。为了造泡沫渣以及辅助脱磷、脱硫、增碳等，部分喷枪还能实现碳粉、石灰粉喷吹等，该类喷枪或烧嘴实现了氧-燃助熔、碳-氧-石灰造泡沫渣、吹氧脱碳、二次燃烧及钢水搅拌等功能，3～5支枪/烧嘴根据炉内不同阶段，进行程序控制使用。此项技术是上世纪70年代日本首先开发采用的，目前，世界范围大多数的电弧炉都采用了相关炉壁枪或炉门枪。但是，上述喷枪或烧嘴电弧炉都属于辅助加热类的装置，因其提供的热能相对有限，收到的冶金效果不够明显，因此实际应用时必须以电极加热为主。

实用新型内容

本实用新型公开的是一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备与方法，其目的在于对电弧炉内的废钢实现快速加热，使之升温和熔化，进而收到降低电弧炉能耗和大幅缩短冶炼时间的双重效果。

本项实用新型以电弧炉为主体设备，其特征是在电弧炉平台适当位置增加一套氧燃枪升降及旋转装置，该种装置主要由立柱、驱动与传动装置、升降与旋转装置、管道支架、氧燃枪夹持器、介质输送装置和氧燃枪组成，其中立柱上设有驱动与传动装置，升降及旋转装置与驱动与传动装置相联接，并被滑动固定在立柱上，在驱动与传动装置的作用下，可在立柱上上下滑动或左右旋转，管道支架一端固接在升降及旋转装置上，另一端安装有氧燃枪夹持器，氧燃枪被夹持固定在氧燃枪夹持器上，氧燃枪夹持器的结构和尺寸和电弧炉所用石墨电极夹持装置基本相同；氧燃枪夹持器夹持住氧燃枪，升降及旋转装置在驱动与传动装置的带动下，通过管道支架和氧燃枪夹持器，可将被夹持的氧燃枪从电弧炉炉盖已有的电极孔中穿过，插入到电弧炉炉内，或将氧燃枪提升到电弧炉之外，并带着氧燃枪旋转离开电弧炉顶部，停留在电弧炉炉体旁边的闲置位置。

进一步的，这里所说的驱动与传动装置是由旋转驱动电机和升降驱动电机组成，其中旋转驱动电机固定安装在升降与旋转装置上，和升降与旋转装置相连接，驱动升降及旋转装置带动管道支架和氧燃枪夹持器一起绕着立柱左右旋转，将氧燃枪自闲置位置转动到电弧炉炉盖正上方，当对准每个电极孔后，将驱动与传动装置中的转动装置固定；升降驱动电机固定安装在立柱上，并和升降及旋转装置相连接，驱动升降及旋转装置并带动管道支架和氧燃枪夹持器一起在立柱上上下滑动，将氧燃枪插入到电弧炉炉内。

进一步的，这里所说的介质输送装置主要由介质输送钢管管道、介质输送软管管道、介质输入阀门和隔热装置组成，其中介质输送钢管管道由多根无缝钢管组成，每根介质输送钢管管道的一端同氧燃枪的介质输送管道如进氧管道、进煤气管道、进水管道、出水管道相连通；每根介质输送钢管管道的另一端同对应的由金属软管组成的多根介质输送软管管道中的某根介质金属软管管道相连通；每根介质金属软管管道的另一端与对应的介质输入阀门相连接；介质输送钢管管道刚性固定在管道支架上，介质输送钢管管道的外边设有由防火绝热材料组成的管道绝热装置，这里所说的介质包括氧气、能源介质和水，其中能源介质包括煤气、天然气、重油、煤粉等，首先是煤气或天然气。

进一步的，前述的氧燃枪由枪体和枪头两部分组成，其中氧燃枪枪体至少由四层钢管镶嵌而成，分别包括氧气管、煤气管、进水管和回水管，其氧燃枪的枪头和氧燃枪枪体相配套，依不同的燃料介质而设计成不同的尺寸和结构；其中以天然气或煤气为燃烧介质时，氧燃枪枪体由四层钢管镶嵌而成，从里向外分别为氧气管、煤气管、进水管和回水管，其氧燃枪枪头的中心管是氧气喷管，喷吹氧气，氧气喷管的周围环缝是煤气喷管，喷吹煤气；氧气由进氧管道进入到氧气管，流经氧气喷管，由氧气喷孔喷出；煤气由进煤气管道进入到煤气管，流经煤气喷管，由煤气喷孔喷出。氧气和煤气喷出后，边混合边燃烧，生成高温、高能的火焰；冷却水由进水管道进入到进水管中，冷却氧燃枪后，由回水管经回水管道流出。。

进一步的，前述每支氧燃枪的每个氧气喷管设计成拉瓦尔式喷管结构，分成收缩段、喉口段和扩张段，以此结构保证由氧气喷孔喷吹出的气流为超音速氧气流；

进一步的，前述氧燃枪的枪头设有1-8个喷孔，当氧燃枪的枪头有多个喷孔时，其中的1/2个喷孔角度较小，为2°～12°，1/2个喷孔角度较大，为14°～40°，两种喷孔沿枪头圆周方向对称交错布置。此种结构的氧燃枪可称为多功能多孔氧燃枪，因为其既有燃烧加热功能，又有吹氧降碳功能，所喷出的火焰燃烧面积和氧气吹氧面积都很大，有利于加快废钢的熔化速度和熔池的降碳速度。

进一步的，前述的设备利用现有电弧炉炉盖所开的电极孔，采用三支氧燃枪一起插入电弧炉炉内进行操作；

当以煤气为能源介质时，上述设备应按照以下方法进行操作：

(1)在电弧炉内装完每批废钢后，关闭炉盖；

(2)启动驱动与传动装置中的旋转驱动电机，带动升降及旋转装置、管道支架和氧燃枪夹持器，将氧燃枪自闲置位置转动，当氧燃枪处在电弧炉炉盖正上方并对准每个电极孔后，将驱动与传动装置中的转动装置固定；

(3)启动驱动与传动装置中带动氧燃枪夹持器上下运动的升降驱动电机，带动升降及旋转装置、管道支架和氧燃枪夹持器，将氧燃枪向下垂直移动，使氧燃枪的枪头从电弧炉炉盖电极孔顺利插入到电弧炉炉内；

(4)按照事先设计好的工作程序，启动氧燃枪开始工作，按照设定的压力、流量和比例，打开各介质输入阀门，让氧气、煤气经过各自的介质输送软管管道和介质输送钢管管道进入到氧燃枪之内，并从各自的喷孔中喷出，在电弧炉内边混合边燃烧，形成高温高压火焰，对电弧炉内的废钢进行快速加热升温；

(5)废钢熔化形成熔池后，继续对熔池内钢液进行吹炼升温、化渣、降碳等项冶炼操作。此时，氧气流量调至降碳所需之氧量及炉内一氧化碳二次燃烧所需氧量之和，其每个喷孔喷出介质的中心核心流量为超音速氧气气流，氧气气流的周围是火焰，当钢水中的碳含量降低至目标值后，关闭氧燃枪的所有喷吹介质输入阀门，停止氧燃枪工作；

(6)氧燃枪停止工作后，启动驱动与传动装置，通过管道支架和氧燃枪夹持器，将氧燃枪的下部从电弧炉中拔出并离开电弧炉炉盖顶端回转到最初的闲置位置；

(7)将石墨电极插入到电弧炉炉内，进一步对钢水进行冶炼，钢水成分和温度合格后出钢浇铸，进入下一冶炼周期。

在上述使用过程中，由于氧燃枪的每个氧气喷管均为拉瓦尔喷管结构，所以可以喷吹出超音速氧气流，氧气和煤气一起燃烧，形成高温气流和火焰。此种高温气流和火焰对废钢和熔池有很强的穿透力，搅拌力大，一方面有利于废钢加热，另一方面废钢熔化后，也能促使熔池快速升温、搅拌能力的增强，有利于碳氧反应，降碳快、化渣好，並且有利于熔池上下温度场的均匀分布，保证钢水成分和温度达到均匀化。

在其使用中收到如下显著的冶金效果，其中：

1、用三支氧燃枪对电弧炉废钢进行熔化期预热升温操作，可以使电弧炉节电20～50％，电弧炉电极的消耗可以降低70～90％，吨钢成本降低10～35％；

2、火焰升温与熔化废钢速度的加快，缩短电弧炉冶炼时间，可以使电弧炉日增产量达15～20％；

3、由于化渣快，化渣好，有利于去除钢中杂质，有利于电弧炉内钢水上下成分和温度均匀，提高钢的质量；

4、氧气流股对熔池的穿透能力和搅拌能力均较强，加快炉内脱碳、脱磷反应，电弧炉喷溅小；

5、消除了熔化期电极端部的电弧热区，降低了热区耐火材料表面温度，对炉衬的侵蚀小，与原技术设备相比电弧炉炉体寿命提高8～10％。

附图说明

附图中的

图1为整个实用新型装置结构示意图；

图2为氧燃枪枪体结构示意图；

图3为双功能6孔氧燃枪喷头结构示意图。

图中：1为电弧炉平台，2为立柱，3为升降与旋转装置，4为升降驱动电机，5为旋转驱动电机，6为管道支架7为氧燃枪夹持器，8为氧燃枪，9为电弧炉炉盖，10为介质输入阀门，11为介质输送钢管管道，12为介质输送软管管道，13为电弧炉炉体，14为管道绝热装置，15为氧气管，16为煤气管，17为进水管，18为回水管，19为煤气喷管，20为氧气喷管，21为氧气喷孔，22为枪头。

具体实施方式：

下面结合附图1-3所示，通过具体实施例对本项实用新型做进一步说明：

实施例1

本项实用新型依据前述的实用新型内容，以具有三支电极的100吨电弧炉为主体设备，采用煤气为能源介质进行实施，其中在100吨电弧炉平台1与电极升降及旋转装置所在位置相对称之处，增加一套与石墨电极升降及旋转装置的结构和功能基本相同的氧燃枪升降及旋转装置，该种装置主要由立柱2、升降与旋转装置3、升降驱动电机4、旋转驱动电机5、管道支架6、氧燃枪夹持器7、介质输送装置和氧燃枪8组成，其中升降驱动电机4固定安装在立柱2上，和升降及旋转装置3相连接，旋转驱动电机5国定安装在和升降及旋转装置3上，并和升降及旋转装置3相连接，升降及旋转装置3被滑动固定在立柱2上，在升降驱动电机4的作用下，可在立柱2上上下滑动或固定；升降及旋转装置3在旋转驱动电机5的作用下可围绕立柱2旋转；管道支架6一端固接在升降及旋转装置3上，另一端安装有氧燃枪夹持器7，氧燃枪8被夹持固定在氧燃枪夹持器7上；氧燃枪夹持器7夹持住氧燃枪8；升降及旋转装置3在升降驱动电机4的带动下向下滑动，通过管道支架6和氧燃枪夹持器7，可将被夹持的氧燃枪8从电弧炉炉盖9已有的电极孔中穿过，插入到电弧炉炉内，或将氧燃枪8提升到电弧炉炉盖9之外，并带着氧燃枪8旋转离开电弧炉顶部，停放在电弧炉炉体13旁边的闲置位置。

本项实施中的介质输送装置主要由介质输入阀门10、介质输送钢管管道11、介质输送软管管道12和管道绝热装置14组成，其中介质输送钢管管道11由4根无缝钢管组成，每根介质输送钢管管道11的一端同氧燃枪8的介质输送管道如进氧管道、进煤气管道、进水管道、出水管道相连通；另一端分别同4根介质输送软管管道12中的某根对应管道相连通；每根介质金属软管管道12的另一端与对应的4个介质输入阀门10相连接；介质输送钢管管道11刚性固定在管道支架6上，介质输送钢管管道11的外边设有由防火绝热材料组成的管道绝热装置14；本项实施使用的介质包括氧气、煤气和水；

本项实施所使用的氧燃枪8枪体由四层钢管镶嵌而成，从里向外分别为氧气管15、煤气管16、进水管17和回水管18，其氧燃枪8枪头的中心管是氧气喷管20，喷吹氧气，氧气喷管的周围环缝是煤气喷管19，喷吹煤气；氧气由进氧管道进入到氧气管15，流经氧气喷管20，由氧气喷孔21喷出；煤气由进煤气管道进入到煤气管16，流经煤气喷管19，由煤气喷孔喷出；氧气和煤气喷出后，边混合边燃烧，生成温度为2100℃左右的高温、高能的火焰用于加热废钢；进水管17和回水管18在枪头处相互连通，冷却水由进水管道进入到进水管17中，冷却氧燃枪8后，由回水管18经回水管道流出。

如图2所示，每个氧气喷管20设计成拉瓦尔式喷管结构，以此结构保证由氧气喷孔喷吹出的气流为超音速氧气流；同时每支氧燃枪8的枪头22设有6个喷孔，其中的3个喷孔中心线与氧燃枪8中心轴线的夹角为10°，另外3个喷孔的中心线与氧燃枪中心轴线的夹角为15°，两种喷孔沿枪头圆周方向对称交错布置，相邻互成60°角，具体布置形式恰如图3所示。

上述装置按照以下方法进行操作：

(1)在100吨电弧炉内装入第一批废钢60吨，关闭电弧炉炉盖9；

(2)启动旋转驱动电机5，带动升降及旋转装置3、管道支架6和氧燃枪夹持器7，将氧燃枪自闲置位置向电弧炉炉盖9的上方转动，当氧燃枪8处在电弧炉炉盖9正上方的工作位置并对准每个电极孔后，将驱动与传动装置中的转动装置固定；

(3)启动升降驱动电机4，带动升降及旋转装置3、管道支架6和氧燃枪夹持器7，将氧燃枪8向下垂直移动，使氧燃枪8的枪头22从电弧炉炉盖9电极孔顺利插入到炉内并固定；

(4)按照事先设计好的工作程序，启动介质输入阀门10，输入氧气、煤气和水，让氧燃枪8开始工作，氧气和煤气从各自的喷孔中喷出，氧气和煤气以流量为计按照1:2～3的比例，边混合边燃烧，形成高温高压2100℃的火焰，对电弧炉内的废钢进行快速加热升温，至废钢熔清；

(5)关闭氧燃枪的所有喷吹介质，停止氧燃枪8工作，启动驱动与传动装置，将氧燃枪的下部从电弧炉盖中拔出并离开电弧炉炉盖顶端回转到最初的闲置位置；

(6)打开电弧炉炉盖9，在电弧炉内装入第二批废钢50吨，关闭电弧炉炉盖9；

(7)重复步骤(2)和(3)；

(8)废钢熔化形成熔池后，氧气和煤气以流量为计按照1:1.5～2.0的比例继续对熔池内钢液进行吹炼升温、化渣、降碳等项冶炼操作，当钢水中的碳含量降低到0.08％目标值后，重复步骤(4)；

(9)将石墨电极插入到电弧炉炉内，进一步对钢水进行冶炼，钢水成分合格后出钢浇铸，进入下一冶炼周期。

根据本实施例采用三支氧燃枪，从电弧炉炉盖9的三个电极孔位置伸入炉内，对电弧炉内加入的废钢进行加热並熔化。废钢熔化形成熔池后，接着用三支氧燃枪吹炼熔池，进行升温、降碳、化渣；3支氧燃枪中的每支氧燃枪有6个喷孔，共可同时喷出18股高温火焰，从而实现了对废钢的快速加热和熔化，并且收到了非常显著的冶金效果，其中：

(1)吨钢电耗达到280℃/T，比以电为单一能源可为电弧炉节电30.10％，吨钢电弧炉电极消耗为0.5kg/T，降低76％，吨钢成本降低12.7％，其经济效益十分显著。

(2)电弧炉炼钢速度明显加快，其中在20min内，即可将废钢全部熔化完毕，10min之内完成钢水的升温降碳任务。缩短电弧炉冶炼时间，使电弧炉日增产量达到了18％。

Claims (7)

1.一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是在电弧炉平台适当位置增加一套氧燃枪升降及旋转装置，此种氧燃枪升降及旋转装置主要由立柱、驱动与传动装置、升降与旋转装置、管道支架、氧燃枪夹持器、介质输送装置和氧燃枪组成，其中立柱上设有驱动与传动装置，升降及旋转装置与驱动与传动装置相联接，并被滑动固定在立柱上，在驱动与传动装置的作用下，可在立柱上上下滑动或左右旋转，管道支架一端固接在升降及旋转装置上，另一端安装有氧燃枪夹持器，氧燃枪被夹持固定在氧燃枪夹持器上，氧燃枪夹持器的结构和尺寸和电弧炉所用石墨电极夹持装置相同；氧燃枪夹持器夹持住氧燃枪，升降及旋转装置在驱动与传动装置的带动下，通过管道支架和氧燃枪夹持器，可将被夹持的氧燃枪从电弧炉炉盖已有的电极孔中穿过，插入到电弧炉炉内，或将氧燃枪提升到电弧炉之外，并带着氧燃枪旋转离开电弧炉顶部，停留在电弧炉炉体旁边的闲置位置。

2.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备中的驱动与传动装置由旋转驱动电机和升降驱动电机组成，其中旋转驱动电机固定安装在升降与旋转装置上，和升降与旋转装置相连接，驱动升降及旋转装置带动管道支架和氧燃枪夹持器一起绕着立柱左右旋转；升降驱动电机固定安装在立柱上，并和升降及旋转装置相连接，驱动升降及旋转装置并带动管道支架和氧燃枪夹持器一起在立柱上上下滑动。

3.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备中的介质输送装置主要由介质输送钢管管道、介质输送软管管道、介质输入阀门和隔热装置组成，其中介质输送钢管管道由多根无缝钢管组成，每根介质输送钢管管道的一端同氧燃枪的介质输送管道如进氧管道、进煤气管道、进水管道、出水管道相连通；每根介质输送钢管管道的另一端同对应的由金属软管组成的多根介质输送软管管道中的某根介质金属软管管道相连通；每根介质金属软管管道的另一端与对应的介质输入阀门相连接；介质输送钢管管道刚性固定在管道支架上，介质输送钢管管道的外边设有由防火绝热材料组成的管道绝热装置，这里所说的介质包括氧气、能源介质和水，其中能源介质包括煤气、天然气、重油、煤粉等，首先是煤气或天然气。

4.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备中的氧燃枪由枪体和枪头两部分组成，其中氧燃枪枪体至少由四层钢管镶嵌而成，分别包括氧气管、煤气管、进水管和回水管，其氧燃枪的枪头和氧燃枪枪体相配套，依不同的燃料介质而设计成不同的尺寸和结构；以天然气或煤气为燃烧介质时，氧燃枪枪体由四层钢管镶嵌而成，从里向外分别为氧气管、煤气管、进水管和回水管，其氧燃枪枪头的中心管是氧气喷管，喷吹氧气，氧气喷管的周围环缝是煤气喷管，喷吹煤气；冷却水由进水管道进入到进水管中，冷却氧燃枪后，由回水管经回水管道流出。

5.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备中的每支氧燃枪的每个氧气喷管设计成拉瓦尔式喷管结构，分成收缩段、喉口段和扩张段。

6.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备中的氧燃枪的枪头设有1-8个喷孔，当氧燃枪的枪头有多个喷孔时，其中的1/2个喷孔角度为2°～12°，1/2个喷孔角度为14°～40°，两种喷孔沿枪头圆周方向对称交错布置。

7.根据权利要求1所说的一种利用氧燃枪进行电弧炉炼钢的设备，其特征是设备利用现有电弧炉炉盖所开的电极孔，采用三支氧燃枪一起插入电弧炉炉内进行操作。

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