70T电炉转炉化攻关结题报告.docx
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70T电炉转炉化攻关结题报告
一.项目背景与要求
1背景
现阶段八钢70t直流电弧炉受废钢、电等原材料价格上涨的因素，在成本上无优势可言，所生产的产品的成本无法与转炉流程相比，同时受到废钢条件的制约，在废钢短缺时只能停炉待料，现阶段只有采取加大八钢自产铁水的装入量，以降低生产成本，但由于受现在BSE炉门碳氧枪的供氧强度的限制，在不影响冶炼节奏的情况下铁水兑加量一般控制在30%左右，降成本效果不明显，只有通过改造现有的氧枪系统，使之在现有的冶炼节奏下满足兑加70%以上的铁水量，实现零电耗就是所谓电炉转炉化的生产模式，将电炉钢的成本降低或接近转炉流程的生产成本。
提高电炉钢的市场竞争力，拓展八钢70t电炉的生存空间。
通过对国内电炉钢厂的调查，沙钢电弧炉达到了电炉转炉化的生产模式，该厂在2005年由于废钢资源紧张价格高，通过将原有的氧枪系统改造为ACI的多功能／炉壁集束氧枪系统，通过兑加70%的铁水量实现了零电耗的电炉转炉化生产模式，对八钢70t电炉的发展具有借鉴意义。
2现阶段八钢70t直流电弧炉设备与工艺情况
项目
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
参数
炉型
DC、EBT
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
公称容量/t
70
最大出钢量/t
90
留钢量/t
10-15
电炉水冷壁内径/mm
φ5800
变压器额定容量/MVA
60
二次电压（最大）/V
575
二次电流（最大）/A
2×42.64×103
电极直径/mm
φ711（28"）
电极行程/mm
5200
炉体倾动角度
-10～+15°
底电极型式
水冷钢棒式
底电极数量/根
4
底电极直径/mm
Φ168
炉门碳氧枪形式
BSE自耗式碳氧枪
氧枪数量/支
2
氧枪直径/mm
Φ42.3±0.1
设计氧气流量（最大）/Nm3/h
2×2600
碳枪数量/支
1
碳枪直径/mm
Φ42.3±0.1
设计供碳速度/Kg/min
0～50
熔炼周期/min
50
日平均炉数/炉
27
炉料组成
废钢75%，铁水25%
电耗/kwh·t-1
320
电极消耗/kg·t-1
1
氧耗/m3·t-1
36
产量（最大）/万吨·a-1
74.5
投产年份
1999
八钢70t电炉的BSE炉门碳氧枪供氧强度与脱碳速度不足，在现有的冶炼周期内只能满足配碳量小于1.8%的原料条件，对于铁水量大于70%的原料条件，冶炼周期会大幅度的升高，而且在冶炼过程中由于BSE炉门氧枪的搅拌能力弱极易发生大沸腾的事故。
3ACI燃烧和超音速氧气喷吹系统的优点：
∙能帮助多利用化学能,降低操作成本
∙能够满足兑加铁水量达到80%的冶炼要求
∙缩短了通电时间，如果铁水兑加量达到80%可以实现电炉转炉化的操作模式，实现零电耗
∙多点喷碳/吹氧,提高了吹氧氧气流量，又没有负作用,减少喷溅
∙金属收得率能提高92.7%
∙不需要使用炉门氧枪
∙自动化操作，能在整个操作阶段实现自动化，提高钢水的终点控制水平
∙提高脱磷能力
∙烧嘴能灵活使用
∙系统安全可靠，维护费用低
4.使用炉壁氧枪后的预期效果
铁水比%
铁水比20%
铁水比80%
2支BSE氧枪
4支集束氧枪
改进值
4支集束氧枪
改进值
节约（元/吨）
氧耗Nm3/t
36
48
﹢12
58
﹢22
+13.42
电耗,kwh/t
300
250
﹣50
0
﹣300
-126.9
通电时间,min
33
28
-5
0
-33
电极消耗kg/t
1.1
0.8
-0.3
0
-1.1
-39.36
出钢-出钢时间min
48
43
-5
42
-6
焦炉气用量Nm3/mt
0
10
+10
3～4
+3～4
+0.9～1.2
金属收得率%
92.5
92.7
+0.2
92.7
+0.2
-22
合计
-173.64
鉴于以上原因，八钢第二炼钢厂于2007年8月3日至2007年8月20日进行了70t电炉转炉化改造工程，同时配合进行除尘改造，以满足炉壁氧枪在高热装铁水比时产生大量烟气时的除尘需要。
二．炉壁氧枪介绍
1.集束射流的基本原理
多功能集束射流枪由ACI公司开发，是集氧枪、碳粉枪、预热烧嘴于一体的组合装置，能以简便、有效的方式向电炉提供化学能，以达到降低生产成本、提高生产率的目的。
集束射流的原理是在主氧气射流周围设置环状高温保护气流，保护气流由燃气（煤气、天然气或液化气）和氧气燃烧形成，使得超音速的主氧气射流的衰减速度大大放慢，集束射流的超音速射流段是传统射流的3-5倍，形成类似于激光束的氧气射流。
此种射流能量集中，具有极强的穿透能力，对促进钢渣反应、均匀钢水的成分和温度、提高氧气利用率、提高金属收得率等都有十分明显的效果。
2.多功能氧枪的功能
（1）烧嘴功能：
调节射流枪的氧气和焦炉煤气流量，利用焦炉煤气燃烧产生的热量，对废钢进行预热和助熔，并对熔池中钢水进行预脱碳，有显著的节能效果，并缩短冶炼时间。
（2）氧枪脱碳功能：
将氧气以集束射流形式吹入钢水中，集束射流对熔池的穿透、搅拌能力强，使钢水快速脱碳。
（3）喷吹碳粉造泡沫渣功能：
多功能集束射流枪包括一个专用的碳粉喷枪，喷吹碳粉流量可调。
当钢水熔池形成后，向钢-渣界面喷吹碳粉，形成良好的泡沫渣。
3.多功能氧枪的主要结构及规格
在八钢70吨直流电弧炉上，分别装有1#、2#、3#、4#共4组多功能集束射流枪，每组多功能集束射流枪包括1支主氧枪、1支碳粉枪。
主氧枪采用楔钉固定在水冷块的安装孔内。
主氧枪可用作脱碳氧枪，也可用作烧咀模式预热废钢。
主氧枪为三层套管结构，中心管通主氧气，中间管通焦炉煤气，外层管通辅助氧气（环氧），辅助氧气和焦炉煤气燃烧在主氧气射流周围形成环状高温保护气流，使得主氧气射流形成类似于激光束的氧气射流，枪头距熔池表面800mm。
主氧枪的主要规格和技术参数如下：
项目
参数
主氧气最大流量，NM3/Hr
3000
辅助氧气最大流量，NM3/Hr
400
氧气压力，Mpa
1.6
氧气纯度，%
≥99.6
主氧气管接口直径，英寸
2
辅助氧气管接口直径，英寸
1
焦炉煤气最大流量，NM3/Hr
500NM3/Hr
焦炉煤气压力，Mpa
0.5
主氧枪材质
碳钢、铜焊接
主氧枪重量，kg
（含水冷套）
主氧枪的正常寿命，月
18
4.炉壁氧枪各个设定点氧气与煤气流量表：
气体
Hold
Hot
Low
High
焦炉煤气
180
460
100
100
环氧
90
230
100
100
主氧
125
230
1000
2500
三.使用ACI氧枪前的准备工作
在电炉转炉化改造期间，作业区组织电炉人员，由ACI方面专家进行了专门培训，电炉主任工翻译了ACI方面的专业资料《维护手册中文版》、《操作手册中文版》对电炉人员进行培训，最后将各种资料整合为《炉壁氧枪培训内容》打印下发，并进行了考试，考试及格后才允许操作炉壁氧枪。
四．改造后的冶炼分析
1.对工艺的影响
2007年8月20日改造完毕后，炉壁氧枪第一次投入使用，在初期限制了炉壁氧枪的高氧模式，只用烧嘴模式（hot）和低氧模式（low），炉壁氧枪总氧气流量为4400Nm3/h，至2007年8月27日回火为止冶炼103炉，2007年10月5日换炉后炉壁氧枪再次投入使用至2007年10月9日4＃氧枪回火为止冶炼101炉，在此期间炉壁氧枪总流量最大为8000Nm3/h，以下就完整使用1、2、3、4＃炉壁氧枪的数据与同期不使用炉壁氧枪的冶炼记录数据作分析对比：
1.1冶炼周期
时间
炉壁
氧枪
炉
数
冶炼周期min
通电时间min
非通电时间min
热装比%
7.27日
－
8.27
使用
96
54.5
35.5
19
18.1
不使用
176
55.83
37.20
18.63
19.8
对比值
-80
－1.33
-1.7
0.37
-1.7
10.1日
－
10.9日
使用
101
52.38
37.57
14.81
9.1
不使用
103
56.52
44.65
11.87
2.2
对比值
-2
-4.14
-7.08
2.94
6.9
由上表可以看出，在使用炉壁氧枪后冶炼周期的缩短幅度不是很大，主要原因为氧气流量没有放到最大及同期铁水热装比偏低。
1.2终点磷、终点碳、喷吹碳粉
时间
炉壁氧枪
炉数
终点磷
终点碳
喷吹碳粉
7.27日
－
8.27日
使用
96
0.065%
0.085%
11.85Kg/t
不使用
176
0.010%
0.165%
6.66Kg/t
对比值
-80
-0.055%
-0.08%
5.19Kg/t
10.1日
－
10.9日
使用
101
0.010%
0.094%
不使用
103
0.008%
0.072%
对比值
-2
0.002%
0.022%
由上表可以看出，在使用炉壁氧枪后对于电炉脱磷比较有利，特别是冶炼前期的化渣和冶炼优钢时补加石灰后的化渣具有较大的优势，供氧强度增大、供氧点增多后,脱[c]速度加快,熔清后的成渣速度比过去提前2min-4min,而且多点供氧后易沿钢渣界面破碎熔池钢液,加快了熔化初期低温熔池中的脱除[p]、[Si]、[Mn]、[c]的反应，有利于提高熔池的温度，加大炉渣的乳化效果，对扩大钢渣反应界面十分有利。
所以，使用炉壁氧枪后可以起到很好的脱磷效果。
对于终点碳的控制，由于炉壁氧枪的多模式转换，基本上和不使用炉壁氧枪相当。
喷吹碳粉在使用炉壁氧枪后用量较不使用炉壁氧枪增加约一倍，主要在与多点喷碳及喷吹碳粉流量无法调节造成。
1.3渣样分析
SiO2
Al2O3
CaO
Tfe
S
P2O5
碱度
12.39
3.74
33.26
27.43
0.14
0.79
2.6
15.55
3.74
38.73
18.5
0.11
0.79
2.8
12.23
2.74
45.53
21.34
0.15
0.76
3.9
13.79
3.15
37.71
25.77
0.12
0.77
2.7
14.93
3.16
41.43
19.93
0.11
0.89
2.5
脱碳产物CO形成一个个气泡,由2CaOSiO2等悬浮物质点分割开,随着气体的不断逸出,压力的增大,溶解的渣液体积随着气体的膨胀变大到几十,甚至上百倍,这是泡沫渣的形成原理。
经典的研究认为,二元碱度在1.8-2.5之间,渣中氧化铁在<20%时,泡沫渣的发泡性能达到最好。
发泡的高度随气体的增多而增高.泡沫渣的悬浮物质点，比如2CaOSiO2MgO颗粒，MgOSiO2等稳定的化合物，是保持泡沫渣稳定性的关键，气体是保持发泡的必要条件。
由渣样分析可以看出，炉渣平均TFe含量为25.6％，碱度2.0，由于喷碳系统不能正常投入使用，造成渣中TFe含量较高，碱度比较合适。
1.4电耗.、氧耗、渣料消耗
时间
炉壁
氧枪
炉
数
电耗kwh/t
氧耗Nm3/t
石灰消耗kg/t
7.27日
－
8.27日
使用
96
311.43
41.22
42.92
不使用
176
329.12
33.33
48.07
对比值
-80
-17.69
7.89
-5.15
10.1日
－
10.9日
使用
101
303.12
53.94
46.03
不使用
103
370.39
39.45
42.23
对比值
-2
-67.27
14.49
3.8
由上表可以看出，在使用炉壁氧枪后电耗的降低和氧耗的升高是非常明显的，如果氧气总流量较低（4400Nm3/h），即便铁水热装比高达18.1％，但电耗只降低了5.37％，氧耗升高了23.7％，不能充分发挥出炉壁氧枪超音速射流的作用，在使用了超音速模式后（氧气总流量8000Nm3/h）即使铁水热装比仅为9.10％，但电耗却降低了18.16％，氧耗升高了36.73％。
对于渣料消耗，由于冶炼钢种及炉壁挂渣的需要，在调整范围内，没有明显超出，属正常消耗。
2.兑家30%铁水的冶炼分析
下表是使用炉壁氧枪对铁水热装比大于30%的数据与铁水热装比9.1%的数据分析对比：
热装比%
炉
数
冶炼周期min
通电时间min
非通电时间min
电耗kwh/t
氧耗Nm3/t
9.1
76
49.9
32.9
17
256.6
41.75
35.6
101
52.4
37.6
14.8
303
53.9
-26.5
-25
-2.5
-4.7
2.2
-46.7
-12.15
由上表可以看出，铁水热装比提高后，冶炼周期有大幅度降低，由于氧气总流量高达8000Nm3/h，以往铁水热装比过高后碳高的现象基本杜绝，实现了脱[C]速度与泡沫渣埋弧送电升温相统一。
P输入电功率=Q2-Q1（v+h）
Q1（v+h）—一定脱碳速度下放热函数与泡沫渣埋弧转化电能的函数
Q2—为热平衡常数
由高配碳量带来的C与O反应，释放大量的化学能，有效的减少了输入电功率，降低电耗，缩短通电时间，缩短冶炼周期；供氧时间随冶炼周期的缩短而减少，相应氧耗也大大降低。
从成本角度考虑，由对比值比较来看，电耗吨钢节约18.68元，氧耗吨钢节约7.29元，效益比较明显，如果铁水热装比提高，则以氧代电的初步目标可以完成。
3.对炉前操作工的影响
由于炉壁氧枪的使用，在冶炼时炉门氧枪的作用仅仅局限于化炉门口废钢及打开炉门，吹氧管的消耗很低，极大的减轻了炉前操作工的劳动强度。
4.几种用氧模式下的数据对比
理论值
实际数值
实际数值
铁水比%
铁水比20%
铁水比9.1%
铁水比9.1%
铁水比35.6%
2支BSE氧枪
4支集束氧枪
改进值
2支BSE氧枪
4支集束氧枪
改进值
4支集束氧枪
4支集束氧枪
改进值
氧耗Nm3/t
36
48
﹢12
39
53.9
14
53.9
41.8
-12.1
电耗kwh/t
300
250
﹣50
370
303
-67
303
256.6
-46.4
通电时间min
33
28
-5
45
37.6
-7
37.6
32.9
-4.7
电极消耗kg/t
1.1
0.8
-0.3
1.2
1.2
0
1.2
1.2
0
冶炼周期min
48
43
-5
57
52.4
-4
52.4
49.9
-2.5
通过以上几方面的分析，如果不考虑其他因素，单从工艺角度来讲，可以认为炉壁氧枪在70t电炉的初步应用是成功的，从缩短冶炼周期到以氧代电，从早期脱磷到终点碳的控制，以及渣料消耗等等方面都取得了良好的效果。
同时大大降低了劳动强度，解放了劳动力。
五.实际冶炼中存在的问题
在实际的冶炼操作中，炉壁氧枪存在问题较多，主要在炉衬、工艺、设备三方面。
1.对炉衬寿命影响
1.1炉衬寿命
使用炉壁氧枪后带来的最不利的方面是炉龄直线下降，在使用的两个炉役中，第一套炉役寿命只有328炉，第二套炉役寿命也只有416炉，从拆炉残砖数据来看，第一套炉役残砖最薄处只有30mm，位置在1＃、2＃炉壁氧枪之间。
主要原因为铁水热装比偏低，废钢入炉比较大导致，当熔池[C]<0.1%后，熔池中的[Fe]被大量氧化进入渣中，此时渣中（FeO）超过20%，泡沫渣质量下降，对炉衬危害较大。
1.2底电极安全
由于炉龄不高，对底电极的影响表现的不是特别明显，并没有吹到炉底，但是从底电极温度监控来看，2＃、4＃底电极温度明显高于1、3＃，而在没有上炉壁氧枪时底电极温度是1、3＃高于2、4＃，很显然是炉壁2＃氧枪的影响，如果炉龄提高后，底电极的安全使用又将是工作的重点。
2.工艺方面
2.1沸腾
在冶炼过程中发生一起大沸腾事故，主要原因为炉壁氧枪在low模式下穿透力不够，炉渣过氧化，炉内FeO富集而喷碳流量过小不能及时还原富集的FeO，在摇炉倒渣时渣中FeO与钢水中的碳发生剧烈反映造成的沸腾。
2.2烧枪
1、2、4＃炉壁氧枪同时回火烧，在加料过程中有频繁的模式转换，对炉壁氧枪的操作又作了进一步的规范，明确要求模式间的转换间隔不得低于30秒，历史曲线上不允许出现忽高忽低的走势。
2.3.煤气易堵
由于氧枪的位置较低，在炉内废钢全熔形成泡沫渣后氧枪铜套基本上被泡沫渣包裹，使得煤气孔极易被钢渣堵塞，在使用100炉左右时1、2、4#氧枪开始有不同程度堵赛，在开启度达到100%时依然达不到设定的流量，只有3#氧枪位置较高，煤气堵塞缓慢。
2.4炉门翻钢水
在实际冶炼中发现如果铁水热装比高于40％，在氧化前期炉门翻钢水比较多，由于剧烈的碳氧反应使渣中FeO含量过高，以及氧气射流带来的强烈搅拌，带来的后果是钢—渣—气相互乳化反应剧烈，炉门口溢钢，造成部分钢渣从炉门流出后下到渣坑，增加了钢铁料消耗，如果铁水热装比达到70％以上，这种现象还会加剧。
3.设备方面
3.1碳粉管易堵
ACI氧枪提供的炉壁喷碳系统在冶炼中根本不能保证正常使用，在新投入的氧枪系统使用15炉左右碳枪全部堵塞，而且疏通困难，堵赛后炉壁喷碳系统处于停用状态，只有炉门喷碳系统在使用，在铁水热装比较低时可以满足冶炼需要，如果将铁水热装比提高到70%以上，目前喷碳系统喷碳量是远远不够的。
3.2.自动操作不够完善
炉壁氧枪的自动操作不够完善，特别是加料过程中必须人为干涉，存在一定风险，而且在冶炼中模式转换的电耗设计不够合理，无法应用到实际生产中，由于个体操作的差异性，造成氧枪使用过程中存在一定的不合理性，对氧枪本体及炉衬侵蚀带来的不确定性增加，产生了诸如烧枪、煤气堵塞等后果，如果能够实现自动控制，无需人工干涉则冶炼中的好多小问题迎刃而解。
3.3.水冷铜套问题
氧枪铜套在冶炼中消耗过快，第一套炉役下来后的三个铜套有两个漏水，铜套表面有多处凹坑，除了钢渣冲刷外，加料时废钢砸在铜套表面上也是主要原因，实际使用后的结果是消耗过快，没有备用铜套。
水冷铜套冷却水从上炉壳接入，为合理控制炉壁结渣，需将上炉壳水流量实时调整，在流量较低时水冷铜套冷却效果较差，铜套报警频繁；水冷铜套固定安装在上炉壳上，并由镁碳砖砌筑包围在上炉壳内，一旦水冷铜套漏水，将无法更换，只有换炉或将铜套冷却水关闭。
六.结论
1.在不考虑炉壁寿命及铜套、氧枪时，可以认为炉壁氧枪的初步使用取得了一定的成功，冶炼周期由57min/炉下降到52.4min/炉，基本达到了预期效果，氧耗升高值与电耗降低值也达到了目标值，成本方面也有大幅度降低，以氧代电目的实现。
并且从早期脱磷到终点碳的控制及渣料消耗等等方面都取得了良好的效果；降低了劳动强度，解放了劳动力。
2.在实际生产中缺乏实用价值，较低的炉龄，铜套、氧枪的高消耗使得成本居高不下，没有达到预期目的，在试验阶段尚可，如果要真正转化为生产力，这需要对炉壁氧枪系统做全方位的改动来适应八钢70t电炉的生产。
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