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氧槍的結(jié)構(gòu)及性能在很大程度上決定著氧氣煉鋼的效果。特別是對于頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程,氧槍起著主導(dǎo)全局的作用。三門峽轉(zhuǎn)爐爐體上段它支配著氧氣射流與熔池的接觸面積、氧氣射流的穿透深度、熔池的攪拌狀態(tài)、元素的氧化程度、熔池的升溫速度、渣中氧化鐵含量等重要工藝因素,因而對化渣、噴濺、雜質(zhì)的去除、轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制以及各項煉鋼技術(shù)經(jīng)濟指標都起著重要作用。氧槍由噴頭、槍身和槍尾三部分構(gòu)成。噴頭由工業(yè)純銅制造,是氧槍的最重要的部分。是幾種噴頭的結(jié)構(gòu),a、b、c為氧氣轉(zhuǎn)爐用噴頭,高壓氧(0.6~1.0MPa)由內(nèi)管供入,在噴頭處分流進入若干個先收縮后擴張的拉瓦爾型噴嘴,一般中小轉(zhuǎn)爐采用3個噴嘴,稱為三孔噴頭,大爐子(100t以上)用4~6個噴嘴。為了使煉鋼產(chǎn)生的CO氣在爐內(nèi)燃燒成CO2(二次燃燒)的比例增大,需應(yīng)用雙流噴頭或分流噴頭。雙流噴頭有利于主氧流和副氧流比值的調(diào)節(jié),但要在槍身處增加一層副氧流道。平爐和電弧爐所用噴頭,氧氣沿內(nèi)管和中管間的空隙流入,噴嘴為直圓筒形,但孔數(shù)較多,而且和中心線的夾角也大得多。槍身為3根(雙流氧槍為4根)同心的無縫鋼管,下端連接噴頭,上端和槍尾相連。槍尾包括供氧、進水和排水支管及連接法蘭和密封膠圈,通過槍尾和車間的氧氣管網(wǎng)和高壓水管網(wǎng)相連接。
轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝各項指標取決于鐵水的化學(xué)成分,而對鐵水的主要要求是含硫量低(低于0.03%),相應(yīng)要求較高含硅(0.7%-0.9%)及具有優(yōu)化造渣所需的錳量(0.8%-1.0%)。煉鐵煉鋼各階段脫硫過程理化規(guī)律及動力特性分析表明,在動力方面,在鐵水中比在鋼水中更容易保證脫硫反應(yīng),因為在含碳量較高及氧化度較低條件下硫具有更高的活性。然而在高爐煉鐵當中很難脫硫,因為在高爐一系列復(fù)雜的氧化—還原反應(yīng)中,深脫硫的各種熱動力條件的能量不可避免地會增高硅含量并因此導(dǎo)致石灰及焦炭消耗的增加及產(chǎn)量的下降。因此,生產(chǎn)低硫鐵需周密策劃工藝,采用含硫最少的爐料及制備高堿度混成渣。在轉(zhuǎn)爐吹煉中脫硫也無效果,因為鋼渣系中達不到平衡狀態(tài),渣與鋼間的硫分配系數(shù)因熔池氧化度高及碳含量低,僅為2-7。如此低的硫分配系數(shù)使得難以在轉(zhuǎn)爐冶煉中實現(xiàn)深脫硫,并導(dǎo)致煉鋼生產(chǎn)在技術(shù)及經(jīng)濟上的巨大消耗。無論是在高爐煉鐵,還是在轉(zhuǎn)爐煉鋼當中都保證不了金屬有效脫硫所需的熱動力條件,因此進行高爐煉鐵及轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的深脫硫研究,在技術(shù)及經(jīng)濟上都是不可取的。而合理的作法是將脫硫過程從高爐及轉(zhuǎn)爐中分離出來。這就可簡化燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程降低生產(chǎn)成本。將脫硫從高爐及轉(zhuǎn)爐中分離出來,使高爐爐外脫硫成為設(shè)計大型聯(lián)合鋼廠和重要工藝環(huán)節(jié),在冶煉低硅鐵的同時不必再為保證轉(zhuǎn)爐中的精煉進行代價很高的高爐爐外脫硅。鐵水原始硅含量低還可降低錳含量。在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中錳的作用非常重要,它決定著及早造渣所需的條件并對出鋼前終點鋼水氧化度起調(diào)節(jié)作用,長期實踐證明,需設(shè)法使鐵水中錳保持0.8%-1.0%的水平,因而在燒結(jié)混合料中必需補充錳,而這就提高了成本。燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐各流程錳平衡分析表明,上述錳在高爐里還原、然后在轉(zhuǎn)爐里氧化導(dǎo)致錳原料及錳本身不可彌補的巨大損失,而且還給各生產(chǎn)流程操作增加很多麻煩。在碳含量很低(0.05%-0.07%)條件下停止吹煉時,氧化度的影響如此之大,以致會把錳的最終含量定在極窄范圍內(nèi),實際上已很少再與鐵水原始錳含量相關(guān)。在這種條件下,盡管鐵水原始錳含量達0.5%-1.2%,但鋼的最終錳含量實際上都一樣(0.07%-0.11%)。因此在當代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝條件下(各爐次都有過吹操作),沒必要在燒結(jié)混合料中使用含錳原料來提高鐵水原始錳含量,更合理的作法是冶煉低錳鐵。同時為節(jié)約低錳鐵在轉(zhuǎn)爐煉鋼中脫氧的用量,研究直接采用錳礦石的效果具有重要意義。對眾多爐次進行工業(yè)平衡計算所得工藝指標的對比表明,冶煉鐵水不添加錳礦石,而在轉(zhuǎn)爐煉鋼中添加錳礦石,與用含錳1.13%的鐵水煉鋼,這兩種煉鋼法相比,前者每噸生鐵可節(jié)省錳礦石15.3kg.此外,還可減少錳鐵1.3kg/t鋼、石灰5kg/t,氧氣2.17m3/t的耗量,并可大大縮短吹煉時間。鐵水中硅、錳含量低及無需脫硫,這些條件會改變造渣機理及動力特性,因為這時石灰消耗下降,渣量減少,渣堿度及氧化度增高。在這樣的條件下,渣的精煉功能只限于鐵水脫磷。這樣就能在轉(zhuǎn)爐冶煉本身中多次利用渣,使渣具有很高的精煉能力。根據(jù)這一原則開發(fā)出轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝,即在轉(zhuǎn)爐煉鋼本身中多次(3-5次)利用后期渣(循環(huán)造渣)。采用這樣的工藝可降低石灰消耗及渣中鐵損。及早造就高堿度氧化渣,及使硅、錳含量低可提供鋼水深脫磷所需的強勁動力。
鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)有三個流程,即高爐轉(zhuǎn)爐流程、電爐流程、特種熔煉。高爐、轉(zhuǎn)爐流程稱為長流程,生產(chǎn)的鋼稱為轉(zhuǎn)爐鋼,它是以鐵礦(590, -14.50, -2.40%)石和焦炭(1872, -37.50, -1.96%)為主要原料冶煉成鐵水,再由轉(zhuǎn)爐冶煉成鋼;電爐流程稱為短流程,生產(chǎn)的鋼稱為電爐鋼,它以廢鋼為主要原料冶煉成鋼。1工藝技術(shù)的比較分析轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程是鋼鐵冶金行業(yè)兩個主要流程,其在煉鋼方面的主要差別在于:1) 所用主要鋼鐵料不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要以鐵水為主要原料,還有一般15%左右的廢鋼,近一年多時間,由于廢鋼價格低,噸鋼利潤較高為轉(zhuǎn)爐煉鋼用高比例的廢鋼消耗提供了條件,廢鋼消耗比例大幅提高,有的甚至高達40%,但存在轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量不足的問題,解決轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量問題是提高廢鋼比的關(guān)鍵;電爐煉鋼主要以廢鋼為主要原料,還有鐵水(生鐵)、直接還原鐵,脫碳粒鐵、碳化鐵及復(fù)合金屬料等廢鋼替代品。2) 主要能源不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是鐵水的物理熱和化學(xué)熱;電弧爐煉主要是電弧的物理熱,廢鋼預(yù)熱的物理熱、加鐵水帶來的部分物理熱和化學(xué)熱。3) 主要操作目標不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼是在給定的時間內(nèi)完成脫碳、脫磷及溫度控制的冶金操作,實現(xiàn)成份(碳、磷)及溫度的命中;電爐煉鋼是在全廢鋼的條件下,在給定的時間內(nèi)完成廢鋼的升溫、熔化和過熱等,加鐵水等廢鋼替代品的情況下,也有部分脫碳的要求。另外電弧爐煉鋼可分別控制成分和溫度。4) 工藝技術(shù)進步的方向不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是通過包括提高供氧強度的高效吹煉技術(shù)、碳及溫度中率的全自動化吹煉技術(shù)、不倒爐出鋼的快速出鋼技術(shù)、采用爐外處理和鐵水預(yù)處理減輕轉(zhuǎn)爐冶金負荷等措施,實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高效化;通過接近平衡的冶煉工藝、高效脫磷工藝、出鋼擋渣技術(shù),實現(xiàn)產(chǎn)品的潔凈化,通過少渣冶煉與爐渣返回、使用合金元素熔融還原(Cr、Mn)礦、干法除塵用水減量化,煤氣余熱回收等技術(shù),實現(xiàn)低成本及負能煉鋼。電爐煉鋼主要是通過強化供能(包括強化供電和輔助能源),采用“環(huán)境友好型” 廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱廢鋼和加鐵水工藝,增加物理熱和化學(xué)熱;采用不開爐蓋及出鋼時仍能通電的連續(xù)冶煉技術(shù),有效地減少非通電時間;50%左右或更高的大留鋼量平熔池冶煉技術(shù),減少冶煉過程電弧輻射對耐火材料的損害;降低電極消耗。以上技術(shù)的應(yīng)用,縮短冶煉周期,實現(xiàn)高效化生產(chǎn),降低噸鋼能耗。5) 冶金質(zhì)量方面的差異。鋼中的殘余元素(Cu、Ni、Mo、As、Sb、Bi、Sn)不同,電弧爐煉鋼由于廢鋼多次循環(huán)使用,造成鋼中殘余元素含量高;鋼中氮含量不同,電弧爐煉鋼由于電弧區(qū)空氣電離增氮及原料中氮含量高,造成鋼中氮含量高。
3、氧氣爆炸氧槍系統(tǒng)是由氧槍、氧氣管網(wǎng)、水冷管網(wǎng)、高壓水泵房、一次儀表室、卷揚及測控儀表等組成,如使用、維護不當,會發(fā)生燃爆事故。氧氣管網(wǎng)如有銹渣、脫脂不凈,容易發(fā)生氧氣爆炸事故氧槍中氧氣的壓力過低,可造成氧槍噴孔堵塞,引起高溫熔池產(chǎn)生的燃氣倒灌回火而發(fā)生燃爆事故。4、煤氣中毒(1)轉(zhuǎn)爐煤氣極具毒性,若回收系統(tǒng)不嚴密發(fā)生泄露、檢修作業(yè)未可靠隔斷煤氣均可能發(fā)生煤氣中毒事故。(2)煉鋼場大量使用烘烤器、烘烤鋼包、中間包,若烘烤器熄火,煤氣泄露,或管道破損泄露煤氣,也可能發(fā)生煤氣中毒事故。