收稿日期:2003-01-17
李淑芬(1969～ ),工程师;114044 辽宁省鞍山市。
钢包烘烤装置的发展
李淑芬
(鞍山热能研究院)
摘 要 概述了钢包烘烤的意义,钢包烘烤装置的进展。
关键词 钢包烘烤装置 简易高速烧嘴 自身预热式烧嘴 蓄热式烧嘴
DEVE LOPMENT OF LADL E HEATING UNITS
Li Shufen
(Anshan Research Institute of Thermo 2Energy )
Abstract The paper overviews the significance of ladle heating and development of ladle heating units.K eyw ords ladle heating units simply high 2speed burner self 2preheating burner stored 2heat burner
1 前言
随着对钢铁产品质量和成本的重视,对钢包、中间包、铁水包烘烤温度和能耗提出了更高要求。
一方面要求把钢包烘烤到较高温度且均匀,另一方面要求能耗低、环境污染少,甚至要求使用低热值燃料。
2 钢包烘烤的意义
钢包烘烤是炼钢生产工序中的主要环节之一。
烘烤装置的性能对转炉出钢温度、炼钢作业率、炉龄等都有很大影响。
钢包烘烤介于炼钢和铸钢两个工序之间,钢包烘烤温度的高低对协调整个生产有重要作用,对连铸生产的意义更加重大。
钢包是盛钢水的容器,又是精炼设备的组成部分。
钢水在装入钢包后到浇注期间要损失大量的热量,因为钢水从出完钢到浇注前都要在钢包中镇静5～10min 才进行浇注,这期间钢水平均温降速度:大于250t 的钢包为015～115℃/min ,100～200t 的为1～2℃/min ,30t
钢包为2～215℃/min 。
热能损失大致分为三部分:第一部分为钢水上表面的辐射热损失,第二部分为钢包外壳表面的综合散热损失,第三部分为钢包内衬的蓄热损失。
其中以钢包内衬的蓄热损失为主。
钢水在钢包中的热损失比例大致是包衬蓄热45%～50%,包壁散热20%,钢水上表面辐射20%～30%。
如果减
少钢包的热损失,钢水在钢包中的温降可以大大减少。
对于90t 的钢包,包衬温度由400℃提高到1200℃,钢水总温降可以减少25℃。
钢包蓄热损失约占钢水总热损失的一半左右,如果不采用钢包烘烤方法补偿钢水的热能损失、保证钢水的浇注温度,势必要提高钢水的出钢温度,但这会带来一系列的问题。
首先,提高出钢温度就要增加冶炼时间,增加原材料
(耐火材料)和动力能源消耗,提高吨钢成本;其次,使炉衬侵蚀速度加快,缩短熔炼炉的检修周期,降低炉龄,进而造成连铸生产的波动和铸坯的质量缺陷。
因此,钢包的烘烤对降低出钢温度,提高转炉的寿命,增加钢产量,降低原材料消耗,降低吨钢成本,保证连铸的顺
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行都具有重要的意义。
3 钢包烘烤技术的发展与动态
国内的钢包烘烤经历了从仅用一支煤气管至使用普通烧嘴、高速烧嘴、热风烧嘴、自身预热式烧嘴、蓄热式烧嘴的一系列发展过程。
50～60年代国内兴建的炼钢厂中,大多数都没有钢包烘烤设备或仅用一支煤气管插入钢包内进行烘烤。
由于钢包烘烤的温度低,要求出钢温度高,炉子的炉龄低,冶炼时间长,限制了钢的产量,并使成本增加。
“七五”期间,冶金部提出推广钢包烘烤的新装置、新技术,使我国钢包烘烤水平提高许多,多数企业已经改变了过去只用燃气不配风的烘烤工艺,相应出现燃气、燃油的钢包烘烤装置。
其烧嘴型式有引射式烧嘴及套管式烧嘴,并在钢包上加上钢包盖,以减少热量损失。
由于烧嘴的火焰动能较小,钢包的温度分布不均匀,烘烤时间长,燃料消耗较大。
高速烧嘴是近代热工技术取得突破性进展的新技术之一。
其特点是燃烧气体出口速度可达100～300m/s。
在加热物件时,不论在加热速度方面,还是在加热均匀性方面,其加热效果都大大超过普通烧嘴。
由于高速烧嘴出口速度高,烧嘴的耐火材料消耗大,使用寿命低,一般炼钢厂钢包烘烤设备的现场环境比较恶劣,不适合安装精密的控制设备。
因此,鞍山热能研究院设备研制厂研制开发出用于钢包烘烤的简易高速烧嘴,基本上保持了高速烧嘴的气流速度大,加热升温快,钢包温度分布均匀的特点。
随后又开发出富氧烧嘴、油气两用烧嘴,以满足只有高炉煤气或转炉煤气,煤气热值低或煤气量不足的炼钢厂的需要。
为进一步降低能耗,用烟气对空气或煤气进行预热的钢包烘烤装置应运而生,其结构型式有两种:一种是烧嘴与换热器分离式,另一种是自身预热式烧嘴。
由于对空气或煤气进行预热,提高了火焰的理论燃烧温度,可降低燃料的消耗,并保持了高速烧嘴的火焰动能大,加热均匀的特点。
现在,蓄热式钢包烘烤器正越来越多地被采用。
为充分发挥钢包烘烤烧嘴的作用,对钢包盖的设计选材也不容忽视,鞍山热能研究院设备研制厂设计的钢水包盖,内部采用陶瓷纤维毡,外面采用多晶莫来石作绝热层,降低了钢包盖的蓄热量,减少了热量的损失,同时减轻了钢包盖的重量,延长了钢包盖的使用寿命。
4 几种钢包烘烤烧嘴的特点
411 简易高速烧嘴
简易高速烧嘴的燃烧气体出口速度达100m/s。
钢包烘烤采用简易高速烧嘴,可强化对流传热,促使钢包内气流循环,使钢包的温度均匀。
为防止脱火,该烧嘴本身设有火焰稳定装置。
简易高速烧嘴可根据现场情况使用高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气、混合煤气、焦炉煤气或天然气,助燃空气可由风机或压缩空气降压提供。
对于低热值的高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气可以采用富氧燃烧,以提高钢包的烘烤温度。
简易高速烧嘴也可以使用液体燃料,如重柴油等。
412 油气两用烧嘴
油气两用烧嘴适合于煤气不足或煤气热值低的炼钢厂,油气两用烧嘴可使用高炉煤气、发生炉煤气或转炉煤气,燃油一般使用重柴油,用压缩空气或助燃空气雾化。
413 自身预热式烧嘴
自身预热式烧嘴把烧嘴和预热器联合成一个整体,像普通烧嘴一样便于安装,结构紧凑,对立式、卧式钢包烘烤装置都适用。
其特点为:
(1)烘烤速度快、温度高,一般来说钢包从600℃加热到1100℃只需12～15min;
(2)烧嘴动能大、火焰长,火焰长度可达3m以上,火焰可达到包底再返回,使钢包的上下温差缩小;
(3)操作简单、易调节,其独特的控制系统很容易为现场操作者所掌握,设备故障少;
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(4)包盖四周不冒火、烧嘴寿命长,由于采用微负压烘烤,所以钢包口周围无外逸火焰,正常情况下,使用寿命可保一年以上;
(5)包盖设计独特,具有重量轻、不易变形、寿命长等优点。
自身预热式烧嘴本体及烟道的外面各套一个逆流热交换器,将烧嘴本身所需的助燃空气预热,它的结构主要是利用几层同心套管将空气和烟气彼此分开,中间套管作为热交换面。
整个预热器全部用适当的耐热钢制成,燃烧产物从喷口的喷出速度为80m/s,这种较高的出口速度促使炉气在钢包内循环,从而改善了传热过程,并具有较好的温度均匀性。
借助于排烟管内空气喷射的作用,将燃烧产物吸引通过预热器,炉内压力可以通过改变喷射空气量来进行调节。
414 蓄热式烧嘴
蓄热式烧嘴内部安放陶瓷蜂窝体,高温侧为莫来石,低温侧材质为堇青石。
当烧嘴处于燃烧状态时,用蜂窝体预热空气及燃气;当烧嘴处于蓄热状态时,利用高温烟气加热蜂窝体。
通过四通换向阀及煤气快速切断阀控制两套烧嘴交替燃烧及蓄热。
其具有以下特点:
(1)可以将助燃空气以及燃气预热至1000℃,排烟温度低于150℃。
这样钢包烘烤可以用纯高炉煤气完成,节约高热值煤气。
(2)由于预热温度很高,可以节约燃料约50%。
(3)蓄热式烧嘴的火焰刚性好,火焰长度可调节至4m,沿火焰长度上钢包内部温度分布均匀,可以缩短烘烤时间,节约耐火材料10%。
(4)采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体。
由于陶瓷蜂窝体的比表面积大,缩小了蓄热体的体积,可以将蓄热室与烧嘴作成整体直接安装在钢包盖上,操作非常方便。
(5)蓄热式燃烧系统的关键部件换向阀,采用热能院的四通换向阀,具有体积小、密封好、动作时间短、使用寿命长等优点。
(6)升温速度快,中间包从900℃加热到1350℃所用时间只有315min(天津铁厂蓄热式钢包烘烤器实测数据)。
5 结束语
根据炼钢工艺的不同,要求钢包烘烤时间不同,如电弧炉的冶炼时间比转炉的冶炼时间长,钢包烘烤烧嘴的热负荷可取低一些。
各钢厂可以根据实际情况灵活选用钢包烘烤烧嘴及装置,对于电弧炉及转炉可使用操作简单、易于控制的简易高速烧嘴,对于转炉钢包的在线烘烤或燃料紧张的企业可使用自身预热式烧嘴及蓄热式烧嘴。
总之,钢包烘烤、红包出钢这一项技术普及与应用势在必行。
在我国众多的炼钢厂中,仍有为数不少的炼钢厂钢包烘烤设备比较陈旧落后,能耗高、钢包烘烤温度低,造成生产成本增加,严重地制约了钢的产量。
据统计,用于钢包烘烤的燃料消耗约为3kgce/t,因此在能源紧张的情况下,应大力推广能耗低、效率高的钢包烘烤烧嘴及设备。
刘晓棠 编辑
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