电炉炉门碳氧枪及炉壁氧枪装置
电炉炉门碳氧枪及炉壁氧枪装置
北京科大三泰科技发展有限公司
2003-11-9
1 概述
电炉炼钢吹氧是强化电炉冶炼的重要手段之一。
利用钢管插入熔池吹氧是目前最常使用的方法。
为了充分利用炉内化学能,近年来吨钢用氧量逐渐增加，同时,考虑到人工吹氧的劳动条件差、不安全,吹氧效率不稳定等因素,开发出电炉炉门枪机械及炉壁氧枪装置。
炉门枪装置的作用是吹氧助熔和精炼及向熔池吹炭粉造泡沫渣。
而炉壁氧枪是消除炉内冷区,强化熔化,极大限度地缩短冶炼时间。
综合电炉氧枪的使用效果为,提高吹氧效率,缩短冶炼时间15-35min，节省吹氧管80-90%,电耗降低30-50度/吨钢,耐火材料消耗降低10-20元/吨钢,
3 电极消耗降低0.5-1.5kg/吨钢,增加产量30-40%,节约氧气4-6Nm/吨钢,吨钢降低成本50-150元，改善了工人的劳动条件,代替人工吹氧90%。
2 炉门枪设备介绍
多数国外进口的碳氧枪一般采用组合枪,优点是水冷是一套管路,但故障率相对较高。
美国燃烧公司的碳氧枪装置采用二支喷枪,一支吹氧一支喷碳粉。
我们认为,采用二支枪优点是,使用成本低及作业率相对较高。
在我们的设计方案中采用两只枪。
炉门枪系统由七部分组成,
1、碳氧枪机械手
氧枪的操作由碳氧枪机械手完成,转动由液压缸、活塞杆通过拉杆、曲柄转o座转动,实现喷枪绕因定在大臂上的立柱旋转,旋转角度为0,92,转动时
间可调,调整时间为8,15秒。
o大臂的回转由液压缸完成,其原理同喷枪的旋转,旋转角度为0,92,转动时间调整范围为8,15秒。
2、碳氧枪枪体
枪体本身由一支氧枪和一只碳枪组成,程度根据现场情况而定。
3、液压站
由于喷枪摆动升降由液压缸推动摆动座,使它绕支点摆动,从而使固定在摆
动座上的喷枪实现摆动,通过摆动实现喷枪的喷头可以上下调整,调整范围根据用户要求而定。
液压站工作压力4Mpa。
4、氧气阀门站
5、喷粉站
喷粉站由喷粉罐和储粉仓组成,大小根据现场情况而定。
6、电控系统
电控系统由PLC组成的电控柜,有一操作台,可以自控,也可以手控。
炉门枪本体由氧枪和氧燃枪、大臂回转系统、喷枪回转系统、喷枪摆动升降系统以及供水供氧供燃料的管路系统所组成。
三个运动部分的动作皆由液压缸完成。
3 炉壁枪介绍
炉壁枪固定在炉壁上,分布在炉门两侧,由枪体、氧气阀门站和控制系统组成,主要是脱碳、其次是助熔及二次燃烧。
喷碳造泡沫渣虽然由炉门氧枪实现,但炉壁氧枪也起着重要的辅助作用。
炉壁氧枪的主要参数如下: 1、氧气
枪前压力,1.2Mpa 3流量,400-1500Nm/h
纯度,99.9,
2、冷却水
枪前压力,0.4Ma 3流量,20m/h,包括氧枪水冷块，
氧枪点火及二次燃烧采用环氧方式解决，单支氧枪的设计流量为300,
3400Nm/h。
所有氧枪由三层套管组成,中心为氧管,外二层为进水和出水。
三层管均由无缝钢管组成。
氧气出口有一喷头,由纯铜制作。
喷头参数决定着氧气射流特性。
为使氧气射流对熔池有一定冲击作用,设计氧气喷头选取喷头参数时保证获得超音速氧气射流。
氧枪冷却水压力为0.6Mpa。
4 工程投资(仅供参考)
对于一座30吨电炉,用常规控制手段,投资为62万元,其中, 1、炉壁氧枪 17万
包括
2支氧枪,氧气阀门站,电控系统
2、炉门水冷氧枪系统 28万
包括
机械手,氧气阀门站,液压站,电控系统
3、喷碳系统 12万
包括
储粉罐,流化床,喷粉罐及喷粉系统,电控系统
4、现场服务运输费 5万
现场服务的内容,指导安装,提供用氧后的冶炼工艺,现场培训操作人员。
5 经济分析
不考虑缩短冶炼时间增加产量及工人劳动条件的改善,仅考虑节约吹氧管、减少人工吹氧的氧气浪费及电耗降低。
3节省吹氧管90%,即3kg/t左右。
氧气节约20%,即6Nm/t左右。
因造泡沫渣条件改善及冶炼时间缩短使电耗降低30kwh/t,产量增加30%,即3万吨钢,电极消耗降低1kg/t,耐火材料消耗节约10元/t。
一台30t电炉,如果采用北科大的“炉门+炉壁氧枪系统”,按一般操作水平,可达年产10万吨的生产能力,每年多产生的经济效益:
1、节省吹氧管3kg/t ×10万吨×4元/kg=120万元
332、节约氧气4Nm/t×10万吨×1.3元/Nm=52万元
3、降低电耗30kwh/t×10万吨×0.50元/kwh=150万元
4、增加产量 200元/t×3万吨=600万元
5、电极消耗 10元/t×10万吨=100万元
6、耐材消耗 10元/t×10万吨=100万元
总计,1122万元,平均吨钢增加利润112元，6. 业绩
3提高电炉吨钢用氧量，是强化电炉冶炼、提高电炉节奏最有效手段之一。
喷
吹1Nm氧气相当于向炉内供给3-4kwh电能。
电炉炼钢氧气产生的化学能在电炉能量输入中所占比例
已达到30,以上。
特别是电炉采用热装铁水后，化学能的比例达到总能量的40,以上，大量输入氧气已是现代电弧炉炼钢工艺的一个重要特点。
先进电炉的用氧量已达到
340-50Nm/t，冶炼时间缩短到60min左右，冶炼电耗在300kwh/t以内。
如何高效地将氧气输入到电炉炉内，对提高电炉炼钢的冶炼节奏，生产成本的大幅度下降是非常重要的。
本课题组自80年代开始研究电炉供氧技术，取得了很好的业绩。
主要有:电炉炉门吹氧装置，电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪，电炉EBT氧枪，电炉炉壁集束氧枪，电炉用氧模块化控制技术，电炉泡沫渣技术等。
其中，电炉炉壁煤氧助熔获国家发明三等奖，教育部科技进步一等奖;电炉炉门吹氧装置获广州市科技进步二等奖;油氧助熔及二次燃烧技术通过教育部鉴定，项目水平达到国际先进水平。
典型项目的经济效益:在莱钢特钢50t电炉上采用炉门吹氧装置、油氧助熔/二次燃烧两用喷嘴、EBT氧枪技术取得了显著经济效益。
采用全废钢冶炼工艺，电炉电耗下降到330kwh/t、全程冶炼时间缩短到65min，冶炼成本下降100元/t。
加铁水30%冶炼，电炉电耗下降到250kwh/t、全程冶炼时间缩短到60min。
相关工作业绩
序单位项目内容投产时间炉产量t 效果
广州南方钢厂煤氧助熔技术 1座×30 好 1 1997.08
广州南方钢厂炉门喷枪装置 1座×30 好 2 1997.08
韶关钢铁公司炉门喷枪装置 4座×10 好 3 1998.10
山东莱芜特钢炉门枪装置及泡沫渣技术 1座×50 好 4 1999.01
山东莱芜特钢油氧助熔及二次燃烧技术 1座×50 好 5 1999.12
淄博钢铁公司油氧助熔及二次燃烧技术 2座×30 较好 6 2000.10
韶关钢铁公司电炉炉壁氧枪的国产化 1座×50 好 7 2000.09
山东莱芜特钢电炉EBT氧枪 1座×50 好 8 2001.07
中国制钢(福州) 油氧助熔及二次燃烧技术 1座×50 好 9 2001.09
泡沫渣技术
山东莱芜特钢电炉用氧智能控制技术 1座×50 运行 10 2002.01
山东莱芜特钢电炉炉门枪装置 3座×20 运行 11 2002.03
石家庄钢铁公电炉供氧系统改造(炉门、炉 1座×50 调试 12 2002.05
司电炉厂壁及EBT氧枪)、泡沫渣技
术
山东莱芜特钢电炉炉壁集束氧枪 1座×20 施工 13 2002.06
山东莱芜机械油氧助熔及二次燃烧技术 2座×20 设计 14 2002.07
郑州永通钢铁电炉供氧系统(炉门氧枪、炉1座×50 设计 15
公司壁烧嘴)、泡沫渣技术
项目建设周期:合同签订后3个月内投产,运行后二十天收回投资。
电炉冶炼工艺
Al2O3 SiO2 MnO FeO CO CO2
化学反应中各发热元素的来源首先是炉料――废钢和生 铁，还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水，每吹入 1m3 的 氧 气 , 所 含 各 元 素 在 1600 ℃ 时 反 应 理 论 发 热 值 约 为 4kwh。
电炉用氧模块化控制技术
在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉内 均衡供氧是非常重要的。 目的：1、控制吨钢耗氧； 2、提高金属收得率； 3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。 控制方式： 1、结合热平衡及物料平衡； 2、结合原有炉次的供氧曲线； 3、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量； 4、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。
C 吨钢电耗，kWh/t W 钢水总重，t P电炉变压器容量，kV.A 变压器利用率， 非通电时间，min
3.2 供 氧
炉门人工吹氧
炉门吹氧机械手 EBT氧枪
从1根氧管到3根氧管；
强化供氧及安全生产；
炉壁氧燃枪(可加二次燃烧)
炉壁氧气碳粉喷吹模块
辅助能量;
解决偏心炉的冷区及成分均匀； 可伸入式及固定式；
现代电炉总能量平衡(装铁水)
3.1 供 电
年代 功率级别 -400kVA/t 60年代 -400kVA/t 流程变迁 变压器容量/产品 RP-EAFMC 30MVA/特殊钢,合金钢 技术指标进步 冶炼周期:180min 吨钢电耗:630kwh/t 电极消耗:6.5kg/t 相关/配 套技术 烧嘴 电气运行 高电压 大电流 短弧
提高功率因数及热效率；
2. 降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间； 3. 减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失； 4. 泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P、
C及去气（N、H）
矿热炉(电炉)电极消耗原因分析与控制措施(电极表面涂层技术)
矿热炉（电炉）电极消耗原因分析与控制措施（电极表面涂层技术）1、概述；电极是短网的最后一部分，它通过二根连接起的石墨化电极的末端产生强烈的电弧熔化炉。
料和加热钢液，即电极是把电能转化为热能的中心枢纽，电极工作时要受到高温，炉气氧化以及塌料撞击等作用，尤其是两根电极连接处，要比其它地方电阻大、导电系数低，易脱扣、氧化、脱落、折断，因而造成电极的极大消耗，而且延长了冶炼时间，降低了生产率。
电极在炼钢过程中，由于处在高温环境下，其电极表面与氧产生碳氧反应消耗，石墨电极在低温下稳定，高温下易氧化，在空气中一般碳制品在450℃左右开始氧化，石墨化程度较高的石墨制品在600℃左右开始氧化，超过750℃后氧化急剧增加，且随着温度的升高而加剧，而在水蒸气中加热到900℃时被氧化。
即影响石墨电极侧面氧化的主要因素是高温和氧化气氛，这就是电极氧化消耗，特别在随着炉门氧枪、油氧助熔、EBT集束氧枪和炉壁氧枪等新技术的相继应用，炉内供氧强度加大，氧化气氛增强，使得电极消耗进一步增加。
由于电极端部与电弧直接接触，使端部电极升华形成消耗;电极部分与熔池接触，其碳元素被熔池吸收为侵蚀消耗;电极在运行过程中受到电磁力、机械力及固体原料冲击力的作用而产生断裂、崩落的断裂消耗。
电弧炉电极消耗可分为化学消耗和物理损耗：2、物理损耗；电极的物理损耗主要指电极前端消耗及侧面消耗，主要是由机械外力和电磁力所引起。
如电极接头处的松动、折断，电极裂纹和接头螺纹部分脱落等。
造成的原因是电极本身质量差，如强度低;设备方面，如电极直径选择不当，电极夹持器、升降和控制装置不良等;操作方面，如装料不当，熔化期大块废钢塌落撞击电极，两根电极连接的不紧等。
3、化学损耗；主要指电极表面的消耗，包括电极端的消耗和周界的消耗。
电极端部局部加热使石墨升华和电极端部与钢液接触，使石墨被吸收电极尖端消耗主要是石墨在高温下升华和在钢渣中熔化所致。
在正常作业情况下，尖端消耗可达到电极总消耗的50%。
炉壁超音速氧枪在120tUHP—AC—EAF上的应用
对流室一起 ，定时 自动 吹灰，确保有效清除灰垢 。
３ 效果与经济效益
（）水热媒 空气预热器 自 ２ ０ １ ０ ６年 ４月投用 以来，热
风由 ８ ０℃提高到 １０℃，热风温度提高 ８ ６ ０℃，可 多回
产品结构，从美国 ｎ ｗ ｏｔ ｅ ｐ ｒ钢厂购买了一座 Ｆ Ｃ Ｓ公 司 Ｕ Ｈ
料型结构 加料 次数 铁水 的 比例
铁水 （ ５ ％） ０～ ０ ＋废钢 （０ － ０ ％） ５ ％－ ０ －１ １～ ３ ０～ ５ ％ ０
石灰 ＋白云石 （ 成分见表 １ ）
表 １ 渣料主要成分
生产的 １０ Ｈ － Ｃ Ｅ Ｆ ２ Ｕ ＰＡ —Ａ ，建成 了国 内第 ３条 Ｅ ＦＣ Ｐ ｔ Ａ －Ｓ 生产线，并且于 ４月底顺利投产 。 电炉采用 了一套水 冷 该 超音速 炉壁侧 吹碳氧枪 ， 该枪 由 ２ 个拉瓦尔氧枪和 １ 个普 通碳枪集成为 一个整体 ，用于泡沫渣和成分的控制，取消 了炉 门碳氧枪，实 现了关起炉 门炼钢 。 在投入 使用 后，经 过数万吨的生产冶炼 ， 已经成功地探索 出了超音速氧枪的
Ｔｈ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｅＳ ｐ ｒ Ｓ ｕ ｄ Ｖｅｏ ｉ ｎ ｅｔ ２ ＵＨＰ－ ｅＡｐ ｌ ｔ ｆｔ ｕ ｅ ｏ ｎ ｌ ｃｔ Ｌａ ｃ ａ １ ０ ｔ ｃ ｏ ｈ ｙ ｏ ＡＣ－ ＥＡＦ
ＱＩ Ｊｎ Ｎ ｕ
碳粉喷 吹速度／ｇ・ ｎ ３ ｋ ｍｉ ０～ １０ （ １ 分高低两档 ） 新疆八一钢铁股份公司 （ 以下简称该公司） 了调整 为
二次侧 电压／ ３ ５～ １１０ Ｖ ７ ５ 氧气喷头数量 ２ 超音速氧枪氧气流Ｉ／ ３ ｈ Ａ模 式： ０～ ３ ０ ， ｍ －－ ２０ ７ ０ ５ Ｂ模式：６ ０ ～ ６ ０ ，Ｃ模式：７ ０ （ ３０ ５０ ５０ 分 Ｂ ，Ｃ三种
西门子S7200PLC及组态王在无锡四方碳氧枪在上的应用[权威资料]
![西门子S7200PLC及组态王在无锡四方碳氧枪在上的应用[权威资料]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/83ecedd49a89680203d8ce2f0066f5335a8167f9.webp)
西门子S7200PLC及组态王在无锡四方碳氧枪在上的应用[权威资料]西门子S7200PLC及组态王在无锡四方碳氧枪在上的应用摘要本文介绍了无锡四方电炉炉门碳氧枪的组成，并且详细介绍了碳氧枪各部分的构造、功能及相关参数，以及碳氧枪在电弧炉冶炼中的作用;同时对S7200PLC及组态王软件做了简单介绍，对S7200与组态王的通讯参数设置进行了详细介绍。
关键词碳氧枪;组态王;PLCTF74 A 1674-6708(2013)89-0160-02随着冶炼工艺及其技术的日益改善，现代电弧炉炼钢行业，为了提高冶炼效率，降低成本，电弧炉炼钢喷碳及吹氧已成为强化电炉冶炼的重要手段之一，同时碳粉和氧气的加入，可以充分利用炉内的化学能，进行第二次燃烧，减少能源消耗效果明显。
炉门碳氧枪有自耗式碳氧枪和水冷式碳氧枪两种。
自耗式碳氧枪的特点是:操作安全，喷吹角度大，可直接切割废钢。
但是自耗式氧枪需要消耗大量的吹氧管，所以缺点是使用成本高，并且不能连续吹氧。
水冷式碳氧枪与之相比的主要区别就是不用传统意义上的吹氧管，只需要定期检修枪体，能够节省60%,70%。
水冷炉门碳氧枪具有氧枪和碳枪两大功能;机械系统由枪体系统、碳粉罐、液压站及压缩空气四大部分组成。
1 各部分功能1.1 枪体部分枪体的动作由大臂旋转、枪进退、枪头左右摆动、枪体升降等步骤组成，由液压站电磁阀控制油缸执行的;炉门枪装置上配置的氧枪，用于吹氧，在熔化期可辅助加热、熔化炉料，氧化期可脱碳精炼，在熔清后对钢水还可起到搅拌作用。
炉门枪装置配置碳枪，用于喷吹碳粉，在钢液面形成大约30mm厚度的泡沫渣，用于埋弧炼钢。
1.1.1 大臂部分大臂部分是碳氧枪枪体的承重支架机械臂，一端为带有旋转轴承的固定盘，另一端是可以转动的枪体安装座。
大臂是用厚20mm钢板焊接成宽度为250mm的方管形状，内部附有不锈钢无缝管作为氧气管路，管径根据用氧量的工艺需求来确定(如1 200Nm3/h,2 000Nm3/h的流量需要φ50管径的不锈钢管);以及2路φ50的冷却水管。
UHP-50t电弧炉炉门氧枪的设计与应用
１ 一拉 瓦 尔喷 头 ； ２一外 管 ； ３一中管 ； 内管 ４一
氧枪在工作时， 超音速氧气射流以一定角度射 出， 该射流穿透能力强， 切割效果 明显增强 ， 并可 以
穿 过炉渣 层射 入钢 液深处 ， 使钢 渣乳 化 ， 大地增 加 极 钢渣 界 面 ， 氧气 充分 与钢 中碳 反应 ， 成 大量 Ｃ 生 Ｏ气 泡， 使炉 渣形 成 了厚 度 ５０ｍｍ 以上 的泡沫 渣 ， 以 ０ 可
维普资讯
莱钢科技
第５期（ 总第 １１ ３ 期）
Ｕ Ｐ一 ０ｔ Ｈ ５ 电弧炉 炉 门氧枪 的设计 与应 用
张秀 荣
（ 特殊钢厂）
摘
要： 介绍 了Ｕ Ｐ一 ０ 电弧炉炉门氧枪的设计要点、 Ｈ ５ｔ 功能及应用情况。
氧燃 助熔 泡 沫渣 效 果分析
Ｚ ａ ｇ Ｘｉ ｒ ｎ ｈ ｎ ｕｏ ｇ
关 键词 ： 氧枪
Ｔｈ ｓｇ ｎ ｐ ｃ ｔ ｎ ｏ ｏ ａ ｃ ｏ ＨＰ －５ ｅＤｅｉｎ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａｉ ｆＤｏ ｒ Ｌ ｎ ｅ ｆｒ Ｕ ｉ ｏ ０一ｔＥ． Ｆ Ａ．
（ ｈ ｐｃ Ｓｅｌ ｌ ｔ Ｔ ｅＳ ｅｉ ｔ ａ ） Ｍ ｅ Ｐ ｎ
等组成。机械系统和液压 系统在工作时协调配合 ， 使炉门氧枪在炉内能上下 、 左右 、 前后按给定角度摆 动， 满足全程吹氧脱碳工艺要求 ； 吹氧完毕后 ， 氧枪
旋 出折叠 ， 占用 炉 前 空 间小 ， 压 系统 运 行 平 稳 可 液
靠、 速度可调、 噪音小 、 故障率低 ， 适合炼钢快节奏生
包括拉瓦尔喷头和枪身两部分 ， 喷头采用导热系数
与侵蚀 。 （） ３ 合理设计液压 、 机械传动机构， 保证氧枪摆 动平稳 ， 运行可靠。
电炉炉门氧枪机构水冷设计与应用
图 ４ 电 炉 氧 枪
大臂转轴的水冷设计如图 ３所示 。具体方法是 ： ４ 实 施 效 果 在 大臂转轴的外侧加工制作一圆柱形水冷槽 ，并用
钢板封 闭成冷却水箱 ，并安装 ４分对丝引人冷却水
改造实施 以后 ，氧枪机构大臂 与转轴 的使用寿
进行循环冷却 ，从而大大降低大臂转轴 的工作温度 ， 命大大改善 ，改造前每季度更换 １次 ，改造后只需要
电炉炼钢生产的不可缺少的一部分 。由于炉门氧枪 烘烤经常会 出现变形的现象 ；（２）大小臂转轴受到高
工作在高温 、搞烘烤 的条件下 ，从而给炉 门氧枪机构 温影 响 ，轴承润滑脂变质快轴承使用寿命低 ；（３）生
的正 常 运行 带 来一 系列 的问题 ， 目前 生 产 单位 采 用 表面喷水方式对氧枪机构进行 冷却 ，但这种方法带 来 了一 系 列 的 问题 ：（１）氧枪 机 构 表 面 喷水 冷 却 效果 不 良，氧枪转轴轴承在高温烘烤下使用寿命大大降 低 ；（２）氧枪机构表面喷水冷却 ，水直接被 高温烘烤 挥 发 ，造 成 水 资源 浪 费 。 为此 ，很 必 要 对 电炉 炉 门氧 枪冷 却 水 系统 的进 行改 造 。
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．１ １，２０１６
电炉炉 门氧枪机构水冷设计 与应用
朱 亚洲 （莱钢集团设备检修中心 ，山东 莱芜 ２７１ １０５）
摘 要 ：针对 电炉炉 门氧枪在使 用过程 中存在 的弊 端与 问题 ，对其旋转臂 、大臂转轴 、小臂 转轴进行 了水冷设 计 ，从 而提 高 了炉 门氧枪的在线使 用寿命 。 关键词 ：电炉 ；氧枪 ；弊端与 问题 ；水冷设计 ；使 用寿命
２ 问题 的分 析
３．２．１旋转 臂 的水冷 设 计 在旋转臂靠 近炉门的一面制作安装一个水冷箱