氫氧氣切割鑄坯在攀鋼連鑄的運(yùn)用

氫氧氣切割鑄坯在攀鋼連鑄的運(yùn)用 游明峰 (新鋼釩提釩煉鋼廠 ) 摘 要： 攀鋼采用 氫系統(tǒng)制取氫氣，在大方坯連鑄機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了氫氧氣切割鑄坯，且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠。與原煤氧氣切割鑄坯相比，采用氫氧氣切割鑄坯具有割嘴不易堵塞，鑄坯切割端面光滑、平整、掛渣少，割縫窄、提高金屬收得率等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。 關(guān)鍵詞： 連鑄坯；氫氧切割；不堵塞燒嘴；端面平整；金屬損失 0 引言 對于大多數(shù)鋼鐵企業(yè)來說，采用焦?fàn)t煤氣 氧氣火焰切割連鑄坯成為其首選。近年來，隨著連鑄機(jī)切割技術(shù)的進(jìn)一步發(fā) 展，逐漸開始采用氫氧氣火焰切割連鑄坯 技術(shù) 。氫氣和氧氣燃燒后生成水，所以氫氣是目前世界上最清潔的燃?xì)?，而其它燃?xì)舛即嬖谌紵a(chǎn)物污染環(huán)境或氣體泄漏時(shí)存在安全隱患，危害人身健康的問題。氫氣被譽(yù)為綠色燃?xì)?，符合建設(shè)綠色工廠要求 1。因此， 采用氫氧氣切割鑄坯是發(fā)展方向。 1 攀鋼煤氧氣切割鑄坯存在的問題 攀鋼提釩煉鋼廠現(xiàn)共有 4 臺(tái)連鑄機(jī)，分別為：兩機(jī)兩流板坯 1 臺(tái)，斷面為（ 750 1 350） 00 一機(jī)一流板坯 1臺(tái)，斷面為（ 900 1 350）200 六機(jī)六流大方坯 1 臺(tái)，斷面為（ 380、325） 280 四機(jī)四流大方坯 1 臺(tái)，斷面為480 360 4 臺(tái)連鑄機(jī)自從投產(chǎn)以來一直采用焦?fàn)t煤氣 氧氣火焰切割技術(shù) ， 多年來的生產(chǎn)實(shí)踐證明，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠滿足生產(chǎn)的需要。但也還存在以下問題： （ 1）焦?fàn)t煤氣硫化氫含量高，含有萘和少量焦油 、 飽和水蒸汽等，造成 切割機(jī) 割嘴容易堵塞，頻繁換 切割 槍 、 換 割 嘴，同時(shí) 還需要定期吹掃煤氣主管道， 運(yùn)行成本高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大 。 （ 2） 使用焦?fàn)t煤氣切割連鑄坯時(shí)，由于 煤氣中含碳，在燃燒過程中析出的碳元素與鐵元素結(jié)合生成黏且不易清理的碳化鐵 1，造成 連鑄坯 切口 下部掛渣多、發(fā)粘、不易清理，在一定程度上 影響了后工序熱軋板廠和軌梁廠的軋制質(zhì)量。 （ 3） 與氫氣比較，焦?fàn)t煤氣燃燒速度慢 ，火焰分散，火焰挺直度不好 ，造成連鑄坯割縫較寬，一般在 13 25 割斷面不規(guī)則，形成上、下面割縫大，中間小，呈 “X”形，從而造成鑄坯損失量較大，影響金屬收得率 。 因此，隨著氫氧氣切割連鑄坯技術(shù)的日趨成熟，采用氫氧氣替代焦?fàn)t煤氣 氧氣切割連鑄坯，既可解決目前使用焦?fàn)t煤氣氧氣切割連鑄坯存在的問題，又符合當(dāng)前 倡導(dǎo)的節(jié)約型、創(chuàng)新型、環(huán)保型的要求。 2 制取氫氣方案選擇 目前國內(nèi)使用的氫氧氣 切割鑄坯，全部采用氫氧發(fā)生器制取氫氣 。 但使用氫氧發(fā)生器電解水產(chǎn)生氫氣 存在以下問題： （ 1） 氫氧 發(fā)生器采用的是 電解濃度為 20% 30的 解液， 使其產(chǎn)生氫氣，因此其耗電量較高， 運(yùn)行成本較高，另外備件 材料費(fèi)用較高。 （ 2）單臺(tái)氫氧 發(fā)生器制氫量較小，故障率相對較高，需要多臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，且需備用設(shè)備； 氫氧發(fā)生器放置在現(xiàn)場，安全性較差，占地面積大。 （ 3）氫氧發(fā)生器產(chǎn)生的氫氣含有飽和水和電解液，且火焰預(yù)熱點(diǎn)較低，導(dǎo)致割嘴易堵。 攀 鋼 技 術(shù) 19 針對以上存在的問題，攀鋼結(jié)合自身動(dòng)力廠的氣體保護(hù)站使用焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫 系統(tǒng)（以下簡稱 氫系統(tǒng)）為冷軋退火長期穩(wěn)定提供氫氣的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。決定采用 氫系統(tǒng)為連鑄切割機(jī)提供氫氣的方案。該方案與 氫氧發(fā)生器生產(chǎn)氫氣相比， 具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 焦?fàn)t煤氣中本身含有 62的氫氣，為 離氫后的煤氣還可供其它普通用戶使用。 （ 2） 氫系統(tǒng)與氫氧發(fā)生器系統(tǒng)相比，工藝雖然較復(fù)雜，但工藝成熟，全自動(dòng)控制，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行可靠，投資少。 （ 3）能夠滿足 氫系統(tǒng)的技術(shù)要求。具備長距離管道輸送氣 體的條件，有利于采取集中制氫，集中控制， 4 臺(tái)鑄機(jī)可互相調(diào)劑。 （ 4）使用 氫系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣具有雜質(zhì)少，不含飽和水的優(yōu)點(diǎn)，氫氣含量大于 氫氣潔凈，割嘴不易堵塞，可以減少更換割槍和割嘴的次數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 因此，使用 氫系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣作為攀鋼提釩 煉鋼廠切割連鑄坯的氣源在技術(shù)上是可行的，且具有明顯的優(yōu)勢。 3 氫氧氣切割鑄坯試驗(yàn) 氫氧氣切割鑄坯試驗(yàn)過程 從 2005 年 9 月開始，先用攀鋼氧氣廠的管道氫氣和手動(dòng)小切割槍在線外反復(fù)切割相同規(guī)格的冷態(tài)鑄坯，初步選定適合的氫氣、氧氣壓力 ，流量及割嘴型號；再利用現(xiàn)有切割機(jī)的割槍和連接管道，更換氫氣專用割嘴后，使用瓶裝氫氣在線切割熱態(tài)鑄坯，摸索氫氧氣切割的可行性及相關(guān)工藝參數(shù)和切割效果。經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定了氫氧氣切割鑄坯的有關(guān)氫氣、氧氣壓力及流量等參數(shù)，并選擇了氫氧氣專用割嘴型號。在此基礎(chǔ)上決定先建 1 套 氫系統(tǒng)，并將氫氣通過金屬管道分別送到兩臺(tái)方坯切割機(jī)開展試驗(yàn)。試驗(yàn)成功后推廣到板坯連鑄機(jī)上。 在厚度為 360 2#方坯上進(jìn)行熱態(tài)在線試驗(yàn)，通過不斷優(yōu)化切割工藝參數(shù)和割嘴參數(shù)，相繼在 2#方坯和 1#方坯上試驗(yàn)成功，并順利通過有關(guān)單位的驗(yàn) 收和鑒定。目前已在 1#方坯和 2#方坯上正式推廣使用，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 氫氧氣切割鑄坯主要工藝參數(shù) 在 1#方坯和 2#方坯進(jìn)行氫氧氣切割連鑄坯試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過不斷改進(jìn)和優(yōu)化，最終確定了主要工藝參數(shù)，見表 1。 表 1 攀鋼 1#、 2#方坯氫氧氣切割鑄坯主要工藝參數(shù) 鑄機(jī)號 氫氣總壓力 / 割氫氣壓力 / 氣總壓力 / 熱氧壓力 / 割氧壓力 / 均割縫 / 均切割 時(shí)間 /s 1#方坯 2 190 2#方坯 0 241 氫氧氣與煤氧氣切割鑄坯效果比較 氫氧切割與煤氧切割的鑄坯端面分別如圖 1、 2所示。 圖 1 氫氧氣切割的鑄坯端面照片 圖 2 煤氧氣切割的鑄坯端面照片 氫氧氣切割鑄坯與煤氧氣切割鑄坯相比，存在以下明顯優(yōu)點(diǎn)： （ 1）氫氧切割的鑄坯端面光滑、平整，端面 20 2009 年第 32 卷第 2 期 下部基本不掛渣；而煤氧切割的鑄坯端面光滑度較差，鑄坯下部掛渣較多。 （ 2）氫氧氣切 割的鑄坯的割縫寬度比煤氧氣切割的鑄坯的割縫寬度窄，平均窄 4 5 可以減少切割金屬的損失，提高金屬收得率。氫氧氣切割與煤氧氣切割的鑄坯割縫分別見圖 3， 4。 圖 3 氫氧氣切縫照片 圖 4 煤氧氣切縫照片 （ 3）由于 氫系統(tǒng)分離出來的氫氣純度高達(dá) 上，使用氫氣切割時(shí)基本上不堵割嘴，避免了頻繁更換割嘴的麻煩，同時(shí)也降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 （ 4） 氫氣燃燒后生成水蒸汽 ，基本無煙塵產(chǎn)生，不污染環(huán)境；而煤氣切割時(shí)要產(chǎn)生大量的黃煙，污染環(huán)境。 （ 5）按氫氧氣切割 比煤氧氣切割平均割縫小 4 算，攀鋼 2 臺(tái)方坯一年可以降低 1 500 t 切割金屬料損失。平均每噸鑄坯減少損失約 2 000元，一年減少損失約 300 萬元。 煉鋼廠 4 臺(tái)連鑄機(jī)全部采用氫氧氣切割，一年減少切割金屬料損失約2 500 t 左右，一年可減少損失約 500 萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。 取的安全保障措施 安全第一，這是所有企業(yè)必須遵循的基本原則。由于氫氣無色無味，爆炸極限寬（ 4% ，一旦發(fā)生泄漏或空氣中的氫氣含量達(dá)到一定濃度，容易發(fā)生爆炸事故，危及人身及設(shè)備安全。因此為了保證使用過程的絕對安 全，主要采取以下措施： （ 1）選擇煉鋼廠與煤氣罐之間一塊非常空曠的地方建立 氫系統(tǒng)， 氫系統(tǒng)制取的氫氣通過金屬管道輸送到切割機(jī)旁。 （ 2）在切割機(jī)四周安裝多個(gè)固定的氫氣濃度檢測裝置，當(dāng)氫氣濃度達(dá)到一定值時(shí)，安裝在切割操作室內(nèi)的氫氣報(bào)警器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，預(yù)防爆炸事故的發(fā)生。 （ 3）氫氣放散管伸出廠房外，且離地面高度大于 15 m。 4 結(jié)論 （ 1）攀鋼提釩煉鋼廠使用氫氧氣切割連鑄坯是可行的。 從根本上解決了使用焦?fàn)t煤氣切割鑄坯存在割嘴易堵塞、割嘴更換頻繁，鑄坯底部掛渣多且難 清理，割縫寬、金屬損耗大等一系列問題。同時(shí) 運(yùn)行成本低， 安全可靠，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。 （ 2） 采用 氫系統(tǒng)制取氫氣，氫氣純凈度高，工藝成熟，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高。同時(shí)分離后的剩余氣體（主要為 ，雜質(zhì)已經(jīng)去除）還可送往其它用戶繼續(xù)使用。