近年来,随着世界经济危机深化,各国经济发展趋缓,钢铁工业受此影响压产、降价。世界能源形势日趋紧张,对耗能大户冶金行业无疑也有较大的冲击,为了降低成本,寻求节能增产的新途径,各国冶金学家都在积极开发新的炼钢方法,近些年来就开发出各种诸如等离子、氧气、粒煤、粉煤和EOF等方法。
EOF即Energy Oplimizing Furnace,能量最佳利用炉的简称,EOF法是由西德科夫工程公司研究成功,研究这种方法的出发点是如何利用小型炼钢炉将生铁、废钢和直接还原铁经济地炼成钢。自从科夫公司在巴西帕因斯钢铁公司试验成功EOF法以后,日本等主要产钢国也相继进行工业规模的试验工作,到目前为目,EOF法已成为具有较大生产规模的新型节能炼钢方法。在本文中,介绍了EOF炉的工作原理及特点,EOF炉用耐火材料的设计以应用。
一、EOF炉的工作原理及特点
1、EOF炉的工作原理
EOF炼钢炉的结构如图1所示,炉体外形为圆筒形,与电弧炉相似,主要设备包括一台炉底车、一座能无渣出钢的可倾动炉体、一套2-3级废钢预热器及一套废钢装料机构。炉体固定不动,炉底有出钢装置,炉墙上开有出渣槽,炉墙、炉顶均采用水冷结构。炉内熔池下用埋入式专门设计的三重同心管子喷嘴供氧,熔池面上有氧燃烧嘴供热,熔池反应及燃料燃烧产生的CO与炉体上部吹入的富氧空气燃烧,几乎完全燃烧生成CO2,高温烟气经炉顶中的烟道后进入废钢预热室,通过废钢层以后可将废钢加热至800~900℃,从废钢预热室出来的烟气再进入换热器,将空气加热至600℃,已冷却的烟气再送往净化、排放系统。这样,可充分利用燃料热,节约能源,炉膛燃烧效率和废气余热利用率均较其他炼钢工艺优越。生产每吨钢水用煤量为45~114kg,氧气用量30~85m3。
1—炉体;2—废钢预热装置;3—换热器;4—熔池下吹氧;5—煤氧枪;6—冷空气燃烧;
7—热风;8—辅助氧气;9—冷钢;10—预热的废钢。
2、EOF炼钢炉的特点
和一般炼钢炉相比,EOF炉具有以下特点:
(1)兼有氧气转炉顶底吹的特点;
(2)炉内上下同时吹氧,其炉膛燃烧效率高,因而辐射给熔池的热量也多了;
(3)用炉气加热废钢板;
(4)用排出炉外的废气加热空气,随后送回炉内使用;
(5)冶炼时,废钢加入量最高可达100%(w),一般为50%(w)左右;
(6)生铁可用铁块或铁水,用量可多可少,灵活性很大;
(7)使用的煤粒无需太细,6.5mm以下既可,这就减轻了备煤系统的工作负荷;
(8)留钢操作,无渣出钢,可以加速下一个炉次的熔炼过程,炼钢周期比较短,一天最多可炼22炉,一个炉役可炼300~400炉;
(9)废气进入废钢层及换热器后,烟尘量得到减少,对后续除尘的任务有所减轻,另外,基本上无烟尘进入车间,对环境污染小;
(10)结构紧凑,炉子、废钢预热装置和全部加料斗都布置在一起,设备投资费用低。
二、EOF炉用耐火材料的设计
EOF炉按使用部位分为永久层和工作层。永久层紧贴炉壳,由于不接触钢水,它的寿命很长,高达上千炉,永久层所用的耐火砖,一般使用ω(MgO)≥91%的镁砖,也有镁砖和浇注料复合使用的,厚度与它的寿命和炉子的大小有关,一般介于100~400mm,炉底的永久层厚于炉壁。
工作层由于接触钢水,一般使用大结晶、杂质少的高纯度镁砂的镁碳砖,此镁碳砖具有良好的耐高温性能、抗渣能力强、抗热震性好、高温蠕变低。工作层常分为炉底砖、熔池砖、风口区砖、渣线砖、炉壁砖,根据不同部位的使用环境及对耐火材料不同的要求选择合适碳含量的镁碳砖。如炉底砖、熔池砖经常接收钢水,急冷急热,温度变化大,所以这部分砖需要抗折强度高,抗热震性好,常常选择碳含量较低的镁碳砖;风口区砖由于受到埋入到熔池中喷嘴喷物的影响,这部分砖需要抗侵蚀性好,常常选择碳含量较高的镁碳砖;渣线砖由于接触炉渣,受到炉渣的侵蚀,这部分砖需要抗侵蚀性好,常常选择碳含量较高的镁碳砖;炉壁砖由于不接触钢水、炉渣,但处于高氧环境和气流的高冲刷中,这部分砖需要抗折强度高,抗热震性好,抗氧化性能好,常常选择碳含量较低的镁碳砖,表1为镁碳砖的理化性能。EOF炉工作层一般使用周期较长,中途不方便维护,因此砖的厚度也较一般电弧炉厚,砖厚介于400~700mm。EOF炉工作层通过配置合适的镁碳砖,一个炉役寿命高于普通的电弧炉,有的高达六七百炉。
表1 镁碳砖的理化性能
牌号 | ω(MgO)/% | ω(C)/% | 显气孔率 /% | 体积密度/(g·cm-3) (110℃保温16h) | 耐压强度/MPa (110℃保温16h) |
MT-12A | ≥98 | ≥12 | ≤4 | ≥2.89 | ≥30 |
MT-12C | ≥96 | ≥12 | ≤5 | ≥2.88 | ≥32 |
MT-14C | ≥97.5 | ≥14 | ≤5 | ≥2.86 | ≥30 |
MT-16A | ≥98 | ≥16 | ≤4 | ≥2.89 | ≥30 |
MT-16B | ≥97.5 | ≥16 | ≤4 | ≥2.87 | ≥30 |
图2为某厂EOF炉用耐火材料的配置图。永久层为牌号MZ95的镁砖,炉底厚度325mm,炉壁厚度250mm;工作层使用镁砖砖;炉底镁碳砖牌号MT-14C,厚度450mm;熔池镁碳砖牌号MT-12C,厚度650mm;风口区镁碳砖牌号MT-16A,厚度650mm;渣线镁碳砖牌号MT-16B,厚度650mm;炉壁镁碳砖牌号MT-12A,厚度400~650mm。
图2 某厂EOF炉用耐火材料的配置图
EOF炉特别适于废钢易于供应而电力短缺的地区使用,由于它具用能量最佳利用,投资小的特性,在一些中小钢厂还是很有推广前途的。
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