电炉炉门氧枪及炉壁氧枪装置
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，电极消耗降低0.5-1.5kg/吨钢，增加产量30-40%，节约氧气4-6Nm3 /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0－92o，转动时间可调，调整时间为8－15秒。
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0－92o，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 流量：400-1500Nm3/h 纯度：99.9％ 2、冷却水
枪前压力：0.4Ma
流量：20m3/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300－400Nm3/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。
节省吹氧管90%，即3kg/t左右。氧气节约20%，即6Nm3/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
3
10万吨×1.3元/Nm3=52万元 2、节约氧气 4Nm/t×
10万吨×0.50元/kwh=150万元 3、降低电耗 30kwh/t×
3万吨=600万元 4、增加产量 200元/t×
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
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1Nm3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40-50Nm/t，冶炼时间缩短到60min左右，冶炼电耗在300kwh/t以内。
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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。