氢氧气切割铸坯在攀钢连铸的运用

氢氧气切割铸坯在攀钢连铸的运用 游明峰 (新钢钒提钒炼钢厂 ) 摘 要： 攀钢采用 氢系统制取氢气，在大方坯连铸机上成功实现了氢氧气切割铸坯，且整个系统运行稳定、安全可靠。与原煤氧气切割铸坯相比，采用氢氧气切割铸坯具有割嘴不易堵塞，铸坯切割端面光滑、平整、挂渣少，割缝窄、提高金属收得率等优点，具有良好的经济效益和环保效果。 关键词： 连铸坯；氢氧切割；不堵塞烧嘴；端面平整；金属损失 0 引言 对于大多数钢铁企业来说，采用焦炉煤气 氧气火焰切割连铸坯成为其首选。近年来，随着连铸机切割技术的进一步发 展，逐渐开始采用氢氧气火焰切割连铸坯 技术 。氢气和氧气燃烧后生成水，所以氢气是目前世界上最清洁的燃气，而其它燃气都存在燃烧产物污染环境或气体泄漏时存在安全隐患，危害人身健康的问题。氢气被誉为绿色燃气，符合建设绿色工厂要求 1。因此， 采用氢氧气切割铸坯是发展方向。 1 攀钢煤氧气切割铸坯存在的问题 攀钢提钒炼钢厂现共有 4 台连铸机，分别为：两机两流板坯 1 台，断面为（ 750 1 350） 00 一机一流板坯 1台，断面为（ 900 1 350）200 六机六流大方坯 1 台，断面为（ 380、325） 280 四机四流大方坯 1 台，断面为480 360 4 台连铸机自从投产以来一直采用焦炉煤气 氧气火焰切割技术 ， 多年来的生产实践证明，运行稳定可靠，能够满足生产的需要。但也还存在以下问题： （ 1）焦炉煤气硫化氢含量高，含有萘和少量焦油 、 饱和水蒸汽等，造成 切割机 割嘴容易堵塞，频繁换 切割 枪 、 换 割 嘴，同时 还需要定期吹扫煤气主管道， 运行成本高，工人劳动强度大 。 （ 2） 使用焦炉煤气切割连铸坯时，由于 煤气中含碳，在燃烧过程中析出的碳元素与铁元素结合生成黏且不易清理的碳化铁 1，造成 连铸坯 切口 下部挂渣多、发粘、不易清理，在一定程度上 影响了后工序热轧板厂和轨梁厂的轧制质量。 （ 3） 与氢气比较，焦炉煤气燃烧速度慢 ，火焰分散，火焰挺直度不好 ，造成连铸坯割缝较宽，一般在 13 25 割断面不规则，形成上、下面割缝大，中间小，呈 “X”形，从而造成铸坯损失量较大，影响金属收得率 。 因此，随着氢氧气切割连铸坯技术的日趋成熟，采用氢氧气替代焦炉煤气 氧气切割连铸坯，既可解决目前使用焦炉煤气氧气切割连铸坯存在的问题，又符合当前 倡导的节约型、创新型、环保型的要求。 2 制取氢气方案选择 目前国内使用的氢氧气 切割铸坯，全部采用氢氧发生器制取氢气 。 但使用氢氧发生器电解水产生氢气 存在以下问题： （ 1） 氢氧 发生器采用的是 电解浓度为 20% 30的 解液， 使其产生氢气，因此其耗电量较高， 运行成本较高，另外备件 材料费用较高。 （ 2）单台氢氧 发生器制氢量较小，故障率相对较高，需要多台同时运行，且需备用设备； 氢氧发生器放置在现场，安全性较差，占地面积大。 （ 3）氢氧发生器产生的氢气含有饱和水和电解液，且火焰预热点较低，导致割嘴易堵。 攀 钢 技 术 19 针对以上存在的问题，攀钢结合自身动力厂的气体保护站使用焦炉煤气变压吸附制氢 系统（以下简称 氢系统）为冷轧退火长期稳定提供氢气的运行经验。决定采用 氢系统为连铸切割机提供氢气的方案。该方案与 氢氧发生器生产氢气相比， 具有以下优点： （ 1） 焦炉煤气中本身含有 62的氢气，为 离氢后的煤气还可供其它普通用户使用。 （ 2） 氢系统与氢氧发生器系统相比，工艺虽然较复杂，但工艺成熟，全自动控制，自动化程度高，运行可靠，投资少。 （ 3）能够满足 氢系统的技术要求。具备长距离管道输送气 体的条件，有利于采取集中制氢，集中控制， 4 台铸机可互相调剂。 （ 4）使用 氢系统产生的氢气具有杂质少，不含饱和水的优点，氢气含量大于 氢气洁净，割嘴不易堵塞，可以减少更换割枪和割嘴的次数，降低工人劳动强度。 因此，使用 氢系统产生的氢气作为攀钢提钒 炼钢厂切割连铸坯的气源在技术上是可行的，且具有明显的优势。 3 氢氧气切割铸坯试验 氢氧气切割铸坯试验过程 从 2005 年 9 月开始，先用攀钢氧气厂的管道氢气和手动小切割枪在线外反复切割相同规格的冷态铸坯，初步选定适合的氢气、氧气压力 ，流量及割嘴型号；再利用现有切割机的割枪和连接管道，更换氢气专用割嘴后，使用瓶装氢气在线切割热态铸坯，摸索氢氧气切割的可行性及相关工艺参数和切割效果。经过多次试验，确定了氢氧气切割铸坯的有关氢气、氧气压力及流量等参数，并选择了氢氧气专用割嘴型号。在此基础上决定先建 1 套 氢系统，并将氢气通过金属管道分别送到两台方坯切割机开展试验。试验成功后推广到板坯连铸机上。 在厚度为 360 2#方坯上进行热态在线试验，通过不断优化切割工艺参数和割嘴参数，相继在 2#方坯和 1#方坯上试验成功，并顺利通过有关单位的验 收和鉴定。目前已在 1#方坯和 2#方坯上正式推广使用，且运行稳定可靠。 氢氧气切割铸坯主要工艺参数 在 1#方坯和 2#方坯进行氢氧气切割连铸坯试验的基础上，通过不断改进和优化，最终确定了主要工艺参数，见表 1。 表 1 攀钢 1#、 2#方坯氢氧气切割铸坯主要工艺参数 铸机号 氢气总压力 / 割氢气压力 / 气总压力 / 热氧压力 / 割氧压力 / 均割缝 / 均切割 时间 /s 1#方坯 2 190 2#方坯 0 241 氢氧气与煤氧气切割铸坯效果比较 氢氧切割与煤氧切割的铸坯端面分别如图 1、 2所示。 图 1 氢氧气切割的铸坯端面照片 图 2 煤氧气切割的铸坯端面照片 氢氧气切割铸坯与煤氧气切割铸坯相比，存在以下明显优点： （ 1）氢氧切割的铸坯端面光滑、平整，端面 20 2009 年第 32 卷第 2 期 下部基本不挂渣；而煤氧切割的铸坯端面光滑度较差，铸坯下部挂渣较多。 （ 2）氢氧气切 割的铸坯的割缝宽度比煤氧气切割的铸坯的割缝宽度窄，平均窄 4 5 可以减少切割金属的损失，提高金属收得率。氢氧气切割与煤氧气切割的铸坯割缝分别见图 3， 4。 图 3 氢氧气切缝照片 图 4 煤氧气切缝照片 （ 3）由于 氢系统分离出来的氢气纯度高达 上，使用氢气切割时基本上不堵割嘴，避免了频繁更换割嘴的麻烦，同时也降低生产成本和工人劳动强度。 （ 4） 氢气燃烧后生成水蒸汽 ，基本无烟尘产生，不污染环境；而煤气切割时要产生大量的黄烟，污染环境。 （ 5）按氢氧气切割 比煤氧气切割平均割缝小 4 算，攀钢 2 台方坯一年可以降低 1 500 t 切割金属料损失。平均每吨铸坯减少损失约 2 000元，一年减少损失约 300 万元。 炼钢厂 4 台连铸机全部采用氢氧气切割，一年减少切割金属料损失约2 500 t 左右，一年可减少损失约 500 万元，经济效益非常可观。 取的安全保障措施 安全第一，这是所有企业必须遵循的基本原则。由于氢气无色无味，爆炸极限宽（ 4% ，一旦发生泄漏或空气中的氢气含量达到一定浓度，容易发生爆炸事故，危及人身及设备安全。因此为了保证使用过程的绝对安 全，主要采取以下措施： （ 1）选择炼钢厂与煤气罐之间一块非常空旷的地方建立 氢系统， 氢系统制取的氢气通过金属管道输送到切割机旁。 （ 2）在切割机四周安装多个固定的氢气浓度检测装置，当氢气浓度达到一定值时，安装在切割操作室内的氢气报警器就会发出警报声，提醒操作人员采取相应的措施，预防爆炸事故的发生。 （ 3）氢气放散管伸出厂房外，且离地面高度大于 15 m。 4 结论 （ 1）攀钢提钒炼钢厂使用氢氧气切割连铸坯是可行的。 从根本上解决了使用焦炉煤气切割铸坯存在割嘴易堵塞、割嘴更换频繁，铸坯底部挂渣多且难 清理，割缝宽、金属损耗大等一系列问题。同时 运行成本低， 安全可靠，具有可观的经济效益和环保效果。 （ 2） 采用 氢系统制取氢气，氢气纯净度高，工艺成熟，设备运行稳定可靠，自动化程度高。同时分离后的剩余气体（主要为 ，杂质已经去除）还可送往其它用户继续使用。