分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用

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分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用

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分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用


发布时间:2018年06月18日 浏览:

    分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用,文章对目前钢铁企业连铸机切割能源介质,焦炉煤气与环保节能氢氧火焰切割进行了详细全面的介绍。将两种能源介质在切割质量和节能环保方面进行对比说明,氢氧机替代传统焦炉煤气在钢产业连铸坯火焰切割的应用,对该领域的节能降耗有着重要的现实意义。

氢氧机的作用图片

    连铸坯是炼钢炉炼成的钢液经过连铸机铸造后得到的产品,从外形上主要分板坯和方坯两种。板坯:截面宽、高的比值较大,主要用来轧制板材;方坯:截面宽、高相等,或者差别不大,主要用来轧制型钢、线材。通常连铸坯经连铸机铸造后按需求进行火焰切割处理。目前,连铸坯火焰切割主要采用焦炉煤气、乙炔、丙烷(烯)等燃气作为能源介质。H2作为一种绿色能源介质,可同时满足资源、环境和可持续发展的要求,是其他燃气所不能比拟的。用氢氧火焰切割替代传统连铸坯切割技术,或使用氢氧火焰对原设备进行简易改造,投入较少。为提高连铸坯质量,改善连铸坯平稳性创造了良好的条件。以氢氧气作为连铸坯火焰切割的能源介质,也同时为我国钢铁企业的节能降耗作出贡献。

1.氢氧火焰切割

(1)切割机理 金属切割是利用氢氧机向切割小车提供燃气,氢氧火焰的热能将被割金属处预热到一定温度后,喷出高速切割气流,使其高温金属立即燃烧,生成的氧化物(即氧化铁呈熔融状态)同时被气流吹走。金属燃烧产生的热量和氢氧火焰一起又将邻近的金属预热到燃点,沿切割线以一定速度移动割炬,即可形成割口并将金属切断。

(2)燃烧强度 在火焰切割中,燃烧强度是衡量燃气加热性能的综合指标,其大小主要取决于火焰燃烧速度和燃气的总热值。目前燃气中乙炔的燃烧强度最高,H2虽然燃气热值低,但由于燃烧速度快,弥补了燃烧强度这一综合指标。正因如此连铸坯的温度对切割的速度影响很大,当铸坯温度为800℃时其切割速度为常温状态下的两倍。所以在使用氢氧火焰切割铸坯时,应尽可能避免铸坯在常温下切割,使其节能效果更为显著。

(3)切割比较 随着高效连铸机的发展连铸坯已基本上采用火焰式切割,机械剪切式切割目前已被淘汰。而较常使用的切割能源介质都是焦炉煤气。在实际使用过程中,煤气管道铺设复杂、安全性能低以及管道易老化、堵塞等问题会逐渐显露出来,并且采用煤气火焰对于煤气纯度要求很高,这无形中又增加了设备使用成本。在经多年使用后,面临的难题是:由于煤气质量不易保证,使割嘴堵塞严重,更换频繁,并使连铸坯切口质量也受到很大程度影响。而清洗甚至更换煤气管道都是一项浩大工程,维护成本极高。

与之比较,如采用氢氧火焰对连铸坯切割有以下优点:

     第一,安全可靠。水电解氢氧机工作压力低,气体不储存,随产随用,且H2比重小,不会聚积。不存在煤气站或运输储存等可能发生恶性爆炸事故隐患;最重要的是采用分离式(H2、02分别输出)氢氧机,因不同于传统混合式氢氧机,从根本上解决在使用过程中“回火”频率高(连铸坯切割的割嘴温度高,易回火)这一技术瓶颈问题。设备配套成本大大降低,安全更有保障。

     第二,设备简单,操作方便。设备操作采用工业触摸屏,人机界面友好,设备运行参数设定方便,并有设备故障自诊断功能。内部由可编程控制器PLC控制。

     第三,环保节能。氢氧火焰燃烧只产生热量和水,对环境没有任何污染,而煤气有毒且有异味,燃烧后生成的物质直接危害人身健康,对环境污染严重;现场水电解制氢成本低,且不受地域限制,安全可靠。因此,使用氢氧火焰完全符合绿色工厂的要求。

    第四,切割质量好。氢氧切割连铸坯相对挂渣少,且由于“氢脆”现象挂渣脆易清理。切割表面平整。而与之相比,煤气属化石类燃气含有碳元素,在切割过程中极易形成粘稠的碳化铁,因此在连铸坯切割后挂渣多且发粘,不易清理,在后续轧钢前还需精整。这无疑增大了切割成本。

第五,损耗小。由于氢氧火焰挺直,集束性好,火焰形状似铅笔,割缝窄,切割面平整,几乎没有拖尾痕迹。割缝较煤气介质窄约15%~20%,从而大大减小了连铸坯在切割时的金属损耗。

氢氧机的切割使用图片

    第六,分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用,设备故障率低。采用氢氧火焰切割嘴使用寿命是采用煤气火焰切割嘴的5倍以上,这样使连铸坯在线切割效率大为提高。

(4)氢氧火焰切割连铸坯效果 图1为切割连铸坯,矩形坯,图2为连铸坯割缝,为连铸坯切割断面。

2.连铸坯氢氧火焰切割实施方案

(1)CH0水电解氢氧机布置 现场配量可采用二供一或三供一方式,以满足切割需求,将每台H2输出口用单向阀并入管路以供切割。02输出口也并入以供切割预热用;氢氧机相应安排独立操作间,每台氢氧机占地2.0m2,另外应考虑维修操作空间。所设独立空间上面必须设置通风口;独立操作间需按照国家安装配电柜有关规定,保证操作间氢氧机供电及接地保护;氢氧机操作间内设置排水沟,截面≥150mm×150mm。

(2)氢氧管路 将氢氧机产生的H2、02可直接送连铸机,推荐采用不锈钢材质的无缝钢管给予输出。氢氧机H2输出口软管处需加单向阀,再与硬管连接,并在硬管端设置球阀开关。输出管可根据现场实际情况而定。

(3)水路 应将自来水管路直接铺设到每台氢氧机附近,支路设置可根据具体而定,且每个支管路末端设立两个出水口,各由一个球阀控制。

(4)与混合式氢氧机比较 汇流安全柜是混合式氢氧机在连铸坯氢氧切割时必需增设的安全保护装置,它主要由水封、泄压阀及管路、阀门组成。而分离式氢氧机则可减少此设置,使实施方案大为简化。分离式氢氧机对“回火”问题的解决,也使连铸机系统内回火保护系统以及在线快速换割枪机构得以简化。总之,采用分离式氢氧机运用于连铸机比传统煤气、氢氧混合式氢氧机使用更为安全和便捷。


3.连铸坯氢氧火焰切割经济效益分析

连铸坯火焰切割采用氢氧作为能源介质与采用其他燃气介质相比,具有良好的经济效益。以150mm×150mm定尺为6m规格。按四机四流设计产量为60万t进行对比分析。采用不同能源介质(拉速为2.7m/min)连铸钢坯割缝平均宽度。从表1数据中了解,如用氢氧作为切割连铸钢坯能源介质,割缝与焦炉煤气相比小许多。仅此一项就会对连铸坯切割时的钢损节约非常可观。


截面积/mm2 平均割缝宽度/mm氢氧气 焦炉煤气 丙烷150×150 8 >13 >11具体数据分析为:①按四机四流程设计产量60万t计算,6m的定尺。②拉速2.7m/min,切割周期按60s计算。③氢氧气切割:切割150mm×150mm方坯,氢氧机每流每小时实际耗费20kW·h(CH0—6000)电费按0.6元/kW·h计算。④管道氧气0.5元/m3,焦炉煤气1.2元/m3,钢生产成本按2500元/t计算。⑤切割枪燃气流量为16m3/h(H2气流量四机并接)。⑥切割预热氧气流量为8m3/h。基本数据计标为:单根钢坯重为1.053t,折合钢坯数量为569 801根,钢坯单位重量为0.1755t,从表1可知氢氧气切割单根钢坯钢损节约0.0088t/根,总钢损节约5000t。

从以上数据可知,在同样工作量下,如将能源介质从煤气换为氢氧气体切割,因割缝变窄可节约5000t钢坯;两种能源介质相比较可节约38%的切割材料。


4.焦炉煤气、氢氧气的使用成本

(1)焦炉煤气 焦炉煤气(净化后)是无色、有臭味的有毒气体,其主要成分是H2(60%)、CH4(甲烷) (22% ~26%)、C0(6% ~9%)、碳氢化合物CnHm(4.5%)及 C02、H2、02等杂质。根据成分折算、焦炉煤气燃烧需要混合氧气体积比是1∶1,即计算出焦炉煤气吨钢耗氧(150mm×150mm截面、6m定尺)为0.14元/t。焦炉煤气价格在1.2元/m3左右,吨钢直接使用成本≤1.3元/t,比氢氧气略高,但其附属设备(回收净化、加压、煤气柜储贮、管网及安全等)投资维护费用很高,如果只为了连铸坯切割而单独投资是不经济的。


(2)氢氧气 氢氧气价格较为廉价,无污染,符合环保要求,H2无毒,不会危害操作人员的身体健康。着火温度为580~590℃,与空气混合的爆炸极限是4.0%~74.2%,15.6℃时比空气相对密度小0.069。水电解氢氧机工作压力低,不储存,随产随用,且H2比重小,易逸出飞散,即使泄漏也不会聚积,不会发生燃气站爆炸等恶性事故。同时,氢氧机因工作压力低,不属于压力容器,不在社会劳动部门管辖的范围内,而使用其他任何燃气均要通过社会劳动安全部门监管。从水电解制取的氧气本身就满足了氢气燃烧的需要,因此不需要消耗低压氧(或称混合氧),可以省下大量混合费用、理论上需氧气(氧-燃气体积比)0.5,而实际耗氧气为0.25(因氢氧燃烧的外焰由空气中氧气进行助燃)。这比用焦炉煤气需氧量(氧-燃气体)1∶1,理论上要少一半低压氧。所以用水电解制取氢气与氧进行切割,其直接使用成本只与电费有关。


使用氢氧切割连铸坯可以有两种切割方式:在不断火焰的情况下,氢氧气切割连铸坯吨钢成本与拉速成反比,与定尺无关,但相应电能损耗较大些;断火切割(在本次连铸坯切割完毕,到下次定尺切割时)与定尺有关,并与切割周期成正比,但相应电耗与不断火切割相比减少许多。表2为两种切割方式的对比情况。


(3)焦炉煤气、氢氧气经济对比见表3。由表3可以明显看出,如采用氢氧火焰切割与通常采用的焦炉煤气相比经济效益非常显著。年生产60万t连铸坯经济对比 采用焦炉煤气 采用氢氧气不熄火 采用氢氧气断火吨钢 年 吨钢 年 吨钢 年1.3 78 0.589 35.34 0.357 21.42

5.结语

    分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用,随着我国经济的飞速发展,氢氧机的钢坯需求量也与日俱增。与此同时,绿色环保的切割技术为节能降耗起到至关重要作用。电解氢氧机已广泛应用于该领域,创造出巨大的经济效益和社会效益,为我国建设资源节约型、环境友好型低碳经济的发展做出贡献。


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