連鑄坯氫氧切割應(yīng)用與碳排放研究

賈志平

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司設(shè)備動(dòng)力部，河北 邯鄲 056015）

氫氧切割最初是用于航空工業(yè)的精密切割，由于火焰溫度高，切割火焰鋒利，割縫小，逐步應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的連鑄坯切割。邯鋼已有多臺(tái)連鑄機(jī)應(yīng)用氫氧切割，其應(yīng)用效果在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

使用氫氧切割除了減少鋼鐵料消耗之外，氫氧切割過(guò)程能有效降低粉塵，目前，各個(gè)鋼鐵企業(yè)面對(duì)環(huán)保壓力，氫氧切割的應(yīng)用又能有效降低碳排放。本文通過(guò)記錄統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出氫氧切割投用后的噸鋼碳排放減少量。

1 氫氧切割工作原理

傳統(tǒng)的連鑄坯的火焰切割是使用焦?fàn)t煤氣，通過(guò)預(yù)熱后再進(jìn)行切割。而連鑄切割采用氫氧混合氣切割。不再需要預(yù)熱氧和預(yù)熱煤氣，同時(shí)，切割過(guò)程中的切割煤氣也不再消耗。如圖1所示，普通自來(lái)水氫氧發(fā)生器內(nèi)通過(guò)電解，分解成氫氧混合氣：2H2O=2H2+O2

氫氣、氧氣并不分離，而是混合在同一支管道內(nèi)，此混合氣既不是純凈的氫氣也不是純凈的氧氣，而是氫氧混合氣，而混合濃度正好是生成水的比例。壓力 1bar左右，隨產(chǎn)隨用，且不能儲(chǔ)存，因?yàn)樵诠艿纼?nèi)停留30分鐘后，會(huì)逐步重新生成水。切割過(guò)程靠此混合氣體進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生鋒利的火焰，鑄坯切割效果斷面整齊規(guī)則，流渣少，割縫僅有4～5毫米（圖2）。使用氫氧切割主要發(fā)生以下反應(yīng)：

因?yàn)闅溲趸旌蠚怏w燃燒火焰溫度高割縫小，切割過(guò)程融化和燃燒Fe的高壓切割氧用量在減少，同時(shí)，產(chǎn)生的粉塵也在減少。由于不再預(yù)熱煤氣和切割煤氣，切割過(guò)程中的碳排放直接降低。

圖1 氫氧發(fā)生器

圖2 使用氫氧混合氣對(duì)鑄坯進(jìn)行切割

2 使用氫氧切割碳排放計(jì)算

邯鋼某煉鋼分廠連鑄區(qū)域在采用氫氧切割后的焦?fàn)t煤氣消耗見(jiàn)表1。2012年1～2月份是采用傳統(tǒng)煤氣切割，2012年3～5月份是全面采用氫氧切割。由于連鑄區(qū)域焦?fàn)t煤氣除鑄坯切割車(chē)使用以外，還包含中間包烘烤，中間包干燥，鑄坯表面質(zhì)量清理以及維修用焦?fàn)t煤氣，假設(shè)這些月度消耗均衡無(wú)變化。焦?fàn)t煤氣平均減少的差值可看作是采用氫氧切割后的實(shí)際節(jié)余48101．86 m3，如果月產(chǎn)量按44萬(wàn)噸計(jì)算，噸鋼減少0．1 m3焦?fàn)t煤氣 (表 1)。

以常規(guī)板坯連鑄機(jī)煤氣切割為例，焦?fàn)t煤氣含有H2（55%～60%），CH4（22%～26%），CO（6%～9%），CO2（1．5%～3．0%），N2（3%～7%），O2（＜0．5%） 等等雜質(zhì)氣體，主要有以下反應(yīng)：

表1 使用傳統(tǒng)煤氣切割與氫氧切割焦?fàn)t煤氣消耗對(duì)比

理論上，1m3的焦?fàn)t煤氣，含有26% CH4，9%CO，即 0．26 m3CH4，0．09m3CO，假設(shè)把焦?fàn)t煤氣中各種氣體都看作是標(biāo)準(zhǔn)狀況下（STP，0℃，101kPa）的氣體，那么根據(jù)以上化學(xué)方程式，燃燒后會(huì)產(chǎn)生0．26+0．09=0．35m3的 CO2，即 1．977×0．35=0．69kg（CO2的密度是 1．977kg/m3）。

按照此煉鋼廠年度產(chǎn)量500萬(wàn)噸計(jì)算，全年能減少焦?fàn)t煤氣 500×0．1=50萬(wàn)立方米，根據(jù)上述焦?fàn)t煤氣中含量計(jì)算，此50萬(wàn)立方米焦?fàn)t煤氣共計(jì)產(chǎn)生CO2：為50×104×0．69 =346噸，即直接降低碳排放346萬(wàn)噸，如果全邯鋼年產(chǎn)連鑄產(chǎn)量按照1000萬(wàn)噸計(jì)算，全年應(yīng)降低碳排放692噸。

3 結(jié)語(yǔ)

由于氫氧切割不再消耗焦?fàn)t煤氣，使用氫氧混合氣體，因此從根本上，在鑄坯切割過(guò)程中，不再產(chǎn)生二氧化碳，直接降低碳排放，理論計(jì)算噸鋼降低碳排放0．692公斤。

[1]史寰興． 實(shí)用連鑄冶金技術(shù)[M]．冶金工業(yè)出版社，1998．

[2]干勇等，煉鋼-連鑄新技術(shù)800問(wèn)[M]． 冶金工業(yè)出版社，2003．