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[摘 要]在工业污染严重、生产能耗极高的情况下，有必要对节能减排生产技术进行深入研究，提高资源利用率，减轻环境负荷。本文主要通过对节能减排的-富氧燃烧技术在钢铁生产中的应用进行了分析，得到在钢铁冶炼生产中，具体通过富氧烧结工艺、富氧燃烧技术烘烤钢包、DFI 氧燃技术在带钢处理线中的应用，达到提升炼钢生产的处理能力，降低燃耗和污染物排放量，缩短加热时间，节约生产成本的目的。
[关键词]钢铁生产；热风炉；富氧燃烧技术；应用
中图分类号：TP54.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0047-01
在人类社会活动的扩展过程中，造成了工业污染、生产的高能耗，最终造成了当下社会环境资源和能源的匮乏，加重了环境负荷。由此，必须要通过采取节约能源、减少污染物排放的措施，减少环境中的污染物，让资源能够得到有效利用。本文所述的富氧燃烧技术正好是节能减排工业措施的一个良好方案，能够在重工业行业的燃烧中提高能源利用效率，并降低工业生产所排放的污染物的量，有利于工业生产中的燃料消耗的降低。
1 富氧燃烧技术
在平常的空气燃烧中，一般氧气、氮气的含量分别是21%和78%，空气中另外的1%为其它不助燃的惰性气体，氧气、氮气在空气燃烧中的比例约为1：4。空气中的氮气和其它惰性气体还能留存在燃烧烟气中，损耗燃烧热量。而富氧燃烧技术则是通过增加燃烧过程中氧气的体积分数，以此达到助燃的目的。由于空气中同样为1%的氧气和氮气所占的空间大小不同，其中1%的氧气所需空间为4%的氮气所需的空间。由此，增加空气中的氧气能够减少4倍的氮气，以此加快燃烧速度，使得燃料提高燃烧效率，并减少用气量，帮助工业生产达到节能减排的目的。
当下世界各国均在广泛推广和应用富氧燃烧技术，这一技术最先在黑色冶金、有色冶金和玻璃制造业中得到应用，随着该技术的推广应用，国内的宝钢、济钢、韶钢等均采用了该技术。
2 钢铁生产中富氧燃烧技术的应用
2.1 富氧烧结
在助燃空气和抽入料层空气中增加氧气的量，通过改变燃料的燃烧条件，从而使得燃料燃烧带的氧化气氛得以增强，这就是富氧烧结，在烧结过程中能增加液相生成量，从而延长了保温时间、提升烧结矿成品率与转鼓指数。当固体燃料在烧结层中充分燃烧后，就能使得燃料消耗降低，同时，CO2的排放也就減少。根据日本神户钢铁公司的加古川厂所用的富氧烧结工艺的实际情况来看，通过将移动式吹氧装置安装在燃烧烧结机后面，将氧气在台车宽度内沿着烧结机身方向吹入，其吹氧量达到9Nm3/t，改善了烧结指标（如下图）。富氧烧结的技术数据如下表。我国的一些大型炼钢厂如宝钢、梅钢、韶钢等，均进行了富氧烧结试验，证明了该技术显著改善了烧结矿的强度、RDI、RI，从而使得高炉冶炼更加有效，并降低焦比。
2.2 富氧燃烧烘烤钢包
在韩国的Combus Tech公司中，利用了富氧燃烧技术的优势特点，用于1200℃以上的钢包烘烤工艺中。根据该公司的试验结果表明，当改变氧输入率条件，会发现加热温度、燃料使用、操作成本之间的微妙关系：1）处于较高的加热温度期间，提高氧输入率能够较大地提升节能率；2）当处于较低加热温度期间，提高氧输入率使得节能率的提升幅度较小；3）低于700℃的加热温度条件下，采用富氧助燃技术反而会增加生产成本，比空气助燃的操作成本还要高，成本随着氧气输入率的升高而增加。只有在700℃以上时，其富氧助燃成本才会比空气助燃成本有优势，此时成本随着氧气输入率的升高而降低。以下表达式为氧气输入率的公式：
氧气输入率=纯氧/（纯氧+空气中氧）
由此，Combus Tech公司只在120tAOD钢包烘烤器中使用富氧燃烧技术，其新砌耐火材料需要钢包烘干的过程中进行均匀加热，通过温度为依据来控制氧输入率，范围是0%～20%，当钢包在烘干时，将氧输入率提高到60%～90%，从而最大限度地节约能量消耗，降低成本。若在20t钢包烘烤器中应用富氧燃烧技术，则会转换燃料，由2号油变成天然气，通过PLC控制富氧燃烧系统，以此使得操作成本降低，将加热时间缩短，提升生产率。在该公司的操作中得知，钢包烘烤工艺中富氧燃烧技术的应用，能够节约40%的能耗，而操作成本至少降低30%，缩短了加热时间，同时，使得CO2和颗粒有机碳的排放量降低了40%和60%。
2.3 带钢处理线中DFI氧燃技术的应用
DFI氧燃技术为德国Linde公司创立，在实际带钢处理线中，在带钢较近的地方排布小氧燃烧嘴，让氧燃火焰能够对运动的带钢形成直接冲击，以此提高了约80%的热效率，降低了单位燃耗，能够同时进行加热和清洁，增强了带钢处理能力至少30%。
2002年，瑞典OutokumpuNyby厂中首次应用了DFI氧燃技术后，表示该厂的生产能力有50%的提升，过去的生产能力为23t/h，使用DFI氧燃技术后为35t/h。在镀锌线、镀锌铝线的退火炉中应用了DFI氧燃技术后，使得各自的处理能力均得到提高，其中Finnentrop厂的镀锌线提高了30%的处理能力，降低了5%的天然气消耗，完成了20%的NOx减排，而CO2的排放量减少了1200t/a。
2.4 加热炉和热处理炉中无焰氧燃技术的应用
通过肉眼不容易看到的火焰燃烧方式就是无焰燃烧。在烟道气的稀释下，火焰的温度较低而传播较宽，延伸了火焰燃烧的时间和空间，其体积扩展。通过对部分烟道气二次循环到烧嘴对火焰进行稀释，或者是单独高速喷吹燃料和氧气，都能实现无焰燃烧。在较宽的传播体积下的火焰，能够让钢材加热更加均匀有效，而在热炉气的稀释下，火焰温度降低，也就不会生成热力型NOx。
当下，世界各国有30多座炉子都在用LindeREBOX所開发的无焰氧燃技术，包括我国东百的特钢公司。其中无焰氧燃技术在Shelby厂的环形炉中的应用，提高了25%以上的加热能力，和空燃相比，节约了50%的燃料和降低70mg/MJ的NOx排放量。
3 结束语
综述，通过多个厂家钢铁生产中富氧燃烧技术的应用表明，该技术能够提升生产处理能力，减少燃耗，减少NOx、CO2的排放量，缩短加热时间，具有快速加热的优点，能够灵活适应工况各种条件，促进钢铁冶炼的效率，符合国家节能减排的战略发展要求，有助于轧钢生产提升其效益。
参考文献
[1] 雷杰.富氧燃烧时加热炉中钢坯的加热及氧化特性研究[D].重庆大学，2014.
[2] 毛玉如.循环流化床富氧燃烧技术的试验和理论研究[D].浙江大学，2003.
[关键词]钢铁生产；热风炉；富氧燃烧技术；应用
中图分类号：TP54.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0047-01
在人类社会活动的扩展过程中，造成了工业污染、生产的高能耗，最终造成了当下社会环境资源和能源的匮乏，加重了环境负荷。由此，必须要通过采取节约能源、减少污染物排放的措施，减少环境中的污染物，让资源能够得到有效利用。本文所述的富氧燃烧技术正好是节能减排工业措施的一个良好方案，能够在重工业行业的燃烧中提高能源利用效率，并降低工业生产所排放的污染物的量，有利于工业生产中的燃料消耗的降低。
1 富氧燃烧技术
在平常的空气燃烧中，一般氧气、氮气的含量分别是21%和78%，空气中另外的1%为其它不助燃的惰性气体，氧气、氮气在空气燃烧中的比例约为1：4。空气中的氮气和其它惰性气体还能留存在燃烧烟气中，损耗燃烧热量。而富氧燃烧技术则是通过增加燃烧过程中氧气的体积分数，以此达到助燃的目的。由于空气中同样为1%的氧气和氮气所占的空间大小不同，其中1%的氧气所需空间为4%的氮气所需的空间。由此，增加空气中的氧气能够减少4倍的氮气，以此加快燃烧速度，使得燃料提高燃烧效率，并减少用气量，帮助工业生产达到节能减排的目的。
当下世界各国均在广泛推广和应用富氧燃烧技术，这一技术最先在黑色冶金、有色冶金和玻璃制造业中得到应用，随着该技术的推广应用，国内的宝钢、济钢、韶钢等均采用了该技术。
2 钢铁生产中富氧燃烧技术的应用
2.1 富氧烧结
在助燃空气和抽入料层空气中增加氧气的量，通过改变燃料的燃烧条件，从而使得燃料燃烧带的氧化气氛得以增强，这就是富氧烧结，在烧结过程中能增加液相生成量，从而延长了保温时间、提升烧结矿成品率与转鼓指数。当固体燃料在烧结层中充分燃烧后，就能使得燃料消耗降低，同时，CO2的排放也就減少。根据日本神户钢铁公司的加古川厂所用的富氧烧结工艺的实际情况来看，通过将移动式吹氧装置安装在燃烧烧结机后面，将氧气在台车宽度内沿着烧结机身方向吹入，其吹氧量达到9Nm3/t，改善了烧结指标（如下图）。富氧烧结的技术数据如下表。我国的一些大型炼钢厂如宝钢、梅钢、韶钢等，均进行了富氧烧结试验，证明了该技术显著改善了烧结矿的强度、RDI、RI，从而使得高炉冶炼更加有效，并降低焦比。
2.2 富氧燃烧烘烤钢包
在韩国的Combus Tech公司中，利用了富氧燃烧技术的优势特点，用于1200℃以上的钢包烘烤工艺中。根据该公司的试验结果表明，当改变氧输入率条件，会发现加热温度、燃料使用、操作成本之间的微妙关系：1）处于较高的加热温度期间，提高氧输入率能够较大地提升节能率；2）当处于较低加热温度期间，提高氧输入率使得节能率的提升幅度较小；3）低于700℃的加热温度条件下，采用富氧助燃技术反而会增加生产成本，比空气助燃的操作成本还要高，成本随着氧气输入率的升高而增加。只有在700℃以上时，其富氧助燃成本才会比空气助燃成本有优势，此时成本随着氧气输入率的升高而降低。以下表达式为氧气输入率的公式：
氧气输入率=纯氧/（纯氧+空气中氧）
由此，Combus Tech公司只在120tAOD钢包烘烤器中使用富氧燃烧技术，其新砌耐火材料需要钢包烘干的过程中进行均匀加热，通过温度为依据来控制氧输入率，范围是0%～20%，当钢包在烘干时，将氧输入率提高到60%～90%，从而最大限度地节约能量消耗，降低成本。若在20t钢包烘烤器中应用富氧燃烧技术，则会转换燃料，由2号油变成天然气，通过PLC控制富氧燃烧系统，以此使得操作成本降低，将加热时间缩短，提升生产率。在该公司的操作中得知，钢包烘烤工艺中富氧燃烧技术的应用，能够节约40%的能耗，而操作成本至少降低30%，缩短了加热时间，同时，使得CO2和颗粒有机碳的排放量降低了40%和60%。
2.3 带钢处理线中DFI氧燃技术的应用
DFI氧燃技术为德国Linde公司创立，在实际带钢处理线中，在带钢较近的地方排布小氧燃烧嘴，让氧燃火焰能够对运动的带钢形成直接冲击，以此提高了约80%的热效率，降低了单位燃耗，能够同时进行加热和清洁，增强了带钢处理能力至少30%。
2002年，瑞典OutokumpuNyby厂中首次应用了DFI氧燃技术后，表示该厂的生产能力有50%的提升，过去的生产能力为23t/h，使用DFI氧燃技术后为35t/h。在镀锌线、镀锌铝线的退火炉中应用了DFI氧燃技术后，使得各自的处理能力均得到提高，其中Finnentrop厂的镀锌线提高了30%的处理能力，降低了5%的天然气消耗，完成了20%的NOx减排，而CO2的排放量减少了1200t/a。
2.4 加热炉和热处理炉中无焰氧燃技术的应用
通过肉眼不容易看到的火焰燃烧方式就是无焰燃烧。在烟道气的稀释下，火焰的温度较低而传播较宽，延伸了火焰燃烧的时间和空间，其体积扩展。通过对部分烟道气二次循环到烧嘴对火焰进行稀释，或者是单独高速喷吹燃料和氧气，都能实现无焰燃烧。在较宽的传播体积下的火焰，能够让钢材加热更加均匀有效，而在热炉气的稀释下，火焰温度降低，也就不会生成热力型NOx。
当下，世界各国有30多座炉子都在用LindeREBOX所開发的无焰氧燃技术，包括我国东百的特钢公司。其中无焰氧燃技术在Shelby厂的环形炉中的应用，提高了25%以上的加热能力，和空燃相比，节约了50%的燃料和降低70mg/MJ的NOx排放量。
3 结束语
综述，通过多个厂家钢铁生产中富氧燃烧技术的应用表明，该技术能够提升生产处理能力，减少燃耗，减少NOx、CO2的排放量，缩短加热时间，具有快速加热的优点，能够灵活适应工况各种条件，促进钢铁冶炼的效率，符合国家节能减排的战略发展要求，有助于轧钢生产提升其效益。
参考文献
[1] 雷杰.富氧燃烧时加热炉中钢坯的加热及氧化特性研究[D].重庆大学，2014.
[2] 毛玉如.循环流化床富氧燃烧技术的试验和理论研究[D].浙江大学，2003.