連鑄坯氫氧切割應用與碳排放研究

賈志平

（河鋼集團邯鋼公司設備動力部，河北 邯鄲 056015）

氫氧切割最初是用于航空工業的精密切割，由于火焰溫度高，切割火焰鋒利，割縫小，逐步應用于鋼鐵行業的連鑄坯切割。邯鋼已有多臺連鑄機應用氫氧切割，其應用效果在國內處于領先水平。

使用氫氧切割除了減少鋼鐵料消耗之外，氫氧切割過程能有效降低粉塵，目前，各個鋼鐵企業面對環保壓力，氫氧切割的應用又能有效降低碳排放。本文通過記錄統計，計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

傳統的連鑄坯的火焰切割是使用焦爐煤氣，通過預熱后再進行切割。而連鑄切割采用氫氧混合氣切割。不再需要預熱氧和預熱煤氣，同時，切割過程中的切割煤氣也不再消耗。如圖1所示，普通自來水氫氧發生器內通過電解，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，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，隨產隨用，且不能儲存，因為在管道內停留30分鐘后，會逐步重新生成水。切割過程靠此混合氣體進行燃燒，產生鋒利的火焰，鑄坯切割效果斷面整齊規則，流渣少，割縫僅有4～5毫米（圖2）。使用氫氧切割主要發生以下反應：

因為氫氧混合氣體燃燒火焰溫度高割縫小，切割過程融化和燃燒Fe的高壓切割氧用量在減少，同時，產生的粉塵也在減少。由于不再預熱煤氣和切割煤氣，切割過程中的碳排放直接降低。

圖1 氫氧發生器

圖2 使用氫氧混合氣對鑄坯進行切割

2 使用氫氧切割碳排放計算

邯鋼某煉鋼分廠連鑄區域在采用氫氧切割后的焦爐煤氣消耗見表1。2012年1～2月份是采用傳統煤氣切割，2012年3～5月份是全面采用氫氧切割。由于連鑄區域焦爐煤氣除鑄坯切割車使用以外，還包含中間包烘烤，中間包干燥，鑄坯表面質量清理以及維修用焦爐煤氣，假設這些月度消耗均衡無變化。焦爐煤氣平均減少的差值可看作是采用氫氧切割后的實際節余48101．86 m3，如果月產量按44萬噸計算，噸鋼減少0．1 m3焦爐煤氣 (表 1)。

以常規板坯連鑄機煤氣切割為例，焦爐煤氣含有H2（55%～60%），CH4（22%～26%），CO（6%～9%），CO2（1．5%～3．0%），N2（3%～7%），O2（＜0．5%） 等等雜質氣體，主要有以下反應：

表1 使用傳統煤氣切割與氫氧切割焦爐煤氣消耗對比

理論上，1m3的焦爐煤氣，含有26% CH4，9%CO，即 0．26 m3CH4，0．09m3CO，假設把焦爐煤氣中各種氣體都看作是標準狀況下（STP，0℃，101kPa）的氣體，那么根據以上化學方程式，燃燒后會產生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量500萬噸計算，全年能減少焦爐煤氣 500×0．1=50萬立方米，根據上述焦爐煤氣中含量計算，此50萬立方米焦爐煤氣共計產生CO2：為50×104×0．69 =346噸，即直接降低碳排放346萬噸，如果全邯鋼年產連鑄產量按照1000萬噸計算，全年應降低碳排放692噸。

3 結語

由于氫氧切割不再消耗焦爐煤氣，使用氫氧混合氣體，因此從根本上，在鑄坯切割過程中，不再產生二氧化碳，直接降低碳排放，理論計算噸鋼降低碳排放0．692公斤。

[1]史寰興． 實用連鑄冶金技術[M]．冶金工業出版社，1998．

[2]干勇等，煉鋼-連鑄新技術800問[M]． 冶金工業出版社，2003．