广西柳州钢铁集团有限公司 广西柳州 545002
摘要：介绍柳钢中板厂针对现有丙烷切割存在对成本高、故障多、切割质量差等问题，采用氢氧切割技术并进行了一系列的攻关活动，氢氧切割工艺技术在该厂的坯料切割方面得到了推广和应用。
关键词：中厚板坯；切割；割缝
0 前言
近年来，国内外切割技术取得了突破性进展，从单一的氧一乙炔火焰切割发展成为新型工业燃气火焰切割的现代化切割技术，与此同时又将现代化控制技术与切割技术相结合，研究开发出新一代的全自动切割设备。柳钢中板厂坯料切割机采用丙烷-氧气火焰切割技术，在过往的时间里曾经创造了很大经济效益。但是随着时代的发展及市场形势的变化，钢铁厂更多的追求环保、低成本、高质量，现有的丙烷-氧气火焰切割技术存在污染大、成本高、割缝大、刮渣多等缺陷。目前，国内各大钢厂已经开始采用氢氧火焰切割技术，柳钢中板厂也在2015年底开始引入氢氧火焰切割技术，通过现场的应用实践，解决了一系列问题，本文对此进行总结。
1 现有丙烷-氧气切割运行状况
柳钢中板厂加热车间在线板坯切割线现有三台双枪对切火焰切割车，为双枪火焰切割，采用丙烷-氧气火焰切割，限于诸多因素，经常有以下情况发生：
⑴ 切割期间设备周围烟尘大；
⑵ 切割车割枪割嘴需频繁更换，否则易出现割缝大（约5-10mm）、流渣多、毛刺多等现象；
⑶ 2015年切割消耗的丙烷成本约为1.55元/吨。
目前，受市场形势及国家政策的影响，钢铁厂更多地追求环保、低耗、高质地生产。针对现有丙烷一氧气火焰切割技术存在的问题和连铸机切割技术的发展，研究氢一氧火焰切割技术在攀钢连铸机的应用是十分必要的。
2 氢氧切割技术特点
2.1 优点
氢氧火焰切割是利用电解水原理，不同于纯氢气或纯氧气，氢氧发生器电解产生的氢、氧混合气共用同一个管道，直接送往切割车，此混合气体小于1bar，且随产随用不存储。根据国家标准《连铸坯氢氧切割技术规范》YB/T4327—2013，氢氧切割所用的管道按要求使用无缝管，氢氧气经过回火安全装置再与切割车拖链相连。切割车上的预热氧、预热丙烷气已取消，切割丙烷气由氢氧气取代，切割时无需预热氧可直接切割，仅保留原切割车上切割氧及管路。由于氢氧气燃烧的火焰呈淡蓝色，微量的煤气（丙烷）在切割枪上通过三通与氢氧气相连，既作为氢氧气的点火火源又提高氢气切割火焰的可视效果。
氢氧气来源于氢氧发生器，它采用电解水技术原理，通电从水中产生氢氧燃气，并且火焰集中不发散，没有任何污染。氢氧发生器产生的气源是即产即用的，水电解氢氧发生器工作压力低(≤0．09MPa)，并没有贮存，没有高压燃气(乙炔 、丙烷)瓶的爆炸风险以及泄漏的风险。氢氧燃料燃烧时不产生任何污染环境和危害的有害气体，它来源于水燃烧后又还原成水，可称之为绿色可再生能源。焦炉煤气中因含有 CO等有毒气体，如操作不当易对人身安全造成危险，因此使用氢氧气可大大提高现场操作的安全性。[1]
氢氧发生器得到国内外众多专家、同仁及用户普遍认同和高度肯定：先后获得国家星火计划成果博览会银奖、第三届全国科技新技术新产品展销会金奖、全国科技成果展览会金奖、中国专利新技术新产品博览会金奖、第十二届全国发明展览会金奖等多项殊荣；同时被国家经贸委列为2000年国家级重点产品生产计划、国家火炬计划项目。
采用氢一氧火焰切割由于氢气燃烧速度快，氢氧火焰集中，火焰挺直度好，割缝较焦炉煤气小 40％～60％(通常板坯 8～12 mm，方坯 12～30 ram)，切口平直光滑，挂渣少，渣脆，易清理，且拉速越快，切口效果越好的优势，正逐渐取代焦炉煤气一氧火焰切割技术以及其他燃气(如乙炔)的切割技术。[2]
2.2 缺点
氢氧火焰虽然由于含有饱和水和电解液，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，一般每两周换一次割嘴，职工劳动强度相对较大，割嘴损耗成本高(200元／个)。
氢氧发生器采用的是电解液 (浓度为 20％～30％的 KOH溶液)，使其产生氢气，因此其耗电量较高。
氢氧发生器故障率相对较高。设计和实际生产时，原则上一台氢氧发生器对应一流，并且需要预留一台氢氧发生器。一旦生产过程中出现故障，需要及时倒换，对生产的连续性不能有效保证。
氢氧发生器放置在现场，安全性较差。
3 氢氧切割试验及应用情况
3.1 氢氧火焰切割是利用电解水原理，在氢氧发生器内实现水电解，产生平稳的氢氧气混合气体，此混合气体比例严格按照 H2：O2 = 2:1，到达切割枪后燃烧，产生高温火焰进行切割，切割尾气为H2O，无毒无害，相比丙烷切割较为安全、环保，现场产生的粉尘较少。
3.2 切割速度跟气源压力有较大关系，氢氧切割机对冷坯切割速度基本控制在180mm/min，对热坯切割速度可达到250-280mm/min，满足生产节奏需求。
3.3 切割质量情况。
3.3.1 粗糙度情况。协议要求割面质量按JB/T5000.2-2007的相关规定中，表面粗糙度达到1级标准。现场测量粗糙度范围在3.294μm-7.265μm，符合国家标准要求。
3.3.2 挂渣情况。切割后坯料存在有少量挂渣。坯料挂渣与切割速度、气源压力有较大关系，试用阶段，氢氧切割后坯料存在有少量挂渣，可清理干净无明显痕迹。按JB/T5000.2-2007的相关规定中，挂渣要求达到1级标准，基本符合1级要求。氢氧切割坯料刮渣情况见图1。
图 2 丙烷切割面 图 3 氢氧切割面
3.3.4 割缝情况。丙烷割缝有3-10mm，而试用阶段氢氧切割割缝为3-5mm。割嘴的使用状况对割缝有较大影响，在使用过程中氢氧切割机的割嘴使用寿命较长，割缝控制得也较为稳定。在割嘴使用初期割缝为3mm，后期为4mm。
3.4 切割成本情况。试用阶段氢氧切割吨钢成本0.41元/吨（电耗0.39元/吨，桶装水0.02元/吨）。相比丙烷成本约1.51元/吨，氢氧切割成本节约1.1元/吨。（注：电单价按0.6元/kwh计算，丙烷单价按287元/瓶计算）
氢氧切割机对割嘴要求较高，更换相比丙烷较为频繁，根据现场记录，每个星期相比丙烷增加2个割嘴，但其对成本的影响并不大。
3.5 氢氧切割使用过程中存在以下问题：
①因安装的氢氧发生器数量有限（目前只安装两台），因而气源压力不足，割冷坯时容易熄火，如果生产节奏快得话，会影响到生产；
②开口切割的难度较大，特别是修边的冷坯，不好定位且容易熄火；
4 结 语
（1）根据现场应用情况，氢氧火焰切割在柳钢中板厂得到较好地利用，能够较大地降低生产成本，同时改善现场环境，提高产品质量。
（2）氢氧切割运用的时间不长，存在气源压力不足、开口切割的难度大等问题，后续可通过增加氢氧发生器提高气源压力、提高操作工对设备的维护能力等方式进行解决。
参考文献：
[1]于金辉 尹文祥 安领军 郝良慧.氢氧切割技术在切割机上的应用分析[科技资讯].，2012.（26）：82.
[2]吕勇.攀钢连铸机庆阳切割工艺技术研究[J].冶金动力，2008.（2）：11-14.
作者:李志鑫，1986年12月生，男，工程师，大学学历，现从事中厚板轧钢及热处理工艺技术工作
论文作者:李志鑫,蒙,政
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/31
标签：丙烷论文; 火焰论文; 发生器论文; 氧气论文; 技术论文; 坯料论文; 成本论文; 《防护工程》2017年第27期论文;