在钢铁冶炼这一传统高耗能行业，废钢预热一直是制约短流程炼钢效率与成本的关键环节。长期以来，传统预热方式存在热效率低、温度不均、能耗高等痛点。而近年来兴起的钢铁包纯氧燃烧废钢预热系统，以三重技术突破为核心，不仅实现了加热效率的跃升，更重构了废钢预热的工艺逻辑。

一、三重技术突破：重构废钢预热的底层逻辑

1. 超音速氧流驱动的能量穿透革命

       传统烘烤器多采用低速气流加热，热量难以穿透废钢堆叠的内部结构，常导致“表层焦化、内层冷料”的问题。而纯氧燃烧系统通过特制喷嘴形成速度高达1.9马赫的超音速喷流，其火焰刚性达到传统设备的5倍以上。

       据《物理学报》相关研究，超音速气流具备更强的动能—热能转化能力，能够有效穿透1.2米厚的废钢堆积层，直接加热钢包底部原料，从根本上解决了传统工艺中“热不透”的结构性难题。

2. 逆向对流设计：热传导路径的重构

       传统预热采用“自上而下”的加热方式，热损失大、温度分层明显。本系统则采用底部点火、火焰直射的设计，使高温烟气在钢包中形成自下而上的闭合循环。当底部废钢被加热至约1000℃时，热气流自然上升，带动上层材料反复循环受热。

       这一设计使热传导效率提升至传统工艺的6倍。现场运行数据显示，该系统能在10分钟内将10吨废钢加热至接近千度，且上下层温差不超过30℃，远优于传统工艺3–5小时仅能升温至300–400℃的水平。

3. 多燃料适配与智能控制系统

       系统在设计上具备高度灵活性，可兼容转炉煤气、高炉煤气、天然气等多种燃料。依托西门子S7-1500控制系统，实现氧气与燃料比例的动态调节，确保不同燃料条件下燃烧效率的最优化。

       例如，在永洋钢铁的120吨钢包应用中，使用转炉煤气作为燃料时，吨钢预热成本降至28元，较天然气方案再降15%，展现出良好的经济性与工况适应性。

二、环保与经济效益的双向成就

1. 全程可控的近零排放体系

纯氧燃烧虽效率高，但产生高温高湿烟气，处理难度大。系统配套“高温电除尘 + SCR脱硝 + 湿电除尘”三级净化工艺，实现烟尘全程可控：

①电除尘段捕获大颗粒物；

②SCR脱硝段在320–400℃区间借助Ti-V-W系催化剂完成氮氧化物转化；

③湿电除尘进一步去除超细颗粒。

最终系统排放浓度低于5mg/m³，优于国家钢铁行业排放标准六倍以上，实现预热全程无组织排放的闭环控制。

2. 成本结构的系统性优化

       该系统将吨钢预热成本压缩至31元，其背后是精细的能耗设计：氧气单耗控制在25标方/吨，冷却水与人工成本仅为1元/吨。相比传统电阻加热方式，能耗下降超过60%。

       以单套设备日处理600吨、年运行300天计算，每年可节约生产成本约465万元。更重要的是，废钢预热质量的提升使得转炉中废钢加入比例提高5%–13%。例如永锋钢铁的废钢比从28%提升至41%，吨钢对应铁矿石消耗下降0.5吨，资源替代效应显著。

三、系统在行业转型中的战略定位

在“双碳”目标与废钢资源趋紧的双重背景下，该技术具备多重战略意义：

①资源替代与减排贡献：单套系统年处理废钢15万吨，相当于替代25.5万吨铁矿石，减少CO₂排放约24万吨；

②安全与运维升级：加热均匀性极大改善，彻底消除了传统工艺中钢包底部结壳事故（原发生率12%），如包钢集团应用后设备检修周期延长三倍；

③行业技术溢出：该方案已在兰鑫钢铁、贵阳钢铁等12家企业成功落地，推动行业平均预热效率从35%提升至68%，形成可复制的技术输出样本。

       钢铁包纯氧燃烧废钢预热系统所带来的不仅是“10分钟升温至千度”的效率革命，更是对钢铁生产能源逻辑与原料结构的深度重塑。它以每吨31元的极低综合成本，实现了高效、均匀、清洁的废钢预热，契合工信部推动的“废钢加工行业规范条件”政策导向，也为短流程炼钢的规模化推广提供了关键技术支撑。