淺談電弧爐煉鋼復合吹煉技術

林來斌

濟南鋼鐵合金廠

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淺談電弧爐煉鋼復合吹煉技術

林來斌

濟南鋼鐵合金廠

本文從探究電爐煉鋼復合吹煉技術的背景出發，對電弧爐煉鋼復合吹煉技術具體應用進行了詳細分析，以供參考。

電弧爐；煉鋼；復合吹煉技術

前言

煉鋼生產主要有轉爐和電爐流程，其中電爐煉鋼流程是以廢鋼為主要原料，具有流程短、品種齊全、節能環保等優點。近年來，世界電爐鋼產量占總產量的32%～35%，歐美等發達國家已達50%；我國是世界上最大的電爐鋼生產國，隨著廢鋼蓄積量的增加，電弧爐煉鋼在中國煉鋼生產中的比例將不斷提高。

1 電爐煉鋼復合吹煉技術的研究背景

目前，電弧爐煉鋼工藝遇到的最主要問題是冶煉成本高，即使加入與轉爐相同的鐵水比例，電爐煉鋼生產的鋼坯成本仍高于轉爐100～400元/t，主要原因是鋼鐵料、石灰、氧氣等消耗均高于轉爐煉鋼生產，究其根源是受電弧爐爐型的限制。相同噸位的電弧爐和轉爐，噴吹相同流量和壓力的氧氣，即使加上供電產生的電磁攪拌力，電弧爐的熔池攪拌強度也只是轉爐的1/10，因此轉爐的熔池的動力學條件優于電弧爐的動力學條件。所以電弧爐煉鋼如希望提高冶煉節奏、降低冶煉成本，需強化熔池的攪拌，加快冶金反應的速度及效率。電弧爐煉鋼復合吹煉技術是以多元爐料結構為基礎，以節能及降低成本為目標，通過強化熔池攪拌，將供電、供氧及底吹攪拌等單元操作進行多尺度集成，最大限度地降低金屬料及輔助材料消耗、提高氧氣利用率。

電弧爐煉鋼復合吹煉技術是以多元爐料結構為基礎，以節能及降低成本為目標，通過強化熔池攪拌，將供電、供氧及底吹攪拌等單元操作進行多尺度集成，最大限度的降低金屬料及輔助材料消耗、提高氧氣利用率。

2 電爐煉鋼復合吹煉技術

2.1 電爐煉鋼底吹技術

由于電弧爐煉鋼的突出弱點是熔池攪拌弱，冶煉時間較長，電弧產生的熱量主要加熱熔池上部的鋼液，而底部和電弧區以外的鋼液主要是通過熱量的對流擴散來加熱，因此熱量的傳遞慢。圖1采用Fluent模擬電弧爐三相流，發現熔池底部的鋼液，即使噴吹3000Nm3/ h的氧氣量，熔池底部1秒鐘也只循環1mm。

圖1 65t電弧爐水模型的幾何參數（尺寸：mm）

若能加強熔池攪拌，將會加快爐內反應，縮短冶煉時間，降低冶煉成本。受轉爐頂底復吹技術的啟迪，上世紀80年代設想向電弧爐熔池底部吹入惰性氣體攪拌，加速了熔池中鋼液的化學成分和溫度的均勻，提高了熔池中渣鋼反應速率，根據模擬計算：電弧爐采用底吹技術可以提高熔池的攪拌速度3-5倍，這就是電弧爐底吹氣體攪拌技術。

但是由于電弧爐采用留鋼操作，電爐生產企業考慮底吹裝置對安全可能產生影響，采用底吹攪拌的電弧爐較少。直到近年北京科技大學開發了新型電弧爐底吹技術徹底解決了底吹的安全隱患，使電弧爐底吹技術得到應用。目前該技術主要包括底吹長壽技術、底吹控制技術、底吹與供氧的控制模型。

2.2 電爐煉鋼復合吹煉的技術集成

目前，電爐煉鋼各單元操作技術已相對成熟，如何將各操作單元進行系統優化，本文采用了多尺度結構理論。電弧爐煉鋼能量及成本優化就是依據原料加入及冶金操作將有效供能時間分成若干個時間段，對供電、供氧、底吹及余熱利用的操作參數進行分時段設定及優化。借助于輔助軟件工具，計算出總能量需求和各個時段內的能量需求，綜合考慮各單元的操作參數，實現總能量和各個時段能量的供需，通過強化攪拌，接近理論平衡值，達到煉鋼生產高效、節能的目的。

對于鐵水加入量大的原料結構，由于總供電量小，采用間斷性供電，因此決定電爐煉鋼技術指標的主要因素與轉爐冶煉類似，即供氧效率及熔池攪拌的強弱。

為了研究電弧爐供氧與底吹攪拌的效果，通常采用供氧與底吹的同步控制方法進行。為確定吹氧及底吹的同步控制操作，針對某特鋼65t電弧爐進行了電弧爐水模擬實驗研究，確定合適的吹氧及底吹流量。圖1為65t電弧爐水模型的幾何參數。

該特鋼有三支爐壁氧槍和一支爐門槍，最大流量分別為2500Nm3/h和2800Nm3/h。由于電弧爐各個冶煉階段的任務不同，冶煉所需要的供氧量和底吹氣流量均不同。

本文定義了不同時刻的氧氣流量形成的冶煉步驟為氧氣步驟，簡稱為氧步；同理，不同時刻的氬氣流量形成的步驟稱為氬氣步驟，簡稱為氬步。通過在該特鋼65t電弧爐的工業試驗研究，確定經驗公式為：

不同冶煉階段的氧氣和底吹氣體匹配情況如下所示。

模式1，非冶煉期：（02A×a+0.2C）/（0.375E×e）.

模式2，加料期：（02A×a+0.2C）/（0.5E×e）

模式3，廢鋼熔化期：（A×a+B+C）/（0.75E×e）

模式4，脫磷期：（A×a+B+C+D）/（0.375E×e）.

模式5，脫碳升溫期：（A×a+B+C+D）/（075E×e）

模式6，出鋼前強攪拌：（0.2A×a+0.5B+0.5C+D）/（E×e）

在上式中，A：爐壁氧槍流量，300-5000Nm3/h，一般為1-7支，槍數為a；B：爐門氧槍流量，500-6000Nm3/h；一般為1支C：EBT槍流量，100-5000Nm3/h；一般為一支；D：爐頂氧槍，200-6000Nm3/h；E：底吹流量，5-200NL/min，取1-7支，槍數為e。若電弧爐設備中擁有A，則上面公式中A的值為其相應的流量，否則A的值為0。B、C、D、E的判別情況同A一致。針對不同的冶煉模式，即不同的氧氣流量、底吹氣體流量進行編檔操作，根據設計方案，在不同的時刻調整為不同的冶煉模式，實現冶煉全自動化控制。

通過電弧爐復合吹煉技術，電弧爐供氧和底吹供氣結合起來，選擇不同模式進行復合吹煉，提高熔池內部的攪拌強度，均勻熔池成分和溫度，加快脫碳速度，提高鋼液成分和溫度的終點控制精度，縮短冶煉時間，達到了優化操作的目的。

3 結束語

總而言之，電弧爐煉鋼復合吹煉技術的應用將節能降耗、提高產品質量、降低生產成本作為目，大幅度地降低原料、能量等消耗，提高氧氣利用率和電弧爐生產效率，使我國電弧爐煉鋼主要技術經濟指標達到國際先進水平。

［1］馬國宏，朱榮，劉潤藻，張文龍，朱長富.電弧爐煉鋼復合吹煉技術的研究及應用［J］.中國冶金，2013，12：12-15.

［2］朱榮馬國宏.電爐煉鋼高效降本有新招［N］.中國冶金報，2013-12-26007.