電弧爐冶煉工藝對鋼水收得率的影響

安龍森 郭 甫 孫 浩 陳 云 程 林

（金雷科技股份公司，萊蕪 271105）

電弧爐冶煉在理論上能夠無限量使用廢鋼等冷料。近年來，隨著電弧爐煉鋼工藝技術的進步，電弧爐煉鋼發(fā)生了深刻變化，有效解決了傳統(tǒng)工藝中的一些技術問題。

1 項目概況

該特鋼冶煉廠電弧爐采用的直流電弧爐，參數(shù)容量100 t。在冶煉廠中，集束氧槍、氧燃燒嘴、爐門自耗式碳氧槍及水冷氧槍是主要的供氧設備，而爐內(nèi)加入的原料主要是內(nèi)部鐵水和社會廢鋼，所選用的熱轉鐵水比例約50%[1-3]。鐵水和廢鋼的主要化學成分見表1，入爐溫度則分別為1 300 ℃和20 ℃。

表1 鐵水和廢鋼的主要化學成分

2 實驗結果與分析

2.1 實驗結果

在確定實驗方案后，先統(tǒng)計生產(chǎn)30爐鋼的技術經(jīng)濟指標，主要包括冶煉周期、噸鋼電耗及鋼水收得率。在實驗觀察分析中，重點分析鋼水收得率這一指標。以第1種方案為基準，對比其他兩種方案，所獲得的實驗結果如圖1～圖3所示。

圖1 3種實驗方案冶煉周期對比情況

圖2 3種實驗方案噸鋼電耗對比情況

圖3 3種實驗方案鋼水收得率對比情況

根據(jù)特鋼冶煉廠直流電弧爐設備參數(shù)及以往生產(chǎn)時間數(shù)據(jù)，重點關注鋼水收得率，并基于表1中入爐原料數(shù)據(jù)制定了3種不同的實驗方案。通過對比3種實驗方案，尋找一種實驗方案能在兼顧冶煉抽汽和噸鋼電耗的基礎上提高鋼水收得率。

提出的3種實驗方案如下。

第1種：集束氧槍和自耗式氧槍作為全程供氧的設備；

第2種：在冶煉各個階段，集束氧槍、自耗式碳氧槍及水冷氧槍相互配合進行供氧及噴碳；

第3種：在冶煉各個階段，在第2種方案的基礎上調整冶煉后期的供氧強度。

2.2 實驗結果分析

在具體的實驗操作中，針對電弧爐冶煉中供電效率的問題，一般通過模塊化和分時段控制的方式來提升供電效率。而針對電弧爐冶煉時的效率問題，則是在保證不同冶煉階段爐渣堿度動態(tài)平衡的基礎上，通過保證爐渣流動性的方式來提高冶煉效率。通過分析實驗結果可知，第3種實驗方案的電弧爐冶煉周期較第1種實驗方案短，是第1種實驗方案的92.5%，且電弧爐噸鋼電耗較第1種實驗方案低，是第1種實驗方案的94.5%，但是第3種實驗方案的鋼水收得率比第1種實驗方案高，約高出1%。另外，第3種方案的電弧爐渣中的平均氧化鐵含量是第1種方案的69.7%。

2.3 3種方案對比分析

對比3種電弧爐方案，相比第1種和第2種實驗方案，第3種實驗方案多使用水冷氧化槍。水冷氧化槍的使用可提升射流氧的剛性，也能夠保證溶池具有足夠的穿透深度，以便提高鋼水脫碳、脫磷的速度，進而縮短冶煉周期。另外，冶煉過程中，隨著冶煉效率和供氧強度的提高，爐中鐵水氧化供熱量上升，不僅能夠減少熱損失，還能夠降低電弧爐噸鋼電耗。

對比第1種實驗方案，第2種和第3種實驗方案在熱裝鐵水冶煉環(huán)節(jié)使用了噴碳粉，目的是保證爐內(nèi)泡沫渣的質量。同時，在電弧爐全程供氧的情況下，爐中加入的碳與噴吹碳粉發(fā)生反應，具體的反應化學式為[4]：①（FeO）+[C]=[Fe]+CO，是氧化鐵與熔入鋼中的碳的反應；②（FeO）+C=[Fe]+CO，這一反應是爐渣中氧化鐵和固態(tài)碳的反應，可持續(xù)反應生成二氧化碳氣體，進而保證泡沫渣的質量。

另外，相比較第2種實驗方案，第3種實驗方案在后期冶煉階段的供氧強度會有所降低。隨著供氧強度的降低，渣中氧化鐵含量也會隨之變低。同時，在一定堿度的爐渣中會有大量的2CaO·SiO2懸浮物產(chǎn)生，會將爐渣分離成若干單元，隨著二氧化碳氣體的產(chǎn)生，會形成若干個小氣泡。但是，如果爐渣中氧化鐵含量較高時，可解離出氧離子，使爐渣中的懸浮物成為熔點較低的物質，可能無法將爐渣分離若干個單元。當有限的氣泡中存有大量氣體時，會沖出氣泡膜，從而縮短泡沫渣發(fā)泡時間，降低渣液界面的反應效率，表現(xiàn)為冶煉周期和噸鋼電耗發(fā)生相應變化。隨著爐渣中氧化鐵含量的降低，相應的鋼水收得率有所升高，在原有基礎上提高了1%左右。

3 提高鋼水收得率的實踐與建議

針對鋼冶煉生產(chǎn)中鋼水收得率低的問題，除了通過改進電弧爐冶煉工藝來提高鋼水收得率以外，目前許多煉鋼廠還通過提高鋼水質量、耐火材料改進、設備改進及中間包烘烤等方式來提高鋼水收得率。

3.1 提高鋼水質量

先重新修訂溫度控制，包括出鋼溫度、大包溫度、吹氬后溫度和中包溫度，然后借助微機技術采集這些溫度數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的全面性，并嚴格控制各個工序的鋼水溫度，以提高鋼水受控率。另外，為改善鋼水流動性，采用彌散性吹氬幫對鋼水進行頂吹氬處理，目的是保證鋼液成分和溫度均勻，進而使得夾雜物上浮。

3.2 耐火材料改進

對中間包襯永久層的材質及砌筑方法進行改進，以降低中間包穿包事故的發(fā)生。同時，用整體打結塞桿進行試驗，試驗了8根4套塞桿。試驗發(fā)現(xiàn)，塞桿基本完好，沒有掉塊痕跡，受到鋼液的影響并不明顯，可繼續(xù)使用。

3.3 設備改進

先優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)，在循環(huán)水路上安裝自動反沖過濾器，然后借助系統(tǒng)本身存在的水壓反沖洗，消除一些大顆粒懸浮物，有效解決噴嘴堵塞的問題，同時減少漏鋼事故[5]。之后，對冷床進行改造。由于之前冷床相對復雜和龐大，為了能夠省去系列的復雜動作，用鏈傳動帶推頭的底置式推鋼裝置替換原本的頂置式推鋼車。替換使用后發(fā)現(xiàn)，改造后的冷床故障發(fā)生率明顯降低，且便于維修保養(yǎng)，因此能夠大幅度減少鋼水浪費的發(fā)生。

4 結語

除了通過提高爐渣中氧化鐵含量來提高鋼水收得率以外，本文結合具體的煉鋼生產(chǎn)實踐，通過提高鋼水質量、改進耐火材料、改進設備及中間包烘烤等方式，提高了鋼水收得率。