不同工藝對(duì)100t直流電弧爐冶煉純凈鋼的影響
摘要：在電弧爐50%熱裝鐵水條件下，對(duì)比了不同冶煉工藝對(duì)電弧爐冶煉周期、噸鋼氧耗和噸鋼電耗的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在電弧爐熱裝鐵水比相同的條件下，采用不同的供氧制度能夠有效縮短冶煉周期，提高電弧爐鋼水化學(xué)成分命中率。
關(guān)鍵詞：電弧爐；純凈鋼冶煉；熱裝鐵水；冶煉周期
引言
純凈鋼冶煉工藝研究目前主要包括兩方面內(nèi)容:一是盡可能降低鋼中雜質(zhì)元素的含量，二是開發(fā)新技術(shù)，嚴(yán)格控制鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量和形態(tài)。近年來隨著市場(chǎng)要求的變化和自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，江陰興澄特種鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱“興澄特鋼”）生產(chǎn)的汽車零部件用鋼日益增多，該類產(chǎn)品的表面質(zhì)量檢測(cè)、力學(xué)性能和晶粒度等檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)很高，因此對(duì)鋼液的純凈度要求也進(jìn)一步提高。電弧爐冶煉的原料主要為廢鋼和鐵水，電弧爐煉鋼采用強(qiáng)化用氧工藝[1]。其中廢鋼來源比較復(fù)雜，許多殘余元素難以控制，因此通過電弧爐兌入熱裝鐵水的方法來降低雜質(zhì)元素含量;產(chǎn)品質(zhì)量要求越高，電弧爐兌入鐵水的比例就越高。
1電弧爐主要設(shè)備工藝參數(shù)
直流電弧爐主要供氧設(shè)備為ACI PyreJet集束氧槍和Pyrox氧燃燒嘴，爐門自耗式碳氧槍和爐門水冷氧槍，具體參數(shù)如表1所示。
2試驗(yàn)方案
電弧爐中氧的輸入方式有：爐門自耗式碳氧槍、爐門水冷氧槍、爐壁燒嘴和空氣中帶入的氧氣以及造渣材料提供的少量氧，而電弧爐中氧的輸出方式則有：煙氣煙塵中的CO和CO2等氧化產(chǎn)物及未反應(yīng)的氧氣，爐渣中的FeO和SiO2等氧化產(chǎn)物。
對(duì)興澄特鋼一分廠的超高功率100t直流電弧爐的設(shè)備數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和分析得出，在采用GMBH自耗式碳氧槍和3支ACI PyreJet集束氧槍配合使用時(shí)，其能夠提供的最大有效供氧強(qiáng)度為0.8m3/（t·min）；采用4500m3/h的超音速水冷氧槍和3支ACI PyreJet集束氧槍配合使用時(shí)，有效供氧強(qiáng)度可達(dá)到1.25m3/（t·min）。
通過對(duì)設(shè)備參數(shù)和以往生產(chǎn)實(shí)踐及數(shù)據(jù)的總結(jié)分析，制定兩種不同試驗(yàn)方案：
方案1：采用自耗式碳氧槍與ACI PyreJet集束氧槍全程進(jìn)行供氧，熱裝鐵水比為50%左右，冶煉鋼種為中碳鋼，統(tǒng)計(jì)冶煉周期、噸鋼氧耗、噸鋼電耗。
方案2：采用自耗式碳氧槍和水冷氧槍在冶煉的不同階段與ACI PyreJet集束氧槍配合進(jìn)行供氧，熱裝鐵水比為50%左右，冶煉鋼種為中碳鋼，統(tǒng)計(jì)冶煉周期、噸鋼氧耗、噸鋼電耗。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)
采用以上兩種冶煉試驗(yàn)方案分別冶煉30爐，統(tǒng)計(jì)電弧爐的冶煉周期，噸鋼氧耗和電耗，如圖1，2所示。
3.2結(jié)果分析
對(duì)兩種方案的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。其中方案2的冶煉周期相對(duì)于方案1的冶煉周期平均值少2.4min，從冶煉周期值的分布來看，方案2也明顯低于方案1;在噸鋼氧耗方面，方案1比方案2少消耗氧氣3.35m3/t；噸鋼電耗方面，方案1比方案2多消耗電能26.93kWh/t。綜合對(duì)比來看，方案2要優(yōu)于方案1，為純凈鋼的后續(xù)工序處理提供了時(shí)間保證。
電弧爐熱裝一定比例的鐵水生產(chǎn)中，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，采用模塊化及分時(shí)段控制理念解決了提高供電效率問題。電弧爐熱裝鐵水冶煉，吹氧時(shí)自然形成的泡沫渣（氧化中、后期），足以包覆弧光，吹煉初期隨著低堿度爐渣的放出，應(yīng)多批量加入渣料，使?fàn)t渣堿度緩慢上升，既能持續(xù)保證爐渣的流動(dòng)性，又能提高冶煉效率，縮短冶煉時(shí)間。通過集成強(qiáng)化供氧和調(diào)整爐渣堿度、粘度等，完成全程泡沫渣冶煉。相對(duì)于方案1中的自耗式碳氧槍，方案2中采用的4500m3/h的超音速水冷氧槍，有效供氧強(qiáng)度得到提高。水冷氧槍的使用，提高了射流氧的剛性，使其對(duì)熔池有足夠的穿透深度[2]，加快鋼水脫碳、脫磷速度，在保證鋼液氧化性、磷成分符合工藝要求的前提下，縮短冶煉周期；由于供氧強(qiáng)度的提高，氧化反應(yīng)的程度相對(duì)加深，從而導(dǎo)致了噸鋼氧耗的增加;同樣由于供氧強(qiáng)度和效率的提高，電弧爐中鐵水氧化供熱量增加，同時(shí)由于冶煉效率的提高，減少了熱損失，均是電耗降低的原因。
另外，水冷氧槍冶煉存在爐壁、爐蓋的濺鋼問題，分析認(rèn)為爐壁、爐蓋是否濺鋼主要取決于爐渣的流動(dòng)性。吹煉初期，鐵水中的Si優(yōu)先氧化，渣中SiO2濃度迅速上升，同時(shí)Fe部分氧化，渣中FeO濃度亦迅速上升，此時(shí)熔渣堿度很低，流動(dòng)性良好，另一方面，C-O反應(yīng)生成的CO氣泡迅速逸出渣面，故形不成泡沫渣;吹煉繼續(xù)進(jìn)行，爐門放渣，加料造新渣，此時(shí)吹氧，熔渣發(fā)泡良好。影響爐壁粘鋼的另一因素是渣量。冶煉后期渣量較小時(shí)，盡管爐渣發(fā)泡好，流動(dòng)性也好，但仍有濺鋼現(xiàn)象，故應(yīng)保持合適的渣量，一般不低于鋼水重量的2%。
4結(jié)束語
在50%熱裝鐵水條件下，直流電弧爐冶煉純凈鋼有以下特點(diǎn)：
（1）爐門自耗式碳氧槍與超音速水冷氧槍的配合使用比單獨(dú)使用爐門自耗式碳氧槍的方式可以提高氧氣使用效率，縮短冶煉周期；
（2）爐門自耗式碳氧槍與超音速水冷氧槍的配合使用比單獨(dú)使用爐門自耗式碳氧槍的方式噸鋼氧耗要高，噸鋼電耗偏低。
（山東魯兆鋼鐵實(shí)業(yè)有限公司）
