电弧炉底吹搅拌技术的成本降低与效率提高

电弧炉熔池的加热方式属于热传导传热，即由炉渣传给表层金属，再传给深层金属，它的搅拌作用仅限于电极附近的镜面层内，极其微弱，从而造成熔池内的温度差和浓度差大。因此，电弧炉熔池形状要设计成浅碟形的，操作上要求加强搅拌。国内曾出现人工使用扒子对钢液进行搅拌，但劳动强度大、人为干扰多，而且炉子越大问题越突出。国内外曾采用电磁搅拌器，但设备投资大，效果并不理想，目前已不采用。为解决上述问题，受底吹转炉的启发，在20世纪80年代日本新日铁公司、美国联合碳化物公司等先后研究出电弧炉底吹气搅拌工艺，经济效果显著，发展很快。电弧炉底吹气体加强了熔池的搅拌，有效地降低了冶炼成本，为电弧炉高效化炼钢提供了廉价而有效的途径，并且允许电弧炉炉型为桶形。

4.5.1 供气元件及作用

电弧炉底吹搅拌工艺，即在电弧炉炉底安装供气元件，向炉内熔池中吹Ar、N₂搅拌钢液。底吹系统的关键是供气元件。供气元件有单孔透气塞、多孔透气塞及埋入式透气塞等多种形式。

目前电弧炉搅拌大多数都采用Ar或N₂，少数也用天然气和CO₂，气体从埋于炉底的接触式或非接触式多孔塞进入电弧炉内。在出钢槽出钢的交流电弧炉内，多孔塞布置在电极圆对应的炉底圆周上，并与电极孔错开布置，见图2-33。偏心底出钢电弧炉，因在出钢口区域存在熔池搅拌的死区，除按传统电弧炉内的方法布置外，还在电极圆圆心到出钢口的直线上的中心位置处设一多孔塞。对于小电弧炉，一般采用一个多孔塞布置在炉膛的中心。对于冶炼普通钢种，接触式多孔塞底吹气体量为0.028～0.17m³（标态）/min，总耗量为0.085～0.566m³（标态）/t。非接触式多孔塞底吹气量可大些。通常，熔化期可强烈搅拌，在废钢完全熔化后，为抑制电极的摆动所引起的输入功率不稳定和钢水引起的电极熔损，宜将搅拌气体流量减少到1/3～1/2。也有从均匀搅拌的角度出发，采用在熔清后并不减流量而继续操作的方法，这对提高钢水收得率、降低电耗稍有利。

对于电弧炉底吹搅拌技术，供气元件的寿命短，炉底维护、风口更换困难都限制了其推广应用。接触式多孔塞底吹系统的使用寿命为300～500炉，而非接触式多孔塞底吹系统的使用寿命已超过4000炉。

图2-33 电弧炉底吹供气元件的布置

4.5.2 底吹搅拌技术的冶金效果

底吹搅拌技术在电弧炉上应用广泛，具有良好的冶金效果。主要表现在：(www.xing528.com)

（1）减少大沸腾和“炉底冷”的现象。

（2）金属收得率提高0.5%～1%。

（3）缩短冶炼时间1～16min（典型值为5min）。

（4）节电最大可达43kW·h/t（典型值为10～20kW·h/t）。

（5）提高合金收得率。渣中FeO含量降低可分别使钢液中Mn和Si的收得率提高8.8%和2.9%，降低FeSi消耗0.72kg/t。冶炼不锈钢时，可分别使Cr与Ti的综合收得率提高约4%，并且还可以减少低碳铬铁消耗80%以上，从而节省大量合金料。

（6）提高去硫率和去磷率。底吹气体强化了钢液混合，加快了钢液中渣传递的速度，同时又降低了渣中FeO含量，提高了硫的分配系数，从而有利于脱硫。底吹气体搅拌强化了钢液混合，加快了钢液混合，加快了钢液中磷向渣传递的速度，从而有利于脱磷，特别是冶炼对磷要求高的钢种，底吹搅拌下脱磷效果十分显著。一般情况下，终点钢水中[P]质量分数可小于0.010%。

（7）降低电极消耗。