第三章 传统电弧炉炼钢的节能技术.doc

第三章 传统电弧炉炼钢与节能技术第一节 熔化期52. 什么是传统电弧炉炼钢？其发展概况是怎样的？电弧炉炼钢是以电能作为热源的炼钢方法之一，传统电弧炉炼钢一般是指靠电极和炉料间放电，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。传统电弧炉炼钢具有下列特征：（1）能源输入以电能为主；（2）冶金过程通常分为熔化期、氧化期、还原期三个阶段操作；（3）原料以废钢为主，配以10-15%生铁；（4）产品主要是模铸钢锭，也有一些连铸坯。1906年4月5日，第一座工业性的炼钢电炉（单相，两根电极，出钢量为4吨）在美国纽约的哈尔柯柏钢厂投产，开启了电炉炼钢的历史。在二次世界大战以前，由于电力工业的制约，电力昂贵，电炉炼钢的设备与工艺还处在不断完善阶段以及原料方面等等问题，世界电炉钢所占的比例很小，它仅仅作为冶炼高合金钢、工具钢及特殊钢的手段。直到二次大战以后，世界电炉钢才有了迅速的发展。电炉炼钢能得到迅速的发展主要原因：（1）废钢日益增多随着工业不断发展，新老设备替换，造成了废钢资源日益丰富。若仍旧按照原来平、转炉为主的生产形式，必将导致废钢过剩。同时随钢铁产量增长，相应增加了加工废钢切头。这些因素将会使社会废钢总数增加，若不循环使用，将会造成社会的公害。（2）钢铁工业迅速增长，造成世界性的优质焦炭供应紧张世界性的优质焦炭价格上涨，迫使一些高炉停产或减产。由于发电设备大型化，技术不断改进，使发电可利用部分劣质粉煤，因此电的供应与价格比较稳定，所以电炉炼钢发展有了比较可靠的基础。（3）电炉炼钢竞争力增强.电炉炼钢由于向大型化、超高功率化发展，冶炼工艺及强化供能方法比平炉合理，从而增加了与平炉的竞争能力。（4）电炉具有设备投资少，基建速度快，资金回收迅速，特别适于中小型钢铁企业。（5）钢液温度、成份控制容易，品种适应性大，可以冶炼各种牌号的钢，同时还能适应间断性生产。由于以上几方面的原因，电炉炼钢在主要产钢国以及发展中国家中得到广泛采用。尤其是上世纪70年代以后，电炉炼钢技术飞速发展，电弧炉炼钢逐渐告别传统电弧炉炼钢，步入现代电弧炉炼钢。53. 传统电弧炉炼钢通常分哪几个熔炼阶段？各有什么任务？传统电弧炉炼钢熔炼过程，通常分为熔化期、氧化期、还原期三个阶段。随着冶炼技术的发展，部分还原期任务逐渐由炉外精炼来完成。从通电开始到炉料全部熔化的阶段称为熔化期。其主要任务是迅速熔化全部炉料，主要要求去除部分的磷。为了加速炉料熔化和节约电能，在熔化期一般采用吹氧助熔。炉料全部熔清后，取样分析，进入氧化期。这个阶段的任务为：最大限度地降低钢液中的磷含量，通过碳氧反应去除钢中气体（氮、氢），将钢液温度加热到稍高于出钢温度。为完成上述任务，必须向炉内加入石灰、矿石，进行吹氧、流渣等项操作。当氧化期结束时，要将氧化性炉渣去除掉。随着技术进步，加入矿石的氧化操作方法，由于矿石会大量吸热，增加能耗，基本上已逐渐被淘汰停电去除氧化渣后，用石灰、萤石造新渣，开始进入还原期。还原期的主要任务为：去除钢中的硫含量，脱氧，调整钢液化学成分与温度。还原期操作时要分批向炉渣面均匀加入碳粉、硅铁粉，设法使炉渣颜色变白并保持白渣。同时还要向熔池加入锰铁、硅铁以及冶炼钢种所需要的铁合金。为了最终脱氧，还要向钢液内插铝块。54. 装料对熔炼电耗有什么影响？料场装好料，保证达到炉前的各种要求，这是对料场装料工提出的要求，也是料场工一直在追求的目的。根据料源情况合理配比，合理布料，就能保证冶炼过程中电弧稳定，操作顺利，使炉料熔化很快，从而缩短整个冶炼时间，降低每吨钢的耗电量。反之，则会延长熔化时间，增大耗电量。在电弧炉炼钢生产中，料场配料工序虽然是一个辅助部门，但装料质量好坏，对电弧炉炼钢节电起着一个关键作用。因此，面对复杂多变的料源，怎样合理运用，发挥各种料特点，确保电极与金属炉料间的良好导电，熔化过程炉料不搭桥和严重塌料，从而保证炉前的需求，这个问题不能忽视。55. 怎样的配料结构更有利于降低冶炼电耗？一般配料结构大致是中型块度渣钢2030，生铁或废模610，统料与切头交叉使用，生铁上面再覆盖冷压块20。有观点认为多用切头为好，这种想法是不正确的。因为大量使用低碳切头，熔化过程中，容易造成大片料粘连区域，给操作带来被动。有些单位从降低成本单一角度考虑，多使用泡料(或是压块)，这也需要综合考虑，因为大量的压块(尤其是热压块)含有较多油污、铁锈等、杂质，熔化过程中，将损耗大量的碳，往往容易造成熔毕碳低。有时受料源制约，料源中渣钢量太多，切头存量很少，或料质太轻，这就迫使料场装料工多用渣钢。渣钢含杂质多，块度大小不一，形状千变万化，非常容易造成不导电，不易密装，容易断电极，所以料场在装料过程有三忌忌多用切头，忌多用渣钢，忌多用压块。但是在某些客观条件下，综合考虑经济效益，却是不得不多用切头、多用渣钢和多用压块。显然在装料过程中，要合理搭配，科学布局，才能把不利因素下降到最低限度。56. 怎样做到合理布料？在料罐中布料要求炉料要密实，因为装得紧密，不仅能减少进料次数，而且能使炉料的导电性能好，电弧稳定，通电不久就能输入最大功率，使熔化期缩短，减少热损和电能消耗。那么如何做到炉料密实呢?这就需大、中，小料配比得当，习惯上认为小料是小于10公斤的炉料，中料是指1050公斤的炉料，大料是指大于50公斤，小于2吨的料。炉料块的配比见表3-1。表3-1 炉料块的配比表炉料块度小料中料大料配比%152540503545一般来说，要使炉料密实，废钢块度不宜太大，因为废钢块度大，存在热传导性差异，熔化时电弧不稳定，会延长熔化时间，从而需要大量的电能。若使用小块度的废钢则能降低单位电耗，因为进料时小块度的废钢熔化时易落入熔池，熔化过程较为顺利。装料时对料场的炉料情况，应该做到心中有数，使炉内布料合理，因为如布料不合理，将大块炉料装在炉墙四周，电极虽然容易“穿井”，炉子中部熔化得很快，但四周熔化很慢，又如将废钢锭全装在最上层，电弧燃烧虽然稳定，但“穿井”慢，弧光较长时间暴露在炉料上面，而且离炉顶很近，影响了炉顶的寿命。一般可先在炉底铺一层石灰，其重量为炉料重量的1.52.0，目的是为了减轻装料时炉料对炉底的冲击，并使炉渣提早形成，以利于去磷。石灰上铺一层小料，重量为整个小料重量的12，作用同样是保护炉底免受冲击。欲使炉料配入一定量碳，若用焦炭作为增炭剂时，可将焦炭放在这部分小料上面，以提高焦炭的收得率。小料上铺大料，但要注意将大料放在电弧高温区，以加速熔化。中块料装在大料四周或大料上部，以填满大料四周的空隙。最上面铺剩余的小料，为的是使熔化初期电极能很快的“穿井”，弧光热能大部分被炉料吸收，可减少弧光对炉顶的辐射并充分利用热能。合理布料应做到：下致密，上疏松，中间高，四周低，“穿井”快，不搭桥，炉门口无大料。这样的布料，能使炉料较快地熔化，同时也可以减少炉衬的损坏。对于合金元素烧损问题，要根据合金元素的熔点和易氧化程度来考虑，对有些熔点高而又不易氧化的铁合金如钨铁，钼铁等，布料时应放在电弧高温区(但不要放在电弧下)，高温下易挥发的合金如铬铁和镍等，应放在电弧高温区以外，即靠近炉坡的地方以防止挥发损失。废钢的块度形状与单位电耗之间的关系：一般废钢块度越小，电弧就越稳定，有利于提高电弧炉的热效率，降低单位电耗。57. 配料的成分和配料的准确性对熔炼电耗有影响吗？配料要做到准确配料，所谓准确配料是指炉料重量与成分两个方面。配料不准确会给炉前操作带来许多麻烦。例如：氧化法炼钢时，配碳过高，在氧化期势必增加矿石用量或延长吹氧时间；配碳过低，全熔后扒渣需碳粉或生铁增碳，这样也拖延了冶炼时间，浪费了电能。又如返回法炼钢时，若装料质量不高，往往容易造成某些元素过高或偏低，为了降低或增加它们的含量，就一定要加入大量的纯铁或合金，造成了注余钢水猛增，既消耗了各种原材料和合金材料又延长冶炼时间，增加电耗。配料时尤其应重视不氧化元素（Mo、Ni、Cu等）和不易氧化元素等的控制。有时由于进料质量未把好关，熔清残余元素高，无钢种可改，只能当作原料钢倒掉，白白浪费时间与电能。有时有些有害元素混入未被发觉(例如Sn)，冶炼成成品后，往往造成纵裂而报废。此外由于配料重量不准(缺料)还会导致成分脱格或产生短锭废品。58. 配料中的碳含量是如何影响冶炼电耗的？冶炼过程中碳含量对冶炼操作有较大的影响，配料时一定要确保一定的配碳量。其原因在于为了保证氧化期完成去气、去除非金属夹杂、均匀温度等任务，而这些任务要靠碳-氧反应完成。若熔清碳过低，甚至比规格要求还低，势必要采取措施增碳。不论炭粉增炭或生铁增炭，热损失都是很大的，会导致冶炼时间延长，电耗回升，是不符合节电要求的。此外，钢液含碳量越高，其熔点越低，有足够配碳量能降低钢液熔点。而熔化吨钢所需热量为：Q1000kg(0.16KCalkg钢熔点+钢熔解热)所以含碳量高了亦能达到节电目的。从氧气和碳的反应分析：FeO+12O2=FeO H0-28000CalFcO+C=Fe+CO H05350Cal不论间接氧化碳，还是直接氧化碳，均是放热过程，所以有了足够溶清碳，我们就可以发挥以氧代电作用，达到节电目的。所以，料中含碳量高低，对整个冶炼电耗及各项经济效益有极其重要影响。59. 为什么要重视配料的化学成分？因为炉料含有各种合金元素，所以我们对于各种元素亦应有个要求。碳：确定配碳量时，通常考虑三个因素，即熔化期的碳损，氧化期的脱碳量，还原期补加合金和炉渣对钢液的增碳。为了利用脱碳沸腾去除钢液中气体和非金属夹杂物，配碳量应能满足这个要求。硅，在一般情况下，硅都是由料带来的。氧化法冶炼时一般不人为配入。氧化法中熔清钢液含硅量大于0.3时，会延缓沸腾时间，所以应限制硅废钢的配入量。返回法中，炉料中配入部分高硅废钢时，可以提高其他合金元素的收得率，但配硅量也不宜超过1.0。锰：用氧化法冶炼的钢种，若锰的规格较宽，配料时一般对其配入量不予以考虑。若锰的规格较窄或含量较低，如碳素工具钢，部分合金工具钢，铬轴承钢等，配料时应引起注意，熔清钢液的锰含量应低于0.2。对于一些重要用途的合金结构钢，为了顺利去除钢中的非金属夹杂物，熔清钢液的锰含量不应低于0.2，但也不宜过高，以免阻碍熔池沸腾。用返回法冶炼时，配锰量不得超过钢种规格上限。铬：用氧化法冶炼时，炉料中的铬应尽可能的少，即使铬结构钢也是如此，因部分铬在氧化期会被氧化，进入炉渣。同时，铬的氧化物使炉渣变稠，妨碍脱磷反应顺利进行，使熔炼时间延长。冶炼高铬钢时的配铬量，装入法时按中下限配，返回吹氧法则低于下限。镍、钼、钨等元素，钢种要求含量较高时，按规格中下限配入，同炉料一起装入。工具钢的镍，弹簧钢的钼，对钢的性能特别有害，应严加控制越低越好，不含镍钢种所用炉料中镍不得超过0.20。另外，配料时还应考虑到上炉冶炼钢种可能回收的含量。炉料中硫磷含量越低越好，但应考虑到这样的炉料(废钢，生铁、软铁)难得。一般说来，氧化法的配硫和配磷量可视料源配，越低越好，而返回法的配磷量则须严格控制在成品磷的0.005%以下。60. 确保配料质量，应该注意哪些问题？为确保配料质量，应该注意下列几个问题：（1）加强来料管理，做好光谱鉴定，保证炉料成分基本准确。（2）根据来料质量，准确掌握炉料的收得率。（3）配料时必须进行准确过磅。冶炼方法有返回吹氧法、装入法和氧化法。对于不同冶炼方法，在装料时亦有不同要求。氧化法有脱磷去气去夹杂要求，所以应尽量使用普通废钢；返回法必须使用优质的返回废钢。返回钢料中回收的合金元素，尤其是回收的贵重合金元素，必须充分有效利用，这具有较大的经济意义。通常合金废钢中凡含铬、镍、钨、钼等元素的，都应该作为返回料。61. 炉料进料时怎么才能有利于节能？炉料进料时必须做到快速。因为出钢后处于高温的炉体散热很快，在几分钟以内，可以由1500以上温度急剧下降到800以下，所以进料前应做好各种准备工作，以便快速进料通电。若通电以后不容易起弧燃烧，则应考虑炉料中是否有渣钢或其它非金属材料等不导电的物质平放在电极下部。遇到这种情况可将电极抬起，在电极下放一些生铁焦炭或碎电极等易导电物料。为防止不导电现象出现，装料时应注意将渣钢平放在炉料下部(小料与大料之间)。62. 采用余钢倒回炉的方法为什么有利于冶炼过程节电？注余钢水浇注余锭后分钢种送往料场，再作为原料进入炉内炼钢。经过几番转折大量浪费了人力、物力，同时使注余钢的热量白白地浪费掉了。而某些钢厂炉渣的处理更令人遗憾，具有14501500高温的炉渣作为垃圾去填江河，不仅堵塞河道，而且渣中有害物质将渗入土地，流入江河造成污染，给人类带来公害。我们炼钢时少不了炉渣，若注余钢水与炉渣能充分合理利用的话，不仅可以充分利用余热，而且可以节约大量辅助材料，例如石灰、萤石等。同也间接地又节约了焙烧石灰所需消耗的煤、开采萤石所消耗资源等。如果将余钢倒入，就可以预热冷料，增加炉温，从而节省冶炼电耗。通过实践，“余热倒回炉”已被很多厂证实可有效降低电耗。一般比较合理的倒回炉操作方法是在通电“穿井”1/22/3时将钢液注入“穿井”孔中。倒回炉作业要注意安全，严防钢渣飞溅造成人身和设备事故，同时对作业用的吊具必须专人专管，确保安全可靠。63. 适当扩大装入量为什么有利于熔炼节能？在原有设备的条件下，通过合理扩装，使其达到最佳装入量，发挥原有变压器作用，确保炉料迅速熔化和冶炼过程正常进行，从而可减少热损失，达到降低冶炼单耗得目的。电炉冶炼过程中，废气、炉体、辐射热，冷却水等带走的热损高达25，是非常可观的。而我们在原有的炉膛容量允许的条件下，多投一些料，增加出钢量，这样在同样产量情况下减少出钢炉数，相对就是减少了热损失，达到了节约电能的目的。随着装入量的增加，电耗随之降低。因此，在同样的炉体结构、同样的操作条件下，适当扩大装入量是可以有效降低冶炼电耗的。任何事物都不是绝对的，装入量也不可无限地扩大，若装入量扩大得太多，这不仅要延长冶炼时间，增大炉子的热损，而且每吨钢的耗电量也相应增加。64. 采用适当扩大冶炼装入量的方法来节约熔炼耗能，有哪些注意方面？采用适当扩大冶炼装入量的方法来节约熔炼耗能，应注意：（1）装料的合理性为确保达到扩装的效果，要针对现有炉膛情况、料源情况确定合理扩装量，否则将适得其反。若片面强调扩大装入量，不看料源情况，造成进料高，以致需要化费一定时间进行处理，不仅浪费了时间，而且会使含有大量热能的炉体散热，结果得不偿失，反而造成冶炼电耗上升。合理装料是保证扩装的关键。合理装料，不仅使熔化速度加快，缩短冶炼时间，降低电耗，而且对合金的回收率、炉衬寿命、电极消耗等也有明显的作用。（2）合理配电一炉钢的冶炼过程，可根据所完成的任务不同分为几个不同的时期，而各阶段对温度高低的要求也不一样。冶炼各期所需要的温度主要是靠控制向炉内相应地输入不同功率的电能来达到的，严格选择合理的供电曲线进行操作，也是缩短冶炼时间，达到节电增产的措施之一。（3）变压器扩装并不是多投几吨料就可解决的问题，它还牵涉到其它方面，比如钢水量多了，若不改变原来的炉膛容量钢水就会外溢，这就促使我们想方设法在原有的炉壳直径不变下，改变炉膛的砌筑结构，使炉膛尺寸合理扩大，解决钢水可能外溢问题。然而一座电炉装置能否经济合理的运行，在很大程度上取决于变压器的匹配是否恰当，而炉用变压器的容量又与炉子的装入量等工艺参数要配合。因此采用扩大装入量方法以后，我们使用的变压器容量也相应地不断改进，才能确保缩短冶炼时间，取得显著效益。变压器容量匹配得当，将有利于节约电能，反之，如果我们选用过大的电弧功率，也就是配个容量过大的变压器，这样不仅变压器的利用率降低，还会导致整个供电回路的设备和元件容量都偏大，从而使基建投资增加，运行费用增加，简接地浪费能源。因此只有合理选择变压器容量，才能使扩装节能工作有效益。65. 什么是电弧炉烧嘴助燃技术？有哪些种类？电弧炉烧嘴助燃主要使用石油类燃料。烧嘴助燃炼钢，利用喷枪将燃料雾化并燃烧，从而加热和熔化炉料，相当于为电炉炼钢增加了第二热源。以油代替了部分电力，是增产节电的一条新的途径。烧嘴助燃法大致可分为石油和氧气的混合燃烧，石油和空气的混合燃烧，石油和氧气、空气的混合燃烧，以及氧气与煤气混合的燃烧等种类。其中最主要的是石油和氧气的混合燃烧。第二节 氧化期66. 电弧炉熔化与氧化阶段的有哪些节能途径？熔化期和氧化期的“开源”和“节流”的可能途径很多。开源：例如，增加化学反应热，炉料预热，强化用氧量（即减少吸热的氧化剂矿石的使用量，加速放热反应的进行，改善熔池的传热条件，利用铁的氧化放热）。节流：控制适当的冶炼温度，采用合适渣量，以氧代矿，减少热仃工时间等。在整个冶炼过程中的能量平衡支出项中，有很多项热损失都与时间成正比，电耗大多数情况下也与冶炼时间成正比，所以缩短冶炼时间是节流的主要途径。67. 什么是熔氧结合操作法？熔氧结合操作法是怎样发展起来的？从冶金工艺过程看，对于一般氧化法工艺来说，在熔化期和氧化期热损失大，耗电高，冶炼时间长，约占总冶炼时间的85以上（见表3-2），是整炉钢节能关键阶段。因此，缩短熔化期和氧化期的冶炼时间，是节能的主要途径，那么究竟怎样在熔氧二期采取节能措施呢?表3-2 某全废钢炉料传统电弧炉熔氧过程所占比例炉号钢种通电时间记录吹氧助熔时间记录扒渣还原时间记录出钢时间记录熔氧阶段所占比例25-168745#21：1423：151：111：5085.8725-168645#16：4518：1020：5421：1492.5725-168545#12：1014：0516：0016：4583.6425-168445#8：0510：0511：3212：1084.4925-168345#4：106：107：358：0588.07平均87.05电炉熔化期的任务主要是将固态料转变成为液态料的过程。而氧化期的主要任务则是使钢液均匀沸腾，以达到脱磷，去气、去夹杂的目的。怎样在保证完成任务的前提下来缩短冶炼时间，降低电耗，成了我们研究的课题。要使固体炉料尽快熔化，只有从增加热源，缩短熔化时间来考虑。在电弧炉炼钢中，虽然在通电的情况下，三相电弧就相当于三个热电源，外加吹氧助熔时又似在炉内增加了一点热源，以此可弥补三个固定电弧加热不均匀的缺点，吹氧助熔可有效加速炉料熔化。众所周知，五十年代我们的料源比较紧张，质量较差，含磷量偏高，平均约在0.0650.075左右，最高达0.095以上，甚至更高，混在料内的夹杂也偏高，所以根据当时情况制定的操作工艺为：随着时代的发展，工业日趋发达，料源结构发生了明显的变化，机械废料也日益增多，来料中杂质相应减少，含磷量普遍降低，据统计平均约在0.0350.040左右。因此废除了五十年代加矿氧化去磷法，取而代之的是提前造渣去磷法，增加用氧量，减少吸热的氧化剂铁矿石使用量，以氧代矿，缩短熔化期或在熔化期内提前完成氧化期的任务。即在装料前预先在炉底加入适量的渣料或将渣料随同炉料一起装入炉内，使之早期成渣。然后在吹氧助熔时，不断地使钢液激烈沸腾及流渣，以达到脱磷之目的。经实践，在这种操作情况下，大多数能将磷脱到0.010左右。因为吹氧助熔以后，在保持炉渣碱度为1.82.0情况下，可取得比氧化期更好的脱磷效果，这样只要化学成分符合，熔化期就能与氧华期结合完成一些冶炼任务，大幅度缩短冶炼时间，降低电耗。68. 为什么熔氧合并的操作从冶金过程的热力学来看也是合理的？熔氧合并的操作从冶金过程的热力学来看也是合理的。因为脱磷反应为为了分析方便，以分配比：表示炉渣脱P能力，则：平衡常数；的活度系数。可见：欲提高炉渣的脱磷能力，则必须增大Kq，aFeO，aCaC，fq以及降低4CaOP2O5，而影响这些因素的有关工艺参数就是脱磷反应实际的热力学条件，以上面脱磷反应平衡常数温度式及温度与P关系图(见图3-1)可知，脱磷反应是强烈放热反应，降低反应温度将使钢液中磷含量降低，Lg提高。图3-1 温度与%P关系图原工艺因熔化时间长，进入氧化期后，温度偏高，故不得不加矿，一方面是为增加(FeO)，另一方面则又起到降温的作用。这种操作状况热效率相当低。由于低温有利于去磷，我们将原来的氧化期脱磷提前到熔化期来完成，即采用熔氧结合法，可确保在熔化末期全程吹氧，快速升温脱碳而无回磷之忧。69. 为什么熔氧合并的操作从冶金过程的动力学来看，也是有利于去气去夹杂的？熔氧结合，提前造渣，以氧代矿，能使炼钢熔池均匀搅拌和良好沸腾，可保证熔毕后获得低磷钢液，那么去气，去夹杂的程度又如何呢?吹氧沸腾要比矿石氧化沸腾激烈，所以在完成脱磷任务的同时也伴随着激烈地脱碳，达到了去气，去夹杂的效果。（1）根据菲克第一定律，通过边界层的传质速度和钢液内部浓度C内与钢液表面浓度C表之差成正比，单位时间通过表面积A的物质通量J为 （1）式中：D=传质(扩散)系数，单位，cmsec。=界面层厚度，假定钢液的体积为V，以物质平衡的原理可以得到下式： （2）因为改善了供氧条件，吹氧时，氧气直接进入钢液，减少了界面层厚度，没有了矿石氧化时(FeO)向钢液中扩散这个环节的限制，从根本上改善了熔池的供氧条件，提高了供氧速度，促进了C-O沸腾的速度，有利于钢液中的气体和夹杂的上浮排除。(2)提高了熔池的温度。除了吹氧脱炭能放热升温外，还由于吹氧加速了氧化反应，使冶炼时间缩短，炉体散失的热量减少，热效率提高，改善了钢液和熔渣的流动性，增大了表面积，减少了界面层厚度，使得碳和氧向反应区扩散及反应产物CO的排出的速度加快。(3)加强了熔池的搅拌。由于氧气的直接吹入，使熔池加剧了搅拌，加速了氧的扩散速度，降低了，增大了A。同时氧气泡提供了C-O反应的现成表面，扩大了反应区。总之，熔氧结合工艺，无论是从热力学、动力学，还是从经济效益、操作角度来分析，它对于缩短炼时间，降低电耗是一个确实行之有效的节电措施。70. 熔氧结合操作法有什么明显优势？（1）熔氧结合操作决不是单纯的“低温带料”氧化，其工艺要点在于提前在熔化后期造成一个相对来说渣量较大、碱度适当的氧化性炉渣，工艺的关键是利用低温脱磷的有利热力学条件，创造熔池有良好的搅拌动力学条件，达到提前去磷的目的。那么在熔氧期没有明确规定全熔后的脱碳量，对钢的质量(指钢中气体含量)是否有影响呢？这里必须指出，全靠氧化期去气夹杂的意义是针对矿石氧化和熔化期只管把固体炉料加热熔化为液体的旧工艺而言的，原工艺由于熔化时间较长，炉料在熔化过程中大量吸收气体，使熔毕钢液中的氢含量达到与炉气中水分的分压相平衡的数值，使熔池的去气去夹杂的条件较差。而采用熔氧结合，吹氧助熔，无脱碳要求操作的前提是吹氧助熔使熔化期大大缩短，熔化期提前造渣，大量用氧，以及吹氧搅动熔池等，这个过程伴随着吹氧脱碳去气，使熔化末期钢液中的相对含气量大大下降，从而减轻了氧化期的去气任务。再则去气程度虽与脱碳时间的长短有关，但在很大程度上却取决于脱炭速度。由于吹氧脱碳的速度比加矿大23倍，所以去除同样气体的对应脱碳量亦可大大减少。（2）操作简便，易于掌握，深受操作工人的欢迎。（3）冶炼时间短，电耗降低。熔氧结合氧化期的任务提前到熔化期同时完成，提高了热效应利用率，加速了反应的进行，整炉冶炼有序化，相应热停工时间少，压缩了炼钢周期，一般单炉冶炼时间可缩短15分钟左右。71. 氧燃烧嘴技术为什么有利于节能？电弧炉氧燃烧嘴技术是向熔池强化供热的一项技术，通过使用其它燃料补充电能，保证废钢熔化，缩短电炉冶炼时间，从而提高生产效率，降低冶炼电耗。采用氧燃烧嘴提供辅助能源，更重要的是加热冷区，改善炉内热平衡，从而达到节能增效的结果。在电炉生产中，使用氧燃烧嘴的主要作用概括为：（1）增加炉内总热量；（2）使冷点变热；（3）减少电能消耗；（4）冶炼时闻缩短，提高生产率；（5）缩短接通电源的时间；（6）节省电极和耐火材料。72. 如何强化用氧来节能？氧气在炼钢中应用可有利强化冶炼，缩短冶炼时间，对降低电耗有着良好的效果。节电主要经验之一以氧代电，确实是降低电耗的重要措施。电炉炼钢用氧主要应用于吹氧助熔和吹氧氧化两个环节。（1）吹氧助熔为了使固体炉料尽快熔化，只有增加热源，减少热损来加速熔化。在电炉炼钢通电过程中，熔化期的吹氧助熔近似在炉内增加了一个动的点热源，弥补三个固定电弧加热不均匀的缺点。吹氧助熔可使炉料中碳，硅，锰等元素氧化放出大量热能，加速熔化。采用吹氧助熔能根据需要切割炉料，帮助大块难熔炉料熔化。采用吹氧助熔可弥补电极固定不可移位缺点，可切割炉墙处炉料早落入熔池熔化。由于吹氧助熔是沸腾放热反应，有利于初期渣较早形成使脱气脱磷任务顺利进行。吹氧助熔应该注意：吹氧时间选择让炉料加热到一定温度时进行吹氧助熔才能发挥其真正的威力。炉门附近的料已到红热程度并倾斜炉体一定角度就能见钢水，氧气能与烧红的炉料起氧化反应，这时候开始进行吹氧助熔，效果比较理想吹氧助熔压力选择：吹氧助熔压力不宜过大，如果压力太大，氧气利用率会降低，也将会造成渣线部位炉体损坏可能。氧气管不宜太靠近炉料，以免渣钢飞溅，飞溅钢液不但要在炉墙，炉顶等处凝结成难以熔化的冷钢，反而影响熔化过程。（2）吹氧氧化助熔过程中也同时进行氧化，由于早期就形成了初期渣有利于去气、去磷反应的进行。尤其对一般料源结构来看，不必为钢中含磷高低而担扰，因而可大胆发挥氧气威力。氧气与碳、硅，锰反应均为放热反应，若钢液中有足够含碳量和一定含锰含硅量，则大大有利于与氧进行反应时的化学热。经过这些化学放热反应，熔池升温很快，就使我们有条件节约大量升温电耗。此外，吹氧操作本身对熔池起到强烈搅拌作用，有利于脱气、去夹杂。73. 电弧炉熔炼过程中的破坏性大沸腾对能耗有什么影响？ 炼钢过程中，均匀的沸腾有利于强化炼钢反应的动力学条件。但有时因操作不当，会造成“破坏性”的大沸腾。破坏性大沸腾是指炉内钢水突然发生激烈的沸腾，钢渣和气流从炉门口喷涌而出，甚至有时掀翻炉盖，造成安全、设备重大损伤事故。从节能角度来看，破坏性的大沸腾有下列影响：（1）炉内激烈沸腾，钢液及覆盖在钢液表面的炉渣剧烈翻腾，暴露在空气中，大量热量通过辐射被损失掉；（2）部分钢水和炉渣从炉门口喷涌而出，带走了蓄含在钢水和炉渣中的热量，造成热损失；（3）为压制大沸腾，往往需要停电处理，破坏了冶炼的连续性，导致冶炼时间延长，从而电耗增加；（4）破坏性大沸腾可能造成塌炉盖及设备重大损害，处理过程很长，这过程当中，钢液的热量大量损失。（5）据统计，一般一次破坏性大沸腾造成的钢液温降在30以上，即破坏性大沸腾可使1580的钢液降温到小于1550。74. 大沸腾的原因是什么？如何有效防止大沸腾？破坏性大沸腾形成的机理主要是碳氧反应过于激烈，大量的气体瞬间难以从炉盖及炉门逸出。形成的主要条件为：（1）钢液含氧量高，炉渣氧化铁含量极高，渣温过高渣过稀，且熔池上下层有明显温差，此事熔池就具备了大沸腾的条件；（2）急速升温或炉底大料滚动、炉墙边有大块炉料塌落，碳氧暂时平衡被瞬时打破，促使碳氧反应剧烈地联动反应，从而造成大沸腾。在电弧炉炼钢中，供氧沸腾和升温是必需的，关键是控制供氧量和供氧速度，控制钢液升温速度，同时控制炉渣粘度、温度，防止大料的塌落和滚动。有效的措施有：（1）炉料按要求，对大料的使用要有一定的限制，并在熔炼时充分关注大料所在的位置；（2）吹氧助熔时，用氧气深吹大料底部和周围，力求炉底大料尽早熔化。氧化操作前确保炉底打了已基本熔化。（3）熔池温度低时，尽量禁止小氧量渣面吹氧，避免加剧熔池上下层的温差，应以小氧量深吹大料底部，以逐步的小沸腾来避免爆发性大沸腾，并通过小而均匀的沸腾，均匀熔池温度；（4）熔池有沸腾症状时，可适当加入碎锰铁，降低钢液含氧量，并酌情考虑停电，待吹氧熔化炉料后再供电升温。（5）提高炉渣碱度，防止炉渣过稀与渣温过高。75. 什么是泡沫渣技术？泡沫渣对节能有何好处？造渣是实现炼钢工艺的重要手段，造渣不好，去除磷等杂质困难，还会带来一系列问题。尤其是会延长冶炼时间、增大电耗、降低炉龄。为缩短冶炼周期，提高生产率，电炉炼钢采用较高的二次电压进行长电弧冶炼，因长电弧辐射能力强，故采用泡沫渣技术屏蔽电弧。泡沫渣技术是在电炉冶炼过程中，在吹氧的同时向熔池内喷碳粉，形成强烈的碳氧反应，在渣层内形成大量的CO气体泡沫，使渣的厚度增加，能将电弧完全屏蔽在内，减少电弧辐射，延长电炉寿命，并提高电炉的热效率。良好的泡沫渣有助于改善电弧到钢水的传热，降低钢水的吸气，减少炉尘的侵蚀和降低噪音。同时，由于增加了钢渣接触面积，极有利于氧化渣脱磷。泡沫渣技术用于大容量超高功率电炉，可使传热效率大大提高，缩短冶炼时间，降低冶炼电耗，并提高电炉炉龄，减少炉衬材料消耗。第三节 还原精炼期76. 还原期如何考虑节能？还原期是传统电弧炉冶炼的一个重要时期，在还原期要完成脱氧、脱硫、控制化学成分、调整温度等任务。对于传统电弧炉冶炼工艺而言，钢的质量好坏主要取决于这一时期。还原期节能问题，主要是考虑下列几个方面：（1）强化脱氧，尽可能提高脱氧效率，尽快完成还原期任务，以缩短熔炼时间；（2）造好还原渣，在保持良好脱氧气氛的条件下，加快还原期节奏；（3）保证还原操作质量，避免因操作原因而造成返工甚至报废，延长操作时间或造成浪费；