??
從發(fā)展的角度看，隨著廢鋼的積累量增加、廢鋼與鐵水價格逆轉(zhuǎn)以及環(huán)保的需求日益嚴格，電爐煉鋼持續(xù)采用多元爐料結(jié)構(gòu)(廢鋼、鐵水、生鐵、直接還原鐵等)優(yōu)化配料是大勢所趨。在多元爐料結(jié)構(gòu)配料特別是高鐵水比冶煉條件下，如何提高電弧爐的冶煉節(jié)奏，降低金屬及輔助材料消耗，是電爐煉鋼工作者關(guān)注的熱點。抓住電爐煉鋼降本的關(guān)鍵。
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(zhuǎn)爐相同的鐵水比例，電爐煉鋼生產(chǎn)的鋼坯成本仍高出轉(zhuǎn)爐煉鋼100元/噸~400元/噸，主要原因是鋼鐵料、石灰、氧氣等消耗均高于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)，究其根源是受電弧爐爐型的限制。有文獻指出，相同噸位的電弧爐和轉(zhuǎn)爐，噴吹相同流量和壓力的氧氣，即使加上供電產(chǎn)生的電磁攪拌力，電弧爐的熔池攪拌強度也只是轉(zhuǎn)爐的1/10，因此轉(zhuǎn)爐熔池的動力學(xué)條件優(yōu)于電弧爐的動力學(xué)條件。電弧爐煉鋼如果希望加快冶煉節(jié)奏、降低冶煉成本，須強化熔池的攪拌，加快冶金反應(yīng)的速度和效率。
電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)是以多元爐料結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以節(jié)能和降低成本為目標(biāo)，通過強化熔池攪拌，將供電、供氧和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。
將操作單元進行系統(tǒng)優(yōu)化
電爐煉鋼底吹技術(shù)。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(chǎn)生的熱量主要加熱熔池上部的鋼液，而底部和電弧區(qū)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。若能加強熔池攪拌，將加快爐內(nèi)反應(yīng)，縮短冶煉時間，降低冶煉成本。受轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)的啟迪，人們設(shè)想向電弧爐熔池底部吹入氣體攪拌，這是一種簡便而又有效的方法，因此出現(xiàn)了電弧爐底吹氣體攪拌技術(shù)。
該項技術(shù)的研究始于上世紀(jì)80年代，電弧爐底吹惰性氣體攪拌爐內(nèi)鋼液，加速了熔池中鋼液的化學(xué)成分和溫度的均勻，提高了熔池中渣鋼反應(yīng)速率。根據(jù)模擬計算，電弧爐采用底吹技術(shù)可以提高熔池的攪拌速度3倍~5倍。
但是由于電弧爐采用留鋼操作，電爐生產(chǎn)企業(yè)考慮底吹裝置對安全可能產(chǎn)生影響，采用底吹攪拌的電弧爐較少。直到近年國內(nèi)開發(fā)了新型電弧爐底吹技術(shù)，徹底解決了底吹的安全隱患，使電弧爐底吹技術(shù)得到應(yīng)用。該技術(shù)主要包括底吹長壽技術(shù)、底吹控制技術(shù)、底吹與供氧的控制模型，目前已經(jīng)在6座電弧爐上使用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
電爐煉鋼復(fù)合吹煉的技術(shù)集成。目前，電爐煉鋼各單元操作技術(shù)已相對成熟，如何將各操作單元進行系統(tǒng)優(yōu)化，筆者采用了多尺度結(jié)構(gòu)理論。電弧爐煉鋼能量和成本優(yōu)化，就是依據(jù)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、底吹和余熱利用的操作參數(shù)進行分時段設(shè)定及優(yōu)化。借助于輔助軟件工具，計算出總能量需求和各個時段內(nèi)的能量需求，綜合考慮各單元的操作參數(shù)，實現(xiàn)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(chǎn)高效、節(jié)能的目的。
對于鐵水加入量大的原料結(jié)構(gòu)，由于總供電量小，采用間斷性供電，因此決定電爐煉鋼技術(shù)指標(biāo)的主要因素與轉(zhuǎn)爐冶煉類似，即供氧效率和熔池攪拌的強弱。
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。由于電弧爐各個冶煉階段的任務(wù)不同，冶煉所需要的供氧量和底吹氣流量均不同。通過在西寧特鋼65噸電弧爐、天津鋼管公司90噸電弧爐、新余特鋼50噸電弧爐上的工業(yè)試驗研究，確定不同冶煉階段的氧氣和底吹氣體匹配情況的經(jīng)驗公式為：
模式1(非冶煉期)為(0.2A×a+0.2C)/(0.375E×e)，模式2(加料期)為(0.2A×a+0.2C)/(0.5E×e)，模式3(廢鋼熔化期)為(A×a+B+C)/(0.75E×e)，模式4(脫磷期)為(A×a+B+C+D)/(0.375E×e)，模式5(脫碳升溫期)為(A×a+B+C+D)/(0.75E×e)，模式6(出鋼前強攪拌期)為(0.2A×a+0.5B+0.5C+D)/(E×e)。
在上式中，A為爐壁氧槍流量，300Nm3/h~5000Nm3/h，一般為1支~7支，槍數(shù)為a;B為爐門氧槍流量，500Nm3/h~6000Nm3/h，一般為1支;C為EBT槍流量，100Nm3/h~5000Nm3/h，一般為1支;D為爐頂氧槍，200Nm3/h~6000Nm3/h;E為底吹流量，5NL/min~200NL/min，一般為1支~7支，槍數(shù)為e。若電弧爐設(shè)備中擁有A，則上面公式中A的值為其相應(yīng)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(jù)設(shè)計方案，在不同的時刻調(diào)整為不同的冶煉模式，實現(xiàn)冶煉全自動化控制。
通過電弧爐復(fù)合吹煉技術(shù)，電弧爐供氧和底吹供氣結(jié)合起來，選擇不同模式進行復(fù)合吹煉，提高熔池內(nèi)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(yōu)化操作的目的。
研究復(fù)合吹煉下的能源回收
目前，西寧特鋼、天津鋼管、新余特鋼等企業(yè)均成功應(yīng)用了電弧爐復(fù)合吹煉工藝。以電爐煉鋼復(fù)合吹煉工藝在天津鋼管公司為例，實踐顯示，在復(fù)合吹煉條件下，F(xiàn)eO含量從31.23%降低到25.24%，鋼鐵料消耗從1165kg/t降低到1128.6kg/t，石灰消耗從64kg/t降低到58.3kg/t，氧氣消耗從49Nm3/t降低到47.5Nm3/t。復(fù)合吹煉工藝的應(yīng)用降低了鋼中氧含量，增加了合金收得率，尤其在冶煉低碳管線鋼時，應(yīng)用復(fù)吹技術(shù)后的精煉爐初始鋁含量明顯提高，為冶煉[S]低于30ppm的高鋼級管線多爐連澆創(chuàng)造了良好的條件。
電弧爐復(fù)合吹煉工藝能夠有效地均勻鋼水溫度和成分，提高脫碳速率，降低了渣中的FeO含量，減少了鋼鐵料、石灰和氧氣消耗，并降低了出鋼氧含量，增加了精煉初始[Al]含量。
研究證明，在多元爐料結(jié)構(gòu)條件下，采用復(fù)合吹煉的方法可以實現(xiàn)電爐的高效和原料的節(jié)約。
電弧爐冶煉過程中，高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃考s占電弧爐輸入熱量的8%～20%，隨著兌入鐵水比例的提高，高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃恳蚕鄳?yīng)增加。目前國內(nèi)電弧爐兌鐵水的企業(yè)高達90%以上，高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃靠蛇_到電弧爐輸入能量的17%，高鐵水比例冶煉情況下的煙氣所含的CO含量也較為可觀，因此研究基于復(fù)合吹煉工藝下的高鐵水比冶煉的能量及煤氣回收利用有較大的意義。
