翻译《电炉吹氧喷碳—越多越好吗》阅读体会
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这篇文章发表在美国《钢铁技术》2020年第一期上，这份杂志每年第一期上面的文章是以电炉生产技术为主，毕竟电炉生产钢铁产品在美国是大头，占到其总产量比例接近70%，150多年来钢铁工业的发展给他们聚集了天量的钢铁产品，所以才有了足够的废钢资源来支撑美国的电炉炼钢行业，他们的废钢和电能价格具有相当的竞争力，所以造就电炉钢能够与长流程生产方式叫板，而且由于投资少，环境友好，适应地域生产等优点，美国的电炉钢日子比我国好过些。图1是美国《钢铁技术》2020年元月杂志封面照片。
图1 美国钢铁技术2020年元月杂志封面
美国以电炉钢为主生产钢铁产品，所以对电炉生产技术和装备水平的研究和更新驱动力大，从该杂志发表的有关电炉钢生产的文章的数量和比例就可以知道这个国家和地区是钢铁工业特别发达地区。中国电炉钢前三年开始快速起步，参考美国电炉钢发展历程，走过的曲折值得我们借鉴，他们在工程技术上面的经验积累和成果值得我们来参考采纳，从目前阶段看，即使我国经过关闭中频炉而带来的电弧炉大发展，从数量上面已经超越美国成为世界第一大电炉炼钢国家，电炉数量多的有点数不清了，但是客观来看，我国的电弧炉冶炼技术和装备基本上都是全盘采用国外技术，就那么几个西方冶金设备制造商左右了世界电炉发展技术，我国的电炉设计制造企业也多，但是基本就是模仿仿照，完全具有自己产权的工艺设备很难看到，即使有往往也是经不住推敲的，申报各类奖项材料只能糊弄当局。电炉冶炼技术真正强大，不是量大即强，而是具有自主创新的东西，能够引导世界电炉冶炼的方向，继续努力吧！
对电炉喷碳，我的理解是电炉熔化废钢后形成平熔池后，为了使用泡沫渣来屏蔽电弧而必须采用的手段，制造泡沫渣已成为电炉界的共识，也是碳氧枪主要用途。对于顶装料的常规电炉需要开盖加料，冶炼初期电极穿井熔化废钢，此时没有泡沫渣问题，使用的氧枪或者烧嘴都是为了加快熔化废钢速度。现代电炉强调高节奏生产，电炉的产能越来越大，冶炼中形成平熔池后只有约10分钟左右的时间，这就是说制造泡沫渣也就是这段时间是有用的，如果在熔池中的钢水中有足够的碳，则是可以不需要或者少用喷碳来造泡沫渣，这种操作往往需要采用一定比例的生铁或者高碳铸件，以此来形成熔池具有一定的碳含量。再则使用热铁水来增加钢中的碳含量，以达到在平熔池阶段不用或者少用碳枪，直接使用氧枪就可以制造良好的泡沫渣，往往在出钢前由于钢中的碳含量降低到较低的水平，比如0.1%C以下的含量时候，开启碳枪进行喷碳，与氧枪一起来制造良好的泡沫渣，图2展现的是使用炉门碳氧枪情况。
图2 康斯迪电炉使用炉门碳氧枪
意大利得兴公司发明的康斯迪电炉与常规电弧炉不同，除了炉役中的第一炉必须创造熔池中的钢水必须加入废钢穿井熔化，其余都是处于平熔池操作状态，废钢是从康斯迪伸入到炉内的连接小车前段跌入到熔池里面，好似“冰块放入到开水中的熔化状态”，电极电弧产生的热量在泡沫渣的屏蔽下直接透入到熔池，加热钢水，这种电弧加热熔池，熔池直接熔化废钢的模式给电炉生产带来了革命性的变化，经过三十年的风风雨雨，康斯迪电炉从头到尾的平熔池模式的巨大优势业已被冶金界接受，从最近出现的模仿康斯迪水平进料的电炉，量子电炉，生态电炉等，都是采用了平熔池的概念，就是电极通电加热钢水，熔池钢水熔化废钢的模式，祖国最近几年投产的大电炉中康斯迪电炉模式占据了非常大的比例，最新有引进了量子电炉和生态电弧，这些全程平熔池操作的电炉成为了电炉生产的主力军，代表了电炉技术的方向。图3是康斯迪电炉在冶炼。
图3 康斯迪电炉在冶炼
康斯迪电炉是全程平熔池泡沫渣操作的模式，不需要打开炉盖来添加废钢等物料，仅仅通过强大的水平布置的加料段和预热段输送废钢，所以这个电炉操作需要碳氧枪造渣，这篇文章的作者没有涉及到这种形式的电炉操作，所以对于喷碳产生的碳氧反应产生的化学能来预热废钢也没有进行阐述，为了节约电能，增加化学能的输入就是通过碳氧反应得到。废钢熔化成为钢水，达到出钢温度完全由电力供应能量，需要吨钢375KWh电能，如果考虑到钢水收得率和造渣需要的能量，则至少需要400KWh/t电能才能熔化废钢，但是从电炉炼钢的实际看，熔化一吨钢到出钢温度需要600KWh以上的能量，现代电炉生产已经达到了350KWh的电能消耗，说明了200~300KWh的能量是由化学能提供的，其中高温烟气带走了相当部分的能量，比如高温烟气带走的热量达到吨钢需要的热能约15~20%，相当于约100KWh的电能，于是电炉界将降低电力消耗的眼光集中在利用高温烟气上，其中最为主要是预热废钢，废钢被预热的温度越高，熔化废钢所需要的电能就越少，但是也是有最高上限的，吹嘘送氧和喷碳配碳等等都一样情况下能够达到吨钢280KWh以下的电耗，真的是难以想象的高水平，图4展现的是康斯迪电炉在出钢完毕后的照片。
图4 康斯迪电炉出钢完毕照片
康斯迪电炉胃口极好，几乎什么料都可以吃，但是老板们都是追利润最高，也同样都是购买最为便宜的废钢，让这种电炉吃便宜的轻薄料，又要求生产的指标好，效益高。使用轻薄料是康斯迪电炉的强项，只要磁盘吊将其放入到加料段上，康斯迪就能够将其输送到炉内熔化，高效率输送堆比重小的轻薄料是康斯迪电炉的特点，想象如果使用料篮顶装料，可能就需要3料篮加料才能达到电炉出钢重量的要求。
轻薄料含碳量较低，完全平熔池操作，电极下降同时吹氧喷碳开始工作，现在康斯迪电炉基本就在10秒左右的时间达到良好的泡沫渣状况，电炉仅仅是嗡嗡的声音中工作。一般来说碳枪给进碳粉的速率是可以设定改变的，根据操作实践来改变喷碳程序，比如观察泡沫渣造渣和电炉声音情况，观察废钢质量，检查碳枪堵塞情况，然后来确定喷碳模式，其实就是达到良好泡沫渣情况下，合理使用碳粉。图5展现的是碳分配器。
图5 喷碳分配器
电炉吃铁水带来益处不多说了，如果电炉使用85%的铁水，不用喷碳，只要吹氧就可以啦，如果兑入一定比例的铁水，其喷碳量根据铁水加入量而定，比如加入30%左右的铁水，制造良好的泡沫渣只需不到5kg/t的喷碳量。图6是康斯迪电炉使用自动兑铁水装置倾倒铁水。
图6 康斯迪电炉兑铁水
但是现代电炉往往非常强调降低电能消耗，好像就是评判电炉优劣唯一指标，于是废钢预热纷纷走到前台，预热废钢唯一可用的能源就是高温一次烟气，唐工的感觉就是尽可能密封康斯迪预热段，减少野风的进入量，提高一次温度，在电炉上部腔体中和康斯迪预热段后燃烧，从而提高一次烟气温度来加热废钢，提高废钢预热温度，降低冶炼电耗。现代康斯迪电炉能够达到330~350KWh的吨钢电耗，但是其碳粉量使用是增加的，有的达到了20kg/t左右，这样达到较低的电耗，同时又让一次烟气抵达蒸发冷却塔时候不低于850℃，为抑制二噁英的合成创造高温烟气条件。我在无锡雪丰工作的时候，70吨康斯迪电炉全废钢冶炼喷碳约为12kg/t，18年前还没有提高烟气温度来提高废钢温度这个意识。翻译文章里面讲到8~12kg/t的喷碳量，这仅仅是指常规的顶装料电炉操作方式，我也是这样揣摩其它形式的电炉，如果能够将废钢温度平均提高到600℃以上，其电炉的喷碳量要上来，一次烟气与废钢换热后温度降低，只有再使用烧嘴燃气再次将烟气温度升上来，以保证蒸发冷却塔要求的最低温度，其实这样还是要使用能源的，如果仅仅说电耗下降，而不提及其它能源和实际除尘系统用电量的上升，指标对比好像不是那么客观的，看待电炉经济技术指标需要全面综合看待，整个电炉的总体电耗，包括冶炼电耗，除尘电耗，水处理电耗；能源消耗也不仅仅是电耗，应该包括电耗，燃气消耗，碳粉和配碳消耗，氧气用量，仅仅看电耗一个指标，过于片面，不赞同。
电极电弧的热量传递到整个熔池中，需要钢水旋转翻滚沸腾，冶炼中加入生铁和铸铁件，目的就是给熔池创造相应的含碳量，当氧枪氧气流冲入到熔池内，与钢水中的碳起反应造成一氧化碳和二氧化碳气体上浮，从而创造钢水上下翻滚沸腾的条件，这样来达到将上层钢水热量传递到下层，达到均匀钢水温度的目的。现代平熔池电炉使用底吹氩或电磁搅拌技术，就可以更好的搅动钢水翻滚，对能量的传递起到很好的作用。使用直流电弧炉自然形成了钢水上下翻滚搅拌作用，这也是直流电炉少有的优势之一。康斯迪电炉平熔池操作使用底吹氩技术或炉底电磁搅拌设备，不必要来吃生铁来给熔池配碳，仅仅使用吹氧喷碳来造泡沫渣。