不锈钢电弧炉泡沫渣冶炼

用电弧炉冶炼碳素钢时，早就采用了泡沫渣，对电弧炉生产的经济性起了革命化作用，然而泡沫渣的优点一直未能成功地应用于不锈钢生产。

SMS Demag公司研发中心和炼钢连铸技术部开发了一种将泡沫渣的优点应用于电弧炉生产不锈钢的新工艺，并改变了电弧炉生产特殊钢的经济性。

冶炼过程

电弧炉炼钢是从熔化期开始的，将一至三筐废钢加入电弧炉，大部分被熔化成液态。电弧炉炼钢有煤气喷枪支撑，由于喷枪的安装位置适当，可以将热能最佳地传递到开始位置还很高的废钢柱上。接着是平池期，钢水被加热到出钢温度。这一阶段的时间长短对出钢周期有很大影响，也就是对每天的炼钢炉数有很大影响。为了达到高产，有必要将大量电能在短时间内送入钢水。

碳素钢用泡沫渣的实践

为了尽量理想地支持这一过程，浮在钢水表面的渣用一氧化碳起泡。在生产碳素钢时，用专门的喷枪将碳和氧喷入电弧炉，两者反应生成一氧化碳。通过吹入的气泡，渣的体积就增大好几倍。

厚层泡沫渣的优点
    ● 电弧被泡沫渣完全包围，水冷炉壁部件和耐火材料砌体的热负荷以及噪声便降低。
    ● 电极和钢水之间的距离可选得更大，这意味着电弧更长，变压器级别可设定得更高，使更多的电能送入钢水。
    ● 带有封闭气泡的厚层泡沫渣构成了绝热层，能减少钢水的热量损失。
    ● 电功率消耗很均匀，因此可增加变压器的寿命和降低电极消耗。

电能的最佳送入能缩短冶炼时间、提高炉子作业率以及节省材料，这些最终体现在生产成本的降低上。

不锈钢用泡沫渣的实践

由于化学反应，上述方法不能用于高合金钢和不锈钢的冶炼。吹入的氧会优先与铬之类的元素起反应，使昂贵的合金料从钢水跑入渣中，并使渣层产生不良性能。

渣的黏度是一个决定性参数，黏度必须控制在使气泡在渣中逗留一定时间，便于生成一个稳定牢固的渣层。

简单的方法

为了将泡沫渣的优点应用到不锈钢生产中，SMS Demag开发了一种工艺并已申请专利。这一工艺简单易行，而且效果显著。

在平池期，从炉盖漏斗口加入主要由氧化铁皮（Fe2O3）、石墨或焦炭和石灰石（CaCO3）组成的球团，释放所需的CO/CO2，从而产生泡沫渣。

在球团中添加铬铁或精废钢之类，可调节球团密度，使球团停留在钢水和渣之间的分解层上。这样，气泡会在最理想的地方释放，形成具有最佳性能的泡沫渣。

加球团可通过自动装料装置或助熔剂操作系统实现，装送量和装送速度可由相应的过程模型控制，以便使泡沫渣保持在必要的厚度。另外，用户可以在自己厂内用氧化皮、过滤器粉尘和石灰石借助相应的球团机生产所需的球团。

冶金学的精密调整

通过理论和实践，新的泡沫渣工艺得到进一步地优化。借助数字模拟，计算了最佳的球团成分，以保证必要的密度和氧与碳的恰当比例。后来在波兰克拉科夫冶金矿山研究院（AGH）的实验室试验中算出了球团的最佳成分、大小和形状。

最后在一个试验电弧炉中用AISI 304不锈钢和工业渣进行了试验，计算上述参数对泡沫渣的高度和稳定性的影响，并对实验结果进行分析，对实际生产条件下应用时最佳球团的性能加以优化。此外，确定了合适的渣碱度和黏度等方面的性能。

成功的实际应用

在ArcelorMittal Inox Brasil的Timóteo不锈钢厂进行了相应的试验。用改良泡沫渣工艺，在一台35t电弧炉中生产各种奥氏体和铁素体不锈钢。用合金料漏斗加球团，加料速度和加料量是可调节的。加球团后2min，泡沫渣的高度已能完全包围电弧。随着泡沫渣的升高，便可用更长的电弧，变压器可用最高等级。这一等级只用在开始的熔化期，否则在没有泡沫渣包围的情况下，电弧的强大放热会使炉壁部件的负荷很高。

以前的加热速率（用传统的渣工艺）为3～7 K/min，通过用泡沫渣工艺可提高到12～14 K/min，翻了一倍以上。渣中Cr2O3的平均含量为4.2%。

由于送入钢水的热能翻倍，所以平池期的时间缩短了很多，提高了产量，改善了电弧炉生产奥氏体和铁素体不锈钢的成本效益。

结论

泡沫渣产生工艺用于电弧炉冶炼不锈钢引起业界关注。生产实践证明，为此所必须的球团也可在现有的钢厂用很低的成本制得。因此众所周知的碳素钢生产所用的工艺体现出的优点也完全适用于不锈钢生产，并且得到了证实。

目前在印度Jindal不锈钢有限公司的Hisar工厂以及Siegen BGH不锈钢有限公司正进行试验。