电弧炉冶金和环境保护

电弧炉冶金及环境保护

摘要：当前世界钢铁工业概况 论文关键字：电弧炉冶金 环境保护

地壳中铁的资源较丰富。约占5％。在铁矿石中铁主要以氧化物和碳酸化台物形式存在，因铁和氧的亲和力不根强，所以较容易被还原出来．生产成本较低。同时铁和碳及其它元素形成各种合金，具有能满足纠2机械、建筑、运输等工业部门要求的性能，因此钢材一直是国民经济各行业的重要原材料，钢铁工业也是国民经济的基础工业之一。

随着科技的发展，出现了许多具有竞争力的新材料．加有色金属台金．陶瓷材料、塑料、复合材料等。在某些方面，这些材料能在一定程度上取代钢材。但由于钢材具有较全6f、较良好的使用性能，与其它材料相比，钢材价格—L升的趋势相对缓慢、所以钢材还是主要原材料之一。例如、在德国家用电器中铁基金属和其它材料(有色金属、合成材料、高分子材料等)消费量之比为1：0．7，而在汽车工业中此比为3：1。

关键字：电弧炉冶金 环境保护 电弧炉炼钢用钢铁料

电弧炉炼钢用原材料主要有四类：①钢铁料，包括废钢铁和生铁，以及日益引起冶金工作者重视的废钢铁代用品．如直接还原铁、碳化铁和脱碳粒铁等；②耐火材料；②铁合金④辅助材料，包括造渣材料．合成渣料、氧化剂、增碳还原剂、气体、冷却剂和电极等。

在所有电弧炉炼钢用原材料午，钢铁料是最主要的，占总量的70％，所以说钢铁料是电弧炉炼钢的基础。钢铁料不但决定了电弧炉钢的产量，而且对电弧炉钢的质量和技术经济指标都有直接的影响。废钢铁代用品的出现，一方面弥补了发展中国家废钢铁的短缺，另一方面满足了生产优质清洁钢的需要，故本章集中讨论废钢铁及其代用品。生铁也被用于电弧炉炼钢，但考虑到电弧炉供氧强度、烟气除尘等限制．用量不会太多．故本文不予研究。值得注意的是，国外有的电弧炉使用热铁水作为炼钢用原料(最多可达30％)，取得了一定的经济效益。

电弧炉炼钢既节省了铁矿石和焦煤资源，又减少了过程小的环境污染。同时，废钢铁在全HI界的积累越来越多．苦不用又将成为新的污染源。自钢铁工业确立以来，尤其是二次世界人战以后，随着现代工业的迅速发展和为满足人类生活所需的钢铁制励大量出现，世界钢铁的积累量迅速膨胀，构成了极为丰富的废钢资源。据不完全统计，1870年以来，世界各主要产钢国累计钢铁贮存员之和已超过10000Mt，而美国(截止3990年)和我国(截止1989年)的贮存虽分别为33加M俐680Mt，我国建国以来作为废弃物的废钢铁埋人地下和渣山的约有120Mtl显然．地球上—钢铁贮存量仍呈不断增加趋势，若按平均14年折旧计算．每年由此产生的废钢铁约7MML几乎等于目前世界钢产量，这样大量的废钢铁利用起来则是宝贵的资源，否则将成为新的环境污染。据分析．问收每吨废钢铁可节能117GJ*椅省铁矿石3—5tl焦炭500k9，石灰石300kg。美国过去10年个问收了．约

454Mt废钢铁，并出口91ML除赚钱外，还相当于把美国废料堆放场地使用年限延长了3年。

从冶金角度看。废钢铁又是极好的炼钢原料。使用废钢铁炼钢工艺流程简单．比用铁矿石炼钢减少了采矿、选矿、烧纳、炼焦、高炉炼铁等多返工艺环节．从而可减少大气污染86％、减少水污染76％，少耗水40％减少采矿废弃物97％。

由于废钢铁来源广泛，化学成分不同，外形尺寸千差万别。为了保证炼钢过程安全、顺行、低耗，生产出优质产品，对于人炉废钢铁应有严格的技术质量要求。因此，必须加强废钢铁管理。 废钢铁来源

通常所说的废钢铁，是指在特定环境条件下，由于形态、性能的变化，失去了原有使用价值的钢铁材料及其制品。

废钢铁来源很广．一方面是人们日常生活中废弃的钢铁制品，称为非生产性回收废钢；另一方而是来源于工业部门巨大的废钢资源，统称生产性回收废钢。这两方面来源构成了富的废 钢铁资源

生产性回收废铜

包括钠铁企业。机械加工生产和基本建设生产回收，这部么资源数量较大。例如炼1t生铁和钢可回收废钢铁分别为10一12kg利30—40kg。片中冶金企业内部产生的废钢称为返回废钾或自广废钢，约出废钢利用量的40％左右。返回皮钢含杂质少，化学成分巴知，故可允分利用废钢中的合余元素，减少铁合合并耗，是优质的炼钢原料。

由于连铸工艺的／?泛采用和冶金技术61进步，冶金生产的成材率不断提高，从而自产废钢量呈下降定势，回2—2是日本连铸比的增加对返回废钢量的影响* 机械加工业是钢铁消费大户，出了产品和生产上艺不同、钢铁料利用率不等．我国平均为70％一75％、剩余部分作为废钢回收，约占废钢利用量的25％，随机械加工业水平提高这部分数量将略有下降。基建过程也大量使用钢铁，量的2％一3％。

非生产性回收

非生产性回收范围较广，包括各种钢铁制品超过规定年限的折旧报废，一些设备田不能满足技术经济要求而淘汰．这类废钢铁占废钢利用量的25％一30％。值得注意的是随着社会的进步棚人类需求的不断增长，该项积累量己达到十分可观的程度并仍以极快的速度增长。西方发达国家该项废钢的比例已超过废钢利用量的35％，例如美国1992年仅电器废弃3200万台，回收废车这800万辆，从废钢产生的地域分布来看，前苏联产生量最大，为97—98Mt／a，其次是美国，为70—78MtA，日本为38—45Mt／a，前西德为20MtA。我国19如年生产性回收约7．09ML非生产性回收3．01ML回收总量为10．1ML解决炼钢用原料的69％。据预测，世界废钢产生星年增良10Mt左右．按此速度计算，到本世纪木，世界废钢铁年产量将达400Mt左右。废钢充足的国家包括美、英、法和前外观．日本址消存的废钢出口国*近几年出n量为1．2—13M的。废钢短缺的国家为韩国、意大利、西班牙、东南亚以及我国(含台湾省)。我国(除台湾省外)1992

年进门度钢124Mt，进口旧船168Mt，到本世纪末我国钢产量将达100Mt反而需进u废钢12—5MtA，以满足炼钢需要。随着近年来以电弧炉炼钢为特点的短流程工艺的发展，我国皮钢的缺口将越来越大。

废钢铁的挑选和存放

废钢铁回收以后要进行严格的分选。超大超重型件、焊簿料等要进行加工；选出可供轻工生产：作原材料的边角余料；挑选有修复利用价值的机械零部件和器件；挑出有色金属、杂质和危险品。 挑选、分类历废钢铁要按规定存放，便于配料和往料篮装料。管理混乱的废钢铁，不但不利于合理利用，还可能因化学成分不符，增加电弧炉操作负担．其至出现整炉废品。废钢在料场的存放，首先应便于料篮装料。各类废钢铁分类存放，以免混用。

外来废钢铁、切头、生铁等不能直接装料使用适当地方分类、挑选和存放。

特别注意合金废钢的分类存放，某一种元素在某钢种小为合金元素，而在另一钢种中可能为有害的杂质元素。 注意区别外观相似的不同种类合会废钢。

废钢铁料场一般分卸料、加工、贮存和装料4个区域，分别作业、互不干扰，既要保证原料准备时顺利进行，又要安全操作。 废钢铁鉴别

废钢铁分类前．首先要进行鉴别。常用的方法有：

1.根据度钢铁制品的生产方法、品种、用途，以及废钢铁的颜色、

声响、硬度等特性分析废钢铁种类；

2.火花鉴别，用氧化铁砂轮打磨，根据爆出的火花颜色及形状来判断；

3.手提光谱仪鉴别，根据各种元素在高温下激发出的光谱特征来确定钢种；

4.磁性鉴别．用于区分奥氏体不锈钢： 废钢铁分类

废钢铁是废金属问收中对黑色金属的统称，包括碳素废钢、合金废钠、轻薄料、钢屑、灰口铁、白口铁、土铁、火烧铁、玛钢、生铁屑、氧化铁皮、铁泥、钢渣．以及加工后的冷压块、生铁屑压块、热压块和轻料手捆四大类20个品种。不同成分、规格的废钢铁用途不同，因此要对度钢铁合理分类。

美国，本都有国家行业制订的废钢质量标准。废钢经营公司按照质量标准并根据用户提出的特殊要求生产加工皮钢。表2—1—2—4是日本废钢铁标准，我国G以223—84、GB4224—84棚G64225—84对废钢铁分别进行了分类。近年来我国大量进口废钢铁，为了便于于管理，进口和我国类似废钢标准的对比．根据进口情况发现美国的t号、2号重料和结构钢料都是以低碳钢为土．多数是通过液压剪切机加工，杂质很少*也没有生铁铸件类混在其中.日本的HI和H2皮钢小混有3M以下的轻料废钢，与美国的1、2号废钢比要差些。I号打包压块主要以锈蚀很轻、无涂层的轻薄料压成．2号打包压块是质量较差的轻薄料，加洗衣机外壳、易拉罐等压成。

杂质元素及其去除

废钢铁的反复使用带来的问题是：随重熔次数的增加，由4t种途径带人炉内的杂质元素(如锌、铅、肺、镍、铬等)在冶炼过程中很难去除，逐渐富集在钢中。这些元素对—‘般钢种是有害的，例如较多的铬会增加炉渣的粘度，影响渣钢反应。调和锡会使钢在热加工时产生裂缝，连铸时易造成拉漏和内裂等铸杯缺陷，因而府尽量避免杂质元素在钠中富集，特别是高级钢种。美国NuMr公司对薄板坯连铸钢水的要求：Cu之05％，Sn05％、以免轧制时板坯出现裂纹 科学技术的发展和人民生活水平的提高．钢铁制品日趋多样化和复杂化，表面处理钢板、复合钢板、以及汽车和家电制航。建筑装饰材料等废钢午混有相当数量的锌、锡、铅、铜、铬、镍等合分元素和镀层金属、这类废钢铁用于回收炼钢时必须严格分选，否则一旦人炉，则很难去除。尤其是镀层钢板，木去除镀层金属是不能用作炼钢原料的。

到月前为止，电弧炉炼钢的主要原搏料是废钢铁，但废钢铁供应很不平衡。表现为绝大多数发展中国家的供应星不能满足电弧炉钢增长的需要，而大量使用进口废钢铁在经济上：是不能承受的。另外，用户对铜质量要求越来越高．而废钢铁小社会回收废钠比例逐渐增加。清洁废钢越来越少。尤其是电弧炉一薄板坯连铸流程的发展，要求炼钢使用清洁的原材料。这样，既能弥补废钢铁数量不足，父能满足提高清洁度要求的废钢铁代用品，受到了电弧炉炼钢—家的重视，甚至这种含杂质元素极低的废钢铁代用品已成为生产纯净钢的必需

品。

从最近的进展看， 目前可用作代替废钢铁作为电弧炉原料的代用品主要有三类：直接还原铁、碳化铁和脱碳粒铁。直接还原铁进展

直接还原铁进展

直接还原铁是指铁矿石在低于熔化温度下进行还原得到的海绵状金属铁，通常又称为海绵铁、预还原铁、简称直接还原铁 直接还原过程一般是在回转窑或竖炉内进行，所用还原剂有煤基和气基两类。根据工艺不同．主要有三类产品：

1.海绵铁，出铁矿石在回转窑或竖炉内直接还原得到的海 绵状金属铁

2.金属化球团，铁矿粉先造球，再进行直接还原而得的保持球团外形的直接还原铁。这两种产品通常都称为直接还原铁。

3.热压块铁(HBI——Hot Bnquet曲Imn)、把海绵铁或还原球团趁热加压成形，使其密度增大并只有一定尺寸t一般为1叨x 50X30(mm))和形状的直接还原铁。佃I与DRI相比它用于电弧炉装料效率高；占用料场少；不易氧化、破碎和混入杂质；便于贮存和运输。 现代电弧炉炼钢工艺

传统的电弧炉操作集熔化、精烁相合金化于一炉，包括熔化期、氧化朔和还原期，在炉内既要完成熔化、脱磷、脱碳、升温．义要进行脱氧．脱坑、去气、去除夹杂物、合金化以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电弧炉／t产率的提高。现代工艺只在电弧炉中保留了熔化、

升温和必要的精炼，如脱磷、脱碳，而把其余的精炼过程均穆到二次精炼工序中进行。工艺L的这种改变，大大提高了电弧炉设备能力，使其能够以尽可能大的功率进行熔化、升温操作，而把那些只需要较低功率的操作转移到钢包精燎炉内进行。并且越来越完善的精炼技术能进——步满足钢液清沽度和严格的成分、温度控制的要求。 现代电弧炉炼钢工艺的基本指导思想是高效．节能、低消耗。应用于现代电弧炉的各项技术，如超高功率供电、吹氧和氧燃助熔、水冷炉壁、水冷炉盖、底吹搅拌、长弧泡沫渣、无渣出钢、废钢预热等都是在这种思想指导厂开发出来的。综合应用这些技术，与计算机控制、管理和炉外精练相配合，已经使现代电弧炉达到冶炼周期(出钢一出钢时间)小于602血n1冶炼电耗低于410kW〃h4，电极消耗旦低于2．2kg／t的高水平。

宜流电弧炉的出现又使电弧炉技术水平达到了一个新的高度，进一步缩短了冶炼周期．降低了冶炼电耗和电极消耗量．而且闪烁、噪声发射、炉衬耐火材料消耗量都明显得到改善。 非金屑材料 石灰石和石灰

石灰石和石灰是电弧炉炼钢小形成碱性炉渣最重要的造渣材料．其主要成分是Q0。由0在炉内与反应产物s5Q，Mno．Fd等生成一定碱度的炉渣，并脱除钢中夹杂物和有害元素，如磷、硫等。从节能和省时方面考虑，目前多使用石灰，但为早期形成泡沫渣和脱磷，熔化期还使用石灰石。一般要求石灰中Q0含量，90％，硫含量0．t％。

石灰在大气中吸水对炼钢有害．因此应储存在密闭容器中，入炉石灰要求水含量O．3％。由于活性石灰成渣快．有利于渣一钢反应．近年来也广为采用。

白云石主要成分为Qo，MgO。白云石用于电弧炉补炉和堵门坎，也用于造渣。用于造渣可使炉渣的Mg0含量保持在一定水平．能减少对炉衬耐火材料的侵蚀。造渣用白云石为轻伤白云石．而补炉用白云石则为重烧白云石。 萤石

萤石主要成分为CaF2，要求CaF2含量，85％。在电弧炉炼钢中，萤石主要作为炉渣调节刑，以改善炉渣流动性，促进被2Qos1Q裹着的石灰团块溶解。当然，铝钒土和火砖块也常用来调节炉渣的流动性，但无法完全代替萤石。萤石中硫含量应‘01％。 蕴发

焦炭和其他含碳材料，如石油焦、无烟煤、石墨电极碎块等主要用于以下两方画：

1)在熔化后期和氧化期造泡沫渣；2)作为增碳剂加入炉内或 包内。一般要求焦炭中碳含量，80认灰分15化石墨电极粉 中碳含量＞95％，灰分2％，硫含量均＜0．1％，水分＜1％。 氧化剂

氧化剂是氧化钢中杂质，如硅、锰、磷和过量碳的加入剂。氧化剂通常为矿石、氧化铁皮和氧气。在现代炼钢中，氧气是最主要的氧化剂。高纯度氧气使用简单，易于控制，能快速可控地

脱碳．更有利于钢中气体和夹杂物的排除。吹氧也是节能的重要措施。实践表明，每立方米氧气可替代3．5—4．8kw．h电力。矿石通常只用来调整熔池温度以利脱磷，如果控制得好．冶炼中应尽量不用或少用，因为矿石吸热和带入的S02会增加Cao的消耗量，将使电耗增加。炼钢用矿石要求具有高密度、高品位 Pe＞55％)，尽量减少夹杂物带入量。 金属料 (1) 废钢

皮钢来源分为厂内返回废钢和外购废钢。返回废钢主要是厂内产生的废钢锭、短尺、钢坯切头、切边和厂内的其他皮钢；外购皮钢主要是机加工厂的工业废钢和废旧车、船、农机等市场因收废钢。部颁标准(YB518—64．YB519—64，YB520—64)对破案废钠、废铁利合金废钢的分类、处理都有明确的规定。 应强调指尔，对皮钢、尤其是合金皮钢要严格管理，分类存放．严禁混料，以避免为冶炼操作带来不必要的麻烦祁浪费合金元素 (2) 生铁

生铁在电弧炉配料中主要作为碳的来源，生铁可降低废钢熔点，加速熔化过程。由于生铁价格较贵，庇尽量使用废铁，如报废的铸铁制品、锭模等。焦炭、无烟煤足廉价的碳源．在现代电弧沪炼钢中巴广泛使用。当然，在废钢短缺时*可考虑用生铁代 替部分废钠。电弧炉用生铁主要有P08，P10和S10，S15。配料

时用前两种，后期增碳含量。 (3) 金属化球团

金属化球团或称海绵铁，是用竖炉或回转窑对矿石进行直接还原而得到的一种新型金属炉料，一般金届化率在85％一95％之间。海绵铁中除金属铁外尚含有末还原的Fe0和服石等，给炼钢带来许多问题，如比废钢价格高、能耗高、收得率低等。但由 于连铸的发展、使废钢严重短缺，因而有些地方用海绵铁作为度钢的代用品进行炼钢生产，这具有—定的现实意义。海绵铁装料方式可用料篮或炉顶漏斗?分批装入炉内，也可通过附设在炉顶的自动控制给料器连续加入炉内。 ?般海绵铁Rd料量超过30％时均应采用连续加料。 (4) 脱氧剂和扶合金

氧化终了出铜时要对铜水进行脱氧现代炼钢脱氧常在钢包个进行，常用的脱氧剂有硅铁、锰铁、硅锰合全、硅锰铝合金和铝等。在进一步的精炼中，根据需要还使用硅钙和钻铁合金等。那些作为钢中成分又不易氧化的元素，如镍、铭、钨、铂等可以 相炉料一起装入炉内或在熔化后加入炉内。对于含量较大又较易氧化的元素(如铬)，应在氧化所期加入，这既保证了充分熔化、又使氧化损失最小。各种铁合金成分可在部颁标淮中查到， 为能有效地进行炼钢操作，在考虑金属料配比量和装料时总是以最大可能的提高生产率作为主要因素。提高熔化速度的基本条件如下：

1)料篮容积一般设计成与炉子容量相同，装料后炉料不能高出炉子上口；

2)第一篮料通电熔化后，进第二篮料的时机应选在既能提高热效率，又不使炉料过高而影响送电；

3)根据炉子容量、变压器功率和吹氧情况确定合适的皮钢堆积密度。密度过大，废钢落入嫁池后使熔化条件变坏；密度过轻，废钢下落不稳定，熔化速度减慢；

4)厂内自产或压块等大块废钢应装在料篮下部，滑落碰断电极；

5)装料次数应尽可能少，以减少热损失；

6)根据吹氧过程中碳、铁氧化量增加一定的配碳量； 7)加海绵铁时如连续加入，应从电极穿井后开始直至出钢这段时间内连续不断地加入；如果分批加入，每次加入量宜少，既要避免发生炉料架桥．又能使炉壁处残存的度钢起到保护耐火材料，免遭电弧辐射的损害；

8)石灰(或石灰石)溶剂可和炉料一起加入炉内，以利早期成该服磷如果有条件，在熔化期从炉顶或炉壁喷人最好；

9)废钢全熔，碳、磷、硫、馅等成分的含量对冶炼时间影响很大，而非氧化元素铜、锡、镍等除有特殊用途外，对质量有不利影响，所以废钢配料成分和废钢管理十分重要。

废钢预热

废钢入炉的进行项热是降低电耗、提向生产率的重要措

施。废钢热效果uj税，但也存在某些问题需进?步解决，如较高的维护费用、与生产配合等。此外*出于低温预热系统碳氢化食物燃烧不完全和氯化碳氢产物排放所造成的环境问题，已导致一些系统在西欧被停使用。

熔化、升温与冶炼

快速熔化和JL温是当今电弧炉最重要的功能，将预热好第—族废钢加入炉内庸。这一过程即开始进行。为了在尽可能短的时间Nfl废钢熔化乔使钠液温度达到出钢温度，在现代电抓炉中一般采用以下操作来完成：以最人可能的功率供电，氧一燃烧嘴助熔，吹氧助熔和搅拌，底吹搅拌，泡沫渣以及其他强化冶炼和／f温等技术。

底映气体检拌

电弧炉是通过分布公极心圆上的3支电极对废钢和熔池表面加热，并通过炉渣和金属对整个熔池加热。由于加热的不均匀世和电弧电动力搅拌乏力，使炉内存在冷区和热区，熔池温度、成分不均匀和炉渣过氧化等问题。虽然真一燃助熔和熔池吹氧使部分问题得到解决，但依然存在炉渣过氧化、炉渣不活跃和熔池内温度成分不均现象。底吹气体搅拌为电弧炉克服上述问题提供了廉价而有效的解决办法。底吹气体搅拌把只有电弧电动力作用时的搅拌能1—3W／t提高到375一栅w化因而可使电弧炉炼钢

获得如下好处： 1)改善钢一渣反应；

2)提高熔池成分和温度的均匀性； 3)加速电弧向废钢的传热；

4)促进脱磷、脱硫和碳氧反应，可冶炼C，N钢种； 5)能更有效地放渣和进行无渣出钢操作，有利于清洁钢的生产。

一般认为底吹搅拌可使电耗减少10kw．h儿冶炼时间缩短5n，金属收得率提高o．2％一0．5％。电弧炉底吹操作应考虑以下几点：

1)最经济地选择搅拌气体。员气是一种惰性气体，对透气元件磨损小、操作平稳、不会造成钢液增氮，是理想的搅拌用气体，但其价格较贵；氮气是廉价气体，主要问题是使钢液增氮；氮气和员气联合使用，即熔化期用氮气、精炼或精炼后期用员气清洗，是一种经济的选择。此外，C0，CH4等气体也可用于底吹，但使用时应特别注意装臵的安全；

2)底吹气体流量应根据不同的搅拌强度和装臵类型来确定：接触式的用气流量一般是3—7m3／(h〃支)；对于非接触式的用气流量．一般取为8—15rnl瓜〃支)；

3)搅拌强度控制在一定的液面隆起高度，使钢水不冲破渣层为宜，否则将使钢水吸氮。此外．过高的隆起高度将使电弧不稳定，电效率下降。出钢时应提高搅拌强度，Lx防堵塞吹气孔；

4)定期观察元件运行状况和仪表，一旦发现异常，如堵塞、温度超标(应有自动报警)．要及时处理和更换。

无渣出钢

经初炼后温度、成分达到出钢要求的钢水为顺利转入炉外精炼，要求无渣(少渣)出钢，最常用的技术是偏心炉底出钢(EBT)。采用偏心炉底出钢可获得如下好处：

1)可以做到无渣出钢； 2)可以留钢操作；

3)减少倾炉角度，大大缩短大电流电缆长度(减少阻抗) 4)炉壁水冷面积可进一步扩大 5)可以增加输入功率(阻抗减少)；

6)因而粗的出钢口和短的出钢流程减少了出钢时间和降低了出钢温降(可降低出钢温度30℃)，也减少了钢水吸气和二次氧化；

7)钢水垂直注入钢包，减轻了对耐火材料的冲刷侵蚀，提高了包衬寿命； ?

8)明显降低了电力、电极、耐火材料消耗量，提高了生产率。 无渣出钢操作必然会使炉内留有一部分(to％一15％)钢水和几乎全部炉渣，这为下一炉加速熔化、早期脱磷创造了条件；同时，由于液体熔他的存在，使熔化初期电弧稳定性提高，平均输入功率增加．改善了控制并减小了对供电系统的干扰。最能代表留钢留渣操作效益的是生产率的提高。出装入量为155t电弧炉留钢量(加入量为重量百分比)与熔化时间和生产率的关系。可以看出，留钢量在10％附近可获得最佳效果。为保证无渣出钢

和最佳冶炼效果，一般留钢量大约控制在10％一15％。 保

护炉底耐火材料免受电弧和炉渣侵蚀是留钢操作的另一个

重要好处。在常规操作中，电极穿井后到达炉底，经常会对炉底耐火材料造成损害，尤其是装料密度较低时几乎不可避免．留钢操作不但隔离了屯弧村炉底的冲击而且也隔离了炉渣对炉底中心部位的化学侵蚀，使炉底修补量减少．耐火材料消耗量降低。

底吹电弧炉炼钢技术

电弧炉是目前国内外主要的炼钢设备之一。随着工业的发展，废钠及其它原料的增加，电弧炉炼钢技术更加显示出其重要地位。然而电弧炉炼钢过程中存在一个不足之处是熔池内部及钢渣之间的搅拌作用差，致使传质、传热速率低，从而带来熔化速度和氧化反应速度侵，钢液成分和温度不均匀，脱硫、脱磷速度低，工人劳动强度大，能耗高，冶炼时间长等一系列问题。为了降低工人劳动强度，提高熔池搅拌效果，1933年瑞典朋EA公司提出了在电弧炉炉底安装电磁搅拌装臵搅拌熔他的技术．并得到了不少电弧炉钢J—的重视和采用，我国少数／家也引进该技术和设备。但由于该设备投资大、事故多并且维修复亲．熔池搅拌强度调节范围小，从而未能得到推广。为此开发与推广一种成本低、见效快、生产中实用的电弧炉搅拌技术是十分必要的。 随着转炉复吹技术、钢包底吹氨技术等的发展及其在冶金上取得明显效果，人们认识到底吹气体搅拌熔他的优越性，并巳积累了大量的经验。为此，如日本等国早在70年代末、80年代韧就开始研究电弧炉底砍搅拌技术。到80年代中后期，由于技术L可行．特别是在

冶金相经济上获得了较大的效果，一些主要产钢国开始对这项技术给予极大的重视．并且纷纷开发和推广电弧

炉底吹炼钢新技术。

电弧炉底吹炼钢技术具有成本低、操作方便、搅拌效果好等优点，并由此产生了一系列极其有益的冶金效果。它可明显缩短冶炼时间、降低能耗、提高脱硫脱磷能力，促进合金均匀化。冶炼不锈钢时可促进占碳保铬，增加合金收得率，并且可大大降低工人劳动强度。可以肯定，电弧炉底吹搅拌技术用于炼钢生产同电弧炉其它失进技术一起，必将为电弧炉技术革命翻开新的—页。

喷收气体

电弧炉底部喷吹气体的种类可采用Nh Af、天然气：和空气等，吹转炉用气体相同。 底吹时，必须同时配备保护气体，防让供气元件严重烧损。底吹CO时，要注意管路与控制元件和设备的密封问题。经实验和生产证明，在电弧炉中底吹天然气时．钢液无增氢现象，同时起到保护电极作用，是一种比较理想的气源。底吹N1台引起钢液增氮，但可采用后朔吹AJ等其它气体将其降低而获得合格产品。

底吹电弧炉的类型

目前底吹电弧炉炼钢技术发展很快，已在普通电弧炉、偏心炉底出钢电弧炉、超高功率电弧炉等中开发应用，并与顶吹喷煤喷粉、二次燃烧及氧化物熔融还原直接合金化等技术相结合，使电弧炉炼钢工艺更加趋于完善。

曾通电弧妒中底吹气体

这种工艺的特点就是在普通电弧炉中采用底欢新工艺，通过装在炉底的喷嘴(供气元件)向炉内吹气搅拌．从而达到缩短冶炼时间和降低能耗的效果。其中缩短还原期效果显著。冶金部钢铁研究总院同长城特殊钢公司所开发的底吹电弧炉就属此类型。 电弧炉中底吹与顶吹技术相结合

电弧炉复吹技术是将顶吹氧与底吹气体搅拌结合起来强化电弧炉冶炼的一项新技术。供氧强度和熔池搅拌能力增强，大大缩短了总的冶炼时间，降低了能耗。这项技术目前已受到入们的重视(如巴西、意大利的一些钢厂)。

国内状况

冶金部钢铁研究总院于1980年开始在实验室进行电弧炉底吹技术的研究工作。1991年该项目列为冶金部重点科研课题。1992年—旬，钢铁研究总院同长城特殊钢(简称长特)公司合作在该公司1座公称容量1航、出钢量16t的电弧炉上进行底吹技术工业实验。底吹工艺采用N1一Af切换的供气方式。对于不同冶炼钢种采用不同底吹模式，以满足电弧炉在不同冶炼时期和冶炼不同钢种对底吹搅拌的需要。实验期间共冶炼了4m炉左右，解决了在实验过程中出现的技术、设备、操作等方面存在的问题。从而在较短的时间内使底吹工艺实现T正常化和规范化。采用底吹工艺冶炼了碳索结构钢、台金结构钢、工具钢、不锈钢等约20种钢种，并冶炼出超低硫磷高纯铁品种。由于底收工艺给电弧炉炼钢

带来很大的方便和效益(主要包括〃操作方便、工人劳动强度大大减轻、降低电耗、提高生产率和合金收得李等)，从而深受炉前工人及工程技术人员的欢迎。从第一炉役实验到第3个月(即3992年4月底)，长特公司另一座同吨位电弧炉底吹系统投入生产使用，至此电弧炉底吹技术进人推广应用性阶段，从而长特公司成为国内首家在生产中采用底吹电弧炉炼钢新技术的单位。该技术已于1992年6月通过冶金部鉴定。

电弧炉底吹搅拌的冶金效果

国内外各厂家的电弧炉采用底映技术后均取得了显著的冶金效果。

碳氢反应接近平衡 脱硫能力提高

底吹气体强化了钢液混合，加快了钢液中硫向渣传递的速率，同时又降低了渣中Fe0含量，提高了硫的分配系数，从而有利于脱硫。，底吹搅拌下脱硫效果十分显著。长特公司的底吹试验与生产结果也表明，在该厂条件下普通电弧炉冶炼的碳素钢成品的平均硫含量为0．021%而在底吹条件下的平均硫含量为0.015％。采用底吹工艺还可冶炼0.003％，旧0.003％的超低硫、磷纯铁。

提高废钢熔化速度

电弧炉底吹气体加强了熔池搅拌、提高了传热速度、加快废钢熔化。有关计算表

留．整体封闭罩、侧吸罩和炉盖罩等。实践证明较有成效的是电弧炉整体封闭罩。此方法是将电弧炉设臵于封闭罩内。罩内壁四周设有隔音、隔热、泄爆等措施，罩壁留有必要开启的孔洞和门扇，可以使电弧炉冶炼工序，即加料、出钢、吹氧、加合金料、更换电极、测温取样及设备枪修等均可正常进行，而不影响工艺操作。排烟口设在烟罩顶部适当位臵，连接排烟气管道至烟气净化设施。据测算，这种排烟方式比一般综合徘烟方式可节省投资费用40％左右，减少电力消耗约刃八减少操作场所电弧噪声干扰1NB以上，此外还可降低电极消耗、水耗、耐火材料消耗等，从而达到降低生产成本和环境保护的目的，其效果显著。

(3)炉内外结合排烟

屋顶排烟罩和电弧炉炉内排烟相结合 这是当前国际上普遍采用的电弧炉排烟方式。此方法最有效地保证了厂区内外环境污染控制。排烟设施由屋顶排烟罩和炉内第四孔排烟两者相结合．以电弧炉第四7LdF烟为主导，一般从电弧炉炉顶第四孔抽烟，烟气温度1200一950它，高温烟气经水冷夹层管道进入烟气燃烧室，使烟气所含的c0几乎燃尽、然后进人水冷夹层烟道，此时气温降至650它进入机力空气冷却器，使烟气温度再降至350℃左右进入单层钢板管道。屋顶排烟罩处于电视炉上方的屋架，专收集电弧炉出钢和装兑炉料时散发的烟气。诽姻温度约80檀，烟气管道沿厂房屋架下侧与‘亡述单层管道汇合为总排气管道，接着进入滤袋除尘器，净化后的气体经主引风机送入高烟囱放散，

排入大气的净废气含尘量‘100nB／m3(低于规定的废气徘放标准恒1502.

②全封闭罩和电孤炉炉内排烟相结合 这也是国际上采用较多的电弧炉排烟方式。该方式卓有成效地保证了厂区内外环境污染控制。在正常操作时，徘烟设施是以电弧炉炉内第四孔排姻为主， 当电弧炉出钢、加料时则以全封闭罩排烟为主。在电弧炉第四孔排烟时，炉体各孔隙处外漏的烟尘也由全封闭排烟罩捕集。全封闭罩管道、第四几诽烟管道汇合为总排气管道．接着进入滤裳除尘器，净化后的气体经主引风机送人高烟囱故散，排入大气的净废气含尘量100叩松。

(4)烟气净化设备

电弧炉烟尘粒度纫．含尘浓度大，烟气温度高达Z1200℃，经过各级水冷烟道、机力空气冷却器等设备后，进入净化设备的烟气温度控制在300一120檀范围内，烟气还含有一定的腐蚀性。根据国内外实践经验．适合处理电弧炉烟尘的净化设备一般为滤袋除尘器、电除尘器和文氏管洗涤器等三大类，其中以滤袋除尘器应用最广。

废水治理

电弧炉炼钢生产过程中有大量的废水徘出，废水水质随生产工艺、设备及用水部位和条件不同而异。一般电弧炉的各冷却部件、变压器冷却、水冷电缆、真空冶炼的水冷部件、连铸机结晶器及设备冷却等排出的水仅温度升高不含其他污染物，而真空

冶炼中的真空系统排出的水、连铸机的二次冷却等排出的废水均含有氧化铁皮和油类等污染物。通常，无污染的废水经过冷却后即可循环使用，而含有氧化铁皮和油类的废水需进行处理，达到生产工艺要求后才能循环使用。

废水处理时可根据废水中污染物的特性采用不同的处理流程。

(1)真空冶炼的废水处理

真空冶炼中的真空系统排出的废水中主要含氧化铁颗粒，颗粒圾细，其含量为250一30b2GA，排出水的水温比进水水温升高10疆左右，一般采用混凝沉淀除去水中的悬浮物，再经过冷却降温后即可循环使用。沉淀的污泥通过泥浆管道送入泥浆处理装臵，污泥脱水后可以利用。

(2)连续持锭的废水处理

连续铸锭生产工艺的二次喷水冷却、切割、辊道冷却及水冲铁皮等的废水中主要含有氧化铁皮和油类。悬浮物含量为1500一2500rn8A—，含油量为50—70rn8儿，水温升高约为25擅，进水水温40℃时．出水水温为65℃。处理方法是采用沉淀和过滤。废水经过处理后，水中悬浮物可降至10—2hn9儿，油类可降至5—10m8A—，经过冷却后，水温降至40℃即可循环使用。沉淀方式可采用旋流式沉淀池，也可采用平流式沉淀池。在沉淀池内设撇油装臵．以清除油类。

固体废物的治理

电弧炉炉渣的综合利用

电弧炉氧化趋的处臵和利用 液态氧化淹从电弧炉流入植罐．用渣罐车达到炉渣间冷凝后用吊车础出．破碎后用磁盘吸出废钢．衫吨钢渣可回收40一50kg废钢。破碎的小块氧化浊可供筑路使用，大块氧化渣用汽车运往弃渣场。电弧炉还原渣的处臵和利用 电弧炉还原渣中因CaO、MgO含量简，可作为制造钢渣白水泥原料而全部利用。

由于还原渣的碱度较高，一般都能自动粉化．活性较好。如DE入40％的水泥熟料和10％的石膏，即可生产出400—500号钢渣水泥。某钢厂利用电弧炉还原渣生产的白水泥，不仅产品成本低、节约燃料，而且质量好，销路广。该厂的钢渣白水泥生产..

参考文献：【1】 马延温.电弧炉工艺技术与节能降能，北京：石油工业出版社

【2】 关玉龙.电炉炼钢技术，北京：科学出版社，1990

【3】 赵忠升.废钢铁管理，1992 （未发表） 【4】 刘麟瑞.冶金炉料手册，北京：冶金工业出版社，1998

【5】 秦民生. 非高炉炼铁，北京：冶金工业出版

社

【6】. 殷瑞钰..当代高炉流程的工程进展评价.中国金属协会.1993（未发表）

明，对长度大于8伽的成捆轻废钠如不用底吹气体搅拌，在70r血nNf目难熔化，但经底吹搅拌Lo 06m在33血n内就熔化了。在容量为l 5t的电弧炉上采用底吹搅拌冶炼碳素结构钠，获得熔化期缩短10n左右的效果

加速台金熔化钢液脱硫效果的比较和混均

有关实验表明，在静态钢液中加入w和Mo的台金，302un后钢中w，Mo浓度比混均后的浓度低1／2—1／3，而在底吹气体搅拌下，4—61血n就可达到均匀浓度。在冶炼不锈钢时，对出钢前炉中取全分析的结果表明：采用底吹工艺的ECd含量的双样差平均值为o．06％，而无底吹工艺的为o．1x％。由此可看出，底吹工艺钢液的成分均匀性和稳定性明显提高。电弧炉钢液成分的快速混均，消除了含难熔金属和高合金比的合金钢因取样无代表性而产生废品的现象。

节能降耗、提高生产力，在电弧炉中采用底吹工艺可大大降低电耗、提高生产率。 电弧炉炼钢厂的环境保护

环境保护是我国重要国策，在发展生产的同时，必须把环境保护纳入国家经济计划和经济管理的轨道，协调好社会经济发展和保护环境关系，既要保护好环境，又要促进生产发展，把环境效益和经济效益统一起来。

电弧炉在冶炼过程中由于炉料的加热熔炼和化学反应，使炉内产生一定的压力，致使烟气和尘粒从电极周围的间隙(炉门和其他

缝隙)选出。电弧炉开盖加料时，也有较多烟尘逸出，特别是在吹氧冶炼阶段，烟尘放散量剧烈增大，俗称?黄龙?。这些烟尘颗粒极细，大多小于10帆如果不采取有效的控制措施，势必吸人人体肺部。所以严重污染车间和厂区大气环境，影响工人和周围居民的健康。除烟尘外，电弧炉冶炼、炉外精炼、连铸生产时还产生废水、噪声及固体废弃物等。对上述污染物必须遵循环境保护法规定、贯彻环境保护设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产、令所排污染物遵守国家和地方所制订的排放标准及环境标准。

电弧炉炼钢各工序对环境造成的污染 电弧炉烟气和咽(粉)尘 电弧炉烟气 。

电弧炉在整个冶炼过程中均产生烟气．不同时期其烟气量不同。氧化期吹氧时，烟气量最大，其次是熔化期，还原期最小。电孤炉烟气量按炉内排烟方式为500—1200m排烟温度为1000℃。按炉外排烟方式、固有厂内空气 ，冶炼过程中，有的超高功军电弧炉同喷轻柴油，平均耗油量约6kgAM，因而烟气中含有极少量的二氧化硫。

烟(粉)尘

烟(粉)尘是电弧炉炼钢厂的主要污染物、主要来自电弧炉冶炼过程中产生的含有氧化铁及少量氟化物的烟尘、LF等桔炼炉产生的烟尘、电弧炉上料系统散发的粉尘、连铸机结晶器加保护

渣时产生的烟尘、铸坯火焰切割产生的烟尘等。在这些烟(粉)尘，以电弧炉冶炼产生的烟尘量最大．对环境污染较为严重。

电弧炉烟尘的产生量、浓度和粒径及其组成成分主要随不同冶炼期而异，同时也和炉料种类及其配比，以及冶炼钢种等有关。

①电弧炉烟(粉)尘产生量及浓度 一般说来、每冶炼水产生10一15kg烟尘。烟尘浓度为4．5—／h，(但吹氧时浓度可高达20g／m3)。电弧炉在熔化、吹氧、脱碳、还原时产生的烟尘(称为一次烟尘)量占总烟尘量的90％。加料、补炉、 出钢时产生的烟尘(林为二次烟尘)量约占总烟尘量的10％。

②电弧炉烟(粉)尘粒度 电弧炉烟尘颗粒很细，一般说来，冶炼碳素钢时，引oPm的烟尘约占85认冶炼特殊钢时，之10ym的烟尘约占90％。不同冶炼期烟尘粒度组成列于表.

电弧炉废水

电弧炉生产用水主要用于电弧炉设备的间接冷却。水质不受污染，仅温度升高，经过冷却塔冷却后可连续使用。 但真空冶炼中真空系统排水中含有一定量的颗粒物SS(4300ne)。

连铸生产过程中，连铸机二次喷淋水、除鳞及冲铁皮水中含有大量氧化铁皮、切割渣等颗粒物和少量油(SS：3500—2000mgA、N：50—70 m8A)。

固体废物

电弧炉炼钢和连铸机生产中产生的固体废物有电弧炉冶炼和

钢包桔炼产生的电弧炉钢渣、电弧炉冶炼和钢包精炼及散状料系统除尘设施收集的粉尘．连铸浊环水沉淀池收集的氧化铁皮、钢包和中间包修砌产生的废耐火材料等。这些固体废物中，电弧炉钢渣量最大。

电孤炉钢漆

①电弧炉钢渣的生成 电弧炉钢渣是由造渣材料、冶炼反应物、侵蚀脱落的炉衬和补沪材料所组成。其生成量约为钢产量的15％左右。电弧沪钢渣技冶炼期可分为氧化朗渣(氧化渣)和还原朔渣(还原酒)。氧化渣是在高温氧化气氛中形成的，这种渣的碱度(勘0)／610J较低，含氧化亚铁较高．不具有或具有轻微的水硬性。氧化渣量占全部渣量的60％一70化为钢产量的7％一10％。还原这是在熔炼过程中加还原剂(Q铁．锰铁、铝块等)．在高温还原气氛中形成的。还原渣旦占全部渣量的30％一40％，为钢产量的3％一5％。还原渣碱度较高．含极少量的(1％)氧化亚铁，具有显著的水硬性，是制造钢渣水泥的好材料。

②电弧炉钢渣的化学成分 电弧炉钢渣的化学成分随使用原料、冶炼钢种、工艺不同而产生一些波动。但由于电弧炉冶炼采用废钢作原料，造渣剂成分也相近，因此各厂电弧炉钢渣的成分都比较相似

噪 声

电弧炉冶炼时产生电弧噪声，在不同冶炼阶段噪声声压级不同。对于交流超高功率电弧炉，在熔化初期所产生的噪声可高达

120dB，而直流超高功率电弧炉在熔化初期所产生的噪声勺交流电弧炉相同，但到熔化中期以后， 即可迅速下降到＜90dB。 除尘系统风机噪声约95dB，连铸二冷室外徘蒸汽的风机噪声约为9NB。此外，还有空气压缩机、水泵等设备运转时均产生噪声。

污染的控制措施 烟(粉)尘治理

日前国内外采用的电弧炉烟气净化方式很多下。 ’ (1)炉内排烟

炉内排烟是在电弧炉炉盖上的适当部位设臵一个排姻孔(俗称第四孔)，将水冷排烟弯管活人其中，直接从炉内引出烟气的排烟方式。

炉顶水冷弯管与净化设施的水冷排烟管道相对衔接，没有活动套管来调节控制其间距。

炉内排烟方式具有排烟量小、排烟效果好、可以加快脱碳速度、缩短氧化期、降低电耗等优点，在还原期可调节套管间BE，减少炉内排烟量，使炉内处于微正压状态．以保证还原气氛。国内外炼钢电弧炉采用炉内排烟已取得了明显的技术经济效果。

(2)炉外排烟

炉外排烟是烟气在炉内正压作用下，由电极或炉门等不严密处速散于炉外后，再加以捕集的排烟方式。炉外排烟的烟气量要比炉内诽烟大得多。

电弧炉炉外排烟方式很多．已使用的主要有屋顶排烟

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