底吹透气砖搅拌系统在电炉上的应用

作者：韩岩松；牛茂盛；刘建中；李壮；王永军

第一作者单位：濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司

1前言

电炉熔池均匀和搅拌技术是现代电炉操作技术的一大进步。由于炉内几乎没有自然对流，通常不足以消除熔池可达21℃-49℃的温差。因而改善炉内熔池的均匀性，能够使炉内温度均匀，并且更加有效的提高冶炼工艺。近年来，随着国内耐火材料技术的发展，采用透气砖底吹搅拌技术，能够缩短冶炼周期、节省电耗、提高合金收得率，具有很大的优越性。

2目前电炉炼钢现状

以废钢为原料的电弧炉炼钢过程受炉料、加热方式、炉型以及供氧条件的限制，其搅拌程度均和转炉相距甚远。因而在金属熔体中存在着温度梯度和不均匀性。作为电炉原料的废钢，既没有转炉铁水所带来的大量物理热，也没有像铁水那样富含Si、Mn、C等可以发热的元素，熔化、升温全部依靠熔池上部电弧。由于不能形成对流，造成上部过热、下部过冷，而且造成成分不均匀。为了增加上表面加热面积，减少熔池深度，降低温度梯度，虽然在电弧电流的作用下以及侧氧枪的喷吹下，可以造成熔体的流动和搅拌，但仍不能完全使温度均匀化。

搅拌乏力对电炉炼钢带来的不利影响主要有：

①上下层钢水形成较大温差，使浸泡在底部的重废钢不能与上面最热的钢水接触，熔化缓慢。

②氧化反应速度主要取决于氧和碳等的扩散和产物上浮速度，搅拌不好使反应速度变慢且成分不均匀。

③温度、成分的不均匀和过氧化，易使熔池在突发扰动（如炉壁处未熔化废钢滑下、炉底CO气泡开始释放等）时产生猛烈反应，使热区和冷区（加料区）两侧炉墙渣线砖侵蚀不均，从而导致热区侵蚀过快，降低炉衬总使用寿命。

④温度、成分不均匀也使过程控制变得复杂，如取样测温不具有代表性，影响检测结果的准确性。

⑤使出钢控制温度偏高，不仅电耗增加，铁合金加入量也有所增加。

因此，安装使用透气砖底吹搅拌系统，对改变炉内熔池温度均匀，提高炉衬使用寿命是有效的途径之一。

3透气砖技术特性

3.1底吹搅拌系统研究

底部吹气搅拌时，在不同气体流量下，气泡行为主要分为：小气泡群、气泡束和气泡袋。透气砖孔小有利于获得小直径气泡，有利于吸附夹杂物；吹氩流量小有利于获得小尺寸气泡并去除夹杂物；吹氩总量越大，夹杂物去除就越好。

.2底吹透气砖用原料

电炉底吹透气砖采用复合型金属管-镁碳砖。耐材本体采用高档电熔镁砂、鳞片状石墨并添加复合抗氧化剂。透气砖的孔道为定向多孔型，其内引入金属微管，金属微管的内径约2mm，壁厚约1mm，金属微管数量根据砖型大小布置，均匀地分布在透气砖的中心部位。电炉底吹透气砖采用等静压成型，具有较高的吹通率和气流稳定率。

4.2使用结果

电弧炉采用底吹气体搅拌加速了熔池传热、传质，改善了冶金反应条件，能够起到节能降耗、降本增效的作用。电炉底吹透气砖在国内多家钢厂使用后，可达到以下效果：

（1）改善渣-钢反应，降低了渣中FeO含量，提高铁收得率0.5%；提高了钢的残锰含量，降低Fe-Mn消耗1kg/t；降低了钢水中氧水平，提高回收率，减少Fe-Si消耗0.3-0.6kg/t。

（2）基本消除了熔池钢水的不均匀性，提高了测温和成分分析的可靠性；使出钢温度降低20℃，并减少Cr、W等合金的浪费。

（3）加快熔化速度，缩短冶炼周期10-15min/炉，提高生产效率。

（4）提高了电弧的传热效率，传热系数从4000W/m2·K提高到11000W/m2·K。

（5）改善脱磷、脱硫，减少石灰用量，有利于夹杂物上浮。

（6）均匀了钢液温度，减少热区炉墙耐材的侵蚀损毁，一定程度上提高了电炉整体的使用寿命。

（7）底吹搅拌还可以帮助排渣和控制出钢时下渣量，为炉外精炼提供良好的初炼钢水。

5结论

（1）电炉炼钢采用透气砖底吹搅拌系统对熔池起到很好的温度均衡作用，有效改善了热区炉衬耐材的损毁，一定程度上提高了电炉整体的使用寿命。

（2）采用透气砖底吹搅拌系统，有效缩短了电炉冶炼时间，提高了合金收得率。

（3）采用透气砖底吹搅拌系统，能够节能降耗、降本增效。

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