电弧炉炉气成分的影响因素

为进一步完善对电弧炉炉气成分变化规律的研究,本文分别对电弧炉炉气中CO、CO2、O2和N2间的相互关系,以及电弧炉供氧流量、电弧炉熔池碳含量对电弧炉炉气成分的影响进行实验研究.结果表明,炉气中CO在有大量CO2气体存在下开始出现,并随着CO2含量的增加而增加;O2与CO2、N2含量呈线性关系;O2与CO与呈指数关系;随着供氧流量的提高,炉气中CO和CO2的含量逐上升,O2和N2的含量降低,氧气的利用率提高;当钢水中碳质量分数为1.3%左右时,炉气中CO、CO2含量达到最大.

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D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.020 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 电弧炉炉气成分的影响因素董凯12朱荣12)刘文娟2)王学利)李猛)孙永喜) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 3)山东莱芜钢铁集团股份有限公司，莱芜271104 ✉通信作者，E-mail:dongkaismanker(@yahoo.com.cm 摘要为进一步完善对电弧炉炉气成分变化规律的研究，本文分别对电弧炉炉气中C0、C02、02和八：间的相互关系，以及电弧炉供氧流量、电弧炉熔池碳含量对电弧炉炉气成分的影响进行实验研究.结果表明，炉气中C0在有大量C02气体存在下开始出现，并随着C02含量的增加而增加：02与C02、N2含量呈线性关系：02与C0与呈指数关系；随着供氧流量的提高，炉气中C0和C02的含量逐上升，02和N2的含量降低，氧气的利用率提高：当钢水中碳质量分数为1.3%左右时，炉气中C0、 CO2含量达到最大. 关键词炼钢：电弧炉：炉气：工业试验分类号T℉03·3：TF741 Influencing factors of EAF off-gas composition DONG Kai☒，ZHU Rong2,LIU Wen-juan2),WANG Xue-i,LI Meng》,SUN Yong-xi 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 3)Laiwu Iron and Steel Group.Laiwu 271104.China Corresponding author,E-mail:dongkaismanker@yahoo.com.cn ABSTRACT The interrelations among CO.CO2,O:and N2 in electric arc furnace EAF)off-gas as well as the effects of oxygen flow and the pool's carbon content on EAF off-gas composition were investigated to perfect studies on the variation laws of EAF off-gas composition.The result shows CO appears under the existence of a lot of CO,,and its content increases with increasing CO,content. The 0,content is in a linear relationship with the contents of CO,and N2,but in an exponential relationship with the CO content.As the oxygen flow increases,the contents of CO and CO,increases,the contents of 0,and N,reduces,and the utilization rate of oxygen improves.The contents of CO and CO achieve the maximum when the mass fraction of carbon in the pool is about 1.3%. KEY WORDS steelmaking:electric arc furnaces EAF):off-gas;industrial test 终点成分控制始终是钢铁冶金的核心技术.近气成分变化规律的研究，本文研究了影响电弧炉炉年来基于炉气成分分析的炼钢控制方法开始在生产气成分变化的不同因素，为更好地控制电弧炉治炼中推广应用.针对转炉终点控制的研究日益完终点提供参考依据. 善1.相对转炉而言，电弧炉炉气分析技术的发展 1工业试验条件相对落后，技术不成熟，除去电弧炉自身工艺影响以外，对于电弧炉炉气成分变化规律研究的不足制约以某钢厂50tUHP电弧炉为试验对象，该电弧着该技术的发展. 炉具安装有四支炉壁氧枪，平均设计流量为北京科技大学冶金喷枪试验室对电弧炉炼钢脱 1500m3h-1,炉体设计总装量为55t,原料组成碳过程进行了初步研究)，验证了基于炉气分析的 (55%铁水+45%废钢，质量分数)，冶炼周期约为电弧炉终点控制的可行性.为进一步完善电弧炉炉 45min,其冶炼工序如图1所示. 收稿日期：201108-12

第 33 卷增刊 1 2011 年 12 月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 电弧炉炉气成分的影响因素董凯1，2) 朱荣1，2) 刘文娟1，2) 王学利3) 李猛3) 孙永喜3) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 山东莱芜钢铁集团股份有限公司，莱芜 271104 通信作者，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn 摘要为进一步完善对电弧炉炉气成分变化规律的研究，本文分别对电弧炉炉气中 CO、CO2、O2 和 N2 间的相互关系，以及电弧炉供氧流量、电弧炉熔池碳含量对电弧炉炉气成分的影响进行实验研究．结果表明，炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存在下开始出现，并随着 CO2 含量的增加而增加; O2 与 CO2、N2 含量呈线性关系; O2 与 CO 与呈指数关系; 随着供氧流量的提高，炉气中 CO 和 CO2 的含量逐上升，O2 和 N2 的含量降低，氧气的利用率提高; 当钢水中碳质量分数为 1. 3% 左右时，炉气中 CO、 CO2 含量达到最大．关键词炼钢; 电弧炉; 炉气; 工业试验分类号 TF03 + 3; TF741 Influencing factors of EAF off-gas composition DONG Kai 1，2) ，ZHU Rong1，2) ，LIU Wen-juan1，2) ，WANG Xue-li 3) ，LI Meng3) ，SUN Yong-xi 3) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104，China Corresponding author，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn ABSTRACT The interrelations among CO，CO2，O2 and N2 in electric arc furnace ( EAF) off-gas as well as the effects of oxygen flow and the pool’s carbon content on EAF off-gas composition were investigated to perfect studies on the variation laws of EAF off-gas composition． The result shows CO appears under the existence of a lot of CO2，and its content increases with increasing CO2 content． The O2 content is in a linear relationship with the contents of CO2 and N2，but in an exponential relationship with the CO content． As the oxygen flow increases，the contents of CO and CO2 increases，the contents of O2 and N2 reduces，and the utilization rate of oxygen improves． The contents of CO and CO2 achieve the maximum when the mass fraction of carbon in the pool is about 1. 3% ． KEY WORDS steelmaking; electric arc furnaces ( EAF) ; off-gas; industrial test 收稿日期: 2011--08--12 终点成分控制始终是钢铁冶金的核心技术．近年来基于炉气成分分析的炼钢控制方法开始在生产中推广应用．针对转炉终点控制的研究日益完善［1--2］．相对转炉而言，电弧炉炉气分析技术的发展相对落后，技术不成熟，除去电弧炉自身工艺影响以外，对于电弧炉炉气成分变化规律研究的不足制约着该技术的发展．北京科技大学冶金喷枪试验室对电弧炉炼钢脱碳过程进行了初步研究［3］，验证了基于炉气分析的电弧炉终点控制的可行性．为进一步完善电弧炉炉气成分变化规律的研究，本文研究了影响电弧炉炉气成分变化的不同因素，为更好地控制电弧炉冶炼终点提供参考依据． 1 工业试验条件以某钢厂 50 t UHP 电弧炉为试验对象，该电弧炉具安装有四支炉壁氧枪，平均设计流量为 1 500 m3 ·h － 1 ，炉体设计总装量为 55 t，原料组成 ( 55% 铁水 + 45% 废钢，质量分数) ，冶炼周期约为 45 min，其冶炼工序如图 1 所示． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.020

78 北京科技大学学报第33卷加料必喝升 1400r 容化出 1200 1000 图1某钢厂50tUHP电弧炉治炼工序形 Fig.1 Smelting process of 50t UHP EAF in a steel factory 600 电弧炉炉气检测设备组成包括水冷取样器、输 400 气管道、红外气体分析仪、PLC和工控机.水冷取样 200 器安装在炉体第四孔除尘烟道入口处，高温烟气由 1000 2000 3000 水冷取样器取出，经过输气管道进入红外气体分析治炼时间/s 仪，气体分析仪连续测量炉气中02、C0、C02和N2 图4电弧炉供氧流量曲线的成分，测量周期为10s,测量数据由PLC接收转换 Fig.4 Flow curve of oxygen supply 进入工控机分析记录.设备安装运行如图2所示. 量同步升高，并在冶炼结束前达到初始状态第四孔工控机电弧炉炉气成分与转炉炉气成分分布存在很大水怜收样器不同.根据资料显示，如图5所示，电弧炉炉气中 N2体积分数超过60%，而转炉冶炼过程中炉气中山调炉本体气休分八2体积分数低于30%；电弧炉炉气中02体积分数 PLC 桥仪超过10%，从而导致炉气中C0体积分数较低，最高图2炉气检测设备组成图不超过5%，转炉炉气中C0体积分数达到50%以 Fig.2 Equipment of off-gas analysis 上，02微量：炉气中C02体积分数相近，基本维持在工业试验过程中同步记录电弧炉供氧流量曲线 10%~20%左右. 和原料配比，总共获得69炉数据，根据需要对这些 1.0 0.9 数据进行分析.图3、图4分别为典型电弧炉炉气特 0.8 征曲线和供氧流量曲线 0.7 0.6 人 0 方 04 0.3 60k CO 0.2 -C0 01 50 -02 150 3M0045060075090 时f间 20 图5转炉炉气C0、C0,、0,和N,特征曲线 10 Fig.5 Characteristic curves of CO.CO,,0,and N,contents in 50010001500200025003000 BOF 冶炼时间/s 图3电弧炉炉气C0、C02、02和N2特征曲线 2电弧炉炉气生成机理分析 Fig.3 Characteristic curves of CO.CO2,02 and N2 contents in EAF 电弧炉炉气主要成分为C02、C0、02和N2,电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入空气形从炉气成分分析得到的成分曲线来看，C0、成.炼钢过程强化供氧脱碳，是以将钢水中的碳元 C02、02和N2存在一定的变化规律，随着冶炼开始，素氧化成为C0或C02气体来实现的，化学反应为：炉气中C0,含量逐渐提高，炉气总02和N2的含量逐渐降低，在炉气中C02含量超过某一特定值后， c+20,(g-C0. 电弧炉炉气中开始有明显的C0检出.随着冶炼的 △G°=-22219.35-91.84T: 进行，电弧炉内钢水中碳含量逐渐降低，达到临界值 C+02(g=C02(g), 后，炉气中C0、C02开始明显逐步下降，02和N2含 △G9=-166666.534-40.80T

北京科技大学学报第 33 卷图 1 某钢厂 50 t UHP 电弧炉冶炼工序 Fig． 1 Smelting process of 50 t UHP EAF in a steel factory 电弧炉炉气检测设备组成包括水冷取样器、输气管道、红外气体分析仪、PLC 和工控机．水冷取样器安装在炉体第四孔除尘烟道入口处，高温烟气由水冷取样器取出，经过输气管道进入红外气体分析仪，气体分析仪连续测量炉气中 O2、CO、CO2 和 N2 的成分，测量周期为 10 s，测量数据由 PLC 接收转换进入工控机分析记录．设备安装运行如图 2 所示．图 2 炉气检测设备组成图 Fig． 2 Equipment of off-gas analysis 工业试验过程中同步记录电弧炉供氧流量曲线和原料配比，总共获得 69 炉数据，根据需要对这些数据进行分析．图 3、图 4 分别为典型电弧炉炉气特征曲线和供氧流量曲线．图 3 电弧炉炉气 CO、CO2、O2 和 N2 特征曲线 Fig． 3 Characteristic curves of CO，CO2，O2 and N2 contents in EAF 从炉气成分分析得到的成分曲线来看，CO、 CO2、O2 和 N2 存在一定的变化规律，随着冶炼开始，炉气中 CO2 含量逐渐提高，炉气总 O2 和 N2 的含量逐渐降低，在炉气中 CO2 含量超过某一特定值后，电弧炉炉气中开始有明显的 CO 检出．随着冶炼的进行，电弧炉内钢水中碳含量逐渐降低，达到临界值后，炉气中 CO、CO2 开始明显逐步下降，O2 和 N2 含图 4 电弧炉供氧流量曲线 Fig． 4 Flow curve of oxygen supply 量同步升高，并在冶炼结束前达到初始状态．电弧炉炉气成分与转炉炉气成分分布存在很大不同．根据资料显示［4］，如图 5 所示，电弧炉炉气中 N2 体积分数超过 60% ，而转炉冶炼过程中炉气中 N2 体积分数低于 30% ; 电弧炉炉气中 O2 体积分数超过 10% ，从而导致炉气中 CO 体积分数较低，最高不超过 5% ，转炉炉气中 CO 体积分数达到 50% 以上，O2 微量; 炉气中 CO2 体积分数相近，基本维持在 10% ～ 20% 左右．图 5 转炉炉气 CO、CO2、O2 和 N2 特征曲线 Fig． 5 Characteristic curves of CO，CO2，O2 and N2 contents in BOF 2 电弧炉炉气生成机理分析电弧炉炉气主要成分为 CO2、CO、O2 和 N2，电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入空气形成．炼钢过程强化供氧脱碳，是以将钢水中的碳元素氧化成为 CO 或 CO2 气体来实现的，化学反应为: C + 1 2 O2 ( g) CO( g) ， ΔG— = － 22 219. 35 － 91. 84T; C + O2 ( g) CO2 ( g) ， ΔG— = － 166 666. 534 － 40. 80T． ·78·

增刊1 董凯等：电弧炉炉气成分的影响因素 ·79· 电弧炉供氧强度与钢水碳含量对炉气中C0和 85 CO,的含量有着直接的影响.供氧强度、钢水碳含量对炉气成分的影响应进行专门研究钢水熔池脱碳反应产物，在上升过程中，收到卷吸进入炉内的空气和富余02的影响，发生二次燃烧 75 反应，即 70 c0+20(8剧=C0,(g), △G°=-144447.184+51.04T 55 10 20 25 炉气中C0和CO2最终达到某种平衡状态，剩 0体积分数/% 余的O2和N,继续存在与炉气中.电弧炉炉气中各图7炉气中02与N:体积分数散点图成分分配应符合特定规律，相互制约.电弧炉炉气 Fig.7 Scatter diagram of 02 and N2 in off-gas 各成分间的制约关系应进行专门分析 3电弧炉炉气中各成分分配规律电弧炉炉气主要由C0、C02、02和N2组成，各 2 个成分间在整个冶炼过程中存在一定的分配规律， C02、C0具有相同的变化趋势，O2、N2具有相同的变化趋势. 如图6所示，炉气中C0在有大量C02气体存在下开始出现.当炉气中C02体积分数不足12% 5 10 15 20 时，C0体积分数基本不发生变化；当炉气中C02体 0,休积分数% 积分数超过12%时，C0随C02含量的升高而升高，图8炉气中C0与02体积分数散点图即 Fig.8 Scatter diagram of CO and 0,in off-gas Cem=0.31×(Cm-12%),Cco>12%. 炉气中C02随着02的增加而降低，如图9所示，在已测量的气体成分范围内，02与C0,与线性关系，即： Cm=-1.691×C。+35.2069% 2 20 10 15 20 25 (0,体积分% 图6炉气中C02与C0体积分数散点图 Fig.6 Scatter diagram of CO,and CO contents in off-gas 10 15 02与N2具有变化趋势相同，如图7所示，在已 0体积分数% 测量的气体成分范围内，O2含量随着N2含量的升图9炉气中C02与02体积分数散点图高而升高，02与N2含量呈线性关系，即 Fig.9 Scatter diagram of CO2 and 02 in off-gas Cx=0.8428C。+61.803%. 炉气中C0随着02增加而降低，如图8所示，炉气中C0/C02(体积比)与02体积分数的关在已测量的气体成分范围内，02与C0呈指数关系比较复杂，如图10所示，随着02含量的增加，系，即 C0/C02(体积比)呈现现缓慢降低后忽然升高的 Cm=69.4057×(100×C,)-6 特点

增刊 1 董凯等: 电弧炉炉气成分的影响因素电弧炉供氧强度与钢水碳含量对炉气中 CO 和 CO2 的含量有着直接的影响．供氧强度、钢水碳含量对炉气成分的影响应进行专门研究．钢水熔池脱碳反应产物，在上升过程中，收到卷吸进入炉内的空气和富余 O2 的影响，发生二次燃烧反应，即 CO + 1 2 O2 ( g) CO2 ( g) ， ΔG— = － 144 447. 184 + 51. 04T．炉气中 CO 和 CO2 最终达到某种平衡状态，剩余的 O2 和 N2 继续存在与炉气中．电弧炉炉气中各成分分配应符合特定规律，相互制约．电弧炉炉气各成分间的制约关系应进行专门分析． 3 电弧炉炉气中各成分分配规律电弧炉炉气主要由 CO、CO2、O2 和 N2 组成，各个成分间在整个冶炼过程中存在一定的分配规律， CO2、CO 具有相同的变化趋势，O2、N2 具有相同的变化趋势．如图 6 所示，炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存在下开始出现．当炉气中 CO2 体积分数不足 12% 时，CO 体积分数基本不发生变化; 当炉气中 CO2 体积分数超过 12% 时，CO 随 CO2 含量的升高而升高，即 Cco = 0. 31 × ( Cco － 12% ) ，CCO2 ＞ 12% ．图 6 炉气中 CO2 与 CO 体积分数散点图 Fig． 6 Scatter diagram of CO2 and CO contents in off-gas O2 与 N2 具有变化趋势相同，如图 7 所示，在已测量的气体成分范围内，O2 含量随着 N2 含量的升高而升高，O2 与 N2 含量呈线性关系，即 CN = 0. 842 8Co + 61. 803% ．炉气中 CO 随着 O2 增加而降低，如图 8 所示，在已测量的气体成分范围内，O2 与 CO 呈指数关系，即 Cco = 69. 405 7 × ( 100 × Co ) － 3. 654 图 7 炉气中 O2 与 N2 体积分数散点图 Fig． 7 Scatter diagram of O2 and N2 in off-gas 图 8 炉气中 CO 与 O2 体积分数散点图 Fig． 8 Scatter diagram of CO and O2 in off-gas 炉气中 CO2 随着 O2 的增加而降低，如图 9 所示，在已测量的气体成分范围内，O2 与 CO2 与线性关系，即: Cco = － 1. 691 × Co + 35. 206% 图 9 炉气中 CO2 与 O2 体积分数散点图 Fig． 9 Scatter diagram of CO2 and O2 in off-gas 炉气中 CO/CO2 ( 体积比) 与 O2 体积分数的关系比较复杂，如图 10 所示，随着 O2 含量的增加， CO/CO2 ( 体积比) 呈现现缓慢降低后忽然升高的特点． ·79·

·80 北京科技大学学报第33卷 0.6r 20 10 8 00 10 15 20 2000 4000 0,体积分数% 供流汽N3山图12供氧流量与炉气C02体积分数散点图图10炉气中C0/C02与02体积分数散点图 Fig.10 Scatter diagram of CO/CO2 and 0 in off-gas Fig.12 Scatter diagram of CO2 in off-gas and oxygen flow 4影响电弧炉炉气成分因素分析 80) 4.1供氧流量对炉气成分影响分析电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入 75 空气形成.炼钢过程强化供氧脱碳，供氧流量越高，脱碳速度越大.供氧脱碳是以将钢水中的碳元素氧 70 化成为C0或C02气体实现的，供氧强度越高炉气中C0或C02气体的含量越高.如图11、图12所 0 2000 4000 示：随着供氧流量的提高，炉气中C0和C02的含量流iim上逐渐上升. 图13供氧流量与炉气N2体积分数散点图 Fig.13 Scatter diagram of N2 in off-gas and oxygen flow 0 1 2000 4000 流*山) 图11供氧流量与炉气C0体积分数散点图 2X0 40) Fig.11 Scatter diagram of CO in off-gas and oxygen flow 供流业Nmh 与其相对应，如图13、图14所示，炉气中02和图14供氧流量与炉气02体积分数散点图 Fig.14 Scatter diagram of 0,in off-gas and oxygen flow N2的含量随着供氧流量的增加而降低. 随着供氧流量的提高，空气的卷吸比例有所 4.2钢水碳含量对炉气成分影响分析降低，则炉气中N2含量下降.随着供氧流量的提炼钢过程强化供氧脱碳生成炉气，除去供氧流高，入炉气体中氧气的比例相应提高，炉气中02 量的影响，钢水中碳质量分数对炉气成分亦有巨大的含量却出现了下降.主要是因为随着供氧流量影响.脱碳是以将钢水中的碳元素氧化成为C0或的提高，氧气射流对钢水熔池的搅拌作用加强，氧 C02气体实现的，但是钢水中碳质量分数越高并不气参加化学反应的动力学条件改善，氧气利用率意味着炉气中C0或C02体积分数越高.如图16 提高.如图15所示，供氧流量与(C0+C02)/02 所示，炉气中C0体积分数呈高斯分布，在钢水碳质 (体积比)散点图显示随着供氧流量的提高，氧气量分数在1.3%左右时，炉气中C0体积分数达到的利用率的提高. 最大

北京科技大学学报第 33 卷图 10 炉气中 CO/CO2 与 O2 体积分数散点图 Fig． 10 Scatter diagram of CO/CO2 and O2 in off-gas 4 影响电弧炉炉气成分因素分析 4. 1 供氧流量对炉气成分影响分析电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入空气形成．炼钢过程强化供氧脱碳，供氧流量越高，脱碳速度越大．供氧脱碳是以将钢水中的碳元素氧化成为 CO 或 CO2 气体实现的，供氧强度越高炉气中 CO 或 CO2 气体的含量越高．如图 11、图 12 所示: 随着供氧流量的提高，炉气中 CO 和 CO2 的含量逐渐上升．图 11 供氧流量与炉气 CO 体积分数散点图 Fig． 11 Scatter diagram of CO in off-gas and oxygen flow 与其相对应，如图 13、图 14 所示，炉气中 O2 和 N2 的含量随着供氧流量的增加而降低．随着供氧流量的提高，空气的卷吸比例有所降低，则炉气中 N2 含量下降．随着供氧流量的提高，入炉气体中氧气的比例相应提高，炉气中 O2 的含量却出现了下降．主要是因为随着供氧流量的提高，氧气射流对钢水熔池的搅拌作用加强，氧气参加化学反应的动力学条件改善，氧气利用率提高．如图 15 所示，供氧流量与( CO + CO2 ) /O2 ( 体积比) 散点图显示随着供氧流量的提高，氧气的利用率的提高．图 12 供氧流量与炉气 CO2 体积分数散点图 Fig． 12 Scatter diagram of CO2 in off-gas and oxygen flow 图 13 供氧流量与炉气 N2 体积分数散点图 Fig． 13 Scatter diagram of N2 in off-gas and oxygen flow 图 14 供氧流量与炉气 O2 体积分数散点图 Fig． 14 Scatter diagram of O2 in off-gas and oxygen flow 4. 2 钢水碳含量对炉气成分影响分析炼钢过程强化供氧脱碳生成炉气，除去供氧流量的影响，钢水中碳质量分数对炉气成分亦有巨大影响．脱碳是以将钢水中的碳元素氧化成为 CO 或 CO2 气体实现的，但是钢水中碳质量分数越高并不意味着炉气中 CO 或 CO2 体积分数越高．如图 16 所示，炉气中 CO 体积分数呈高斯分布，在钢水碳质量分数在 1. 3% 左右时，炉气中 CO 体积分数达到最大． ·80·

增刊1 董凯等：电弧炉炉气成分的影响因素 81· 0.4 3 0.3 2 1 10002000300040005000 金 2 3 供尔流h 医水碳质量分数图15供氧流量与(C0+C02)/02数散点图图18钢水碳含量与C0/02散点图 Fig.15 Scatter diagram of (CO+CO2)/02 and oxygen flow Fig.18 Scatter diagram of CO/0,and carbon content in steel 0 阙水碳质业分数% 闲水碳质世分数% 图19钢水碳含量与(C0+C02)/02散点图图16钢水中碳质量分数与C0体积分数散点图 Fig.19 Scatter diagram of CO+CO2)/02 and carbon content in Fig.16 Scatter diagram of CO content and carbon content in steel steel 与此同时，炉气中C02体积分数在钢水碳质量分数在1.3%左右达到最大值，如图17所示 5结论设计工业试验，使用炉气检测装置对电弧炉炉气成分进行在线检测，获得现场工业数据，对电弧炉炉气成分的变化进行数据分析研究. (1)电弧炉炉气中N2的体积分数超过60%， 02体积分数超过10%，从而C0含量较低，最高不超过5%，C02含量基本维持在10%~20%左右. (2)炉气中C0在有大量C02气体存在下开始出现，并随着C02含量增加而增加，02与N2含量呈钢水碳质士分数% 线性关系，02与C0含量呈指数关系，02与C02含图17钢水碳含量与C02体积分数散点图量呈线性关系. Fig.17 Scatter diagram of CO,content and carbon content in steel (3)随着供氧流量的提高，炉气中C0和C02 含量逐渐上升：炉气中02和N2含量随着供氧流量钢水碳质量分数对钢水中C0/02(体积比)影的增加而降低；氧气的利用率随着供氧流量的增加响明显，如图18所示，炉气中C0/02(体积比)呈高而提高.工业生产中，通过提高供氧强度提高强氧斯分布，在钢水碳质量分数在1.3%左右时达到最气利用率是提高冶炼效率切实有效的手段大值，此时的脱碳反应剧烈 (4)C0、C02体积分数随钢水碳含量呈高斯分氧气利用率也在钢水碳质量分数为1.3%左右布，在钢水碳的质量分数在1.3%左右时，炉气中时达到最大，如图19所示. C0、C02含量达到最大：C0/0,(体积比)、氧气利用

增刊 1 董凯等: 电弧炉炉气成分的影响因素图 15 供氧流量与( CO + CO2 ) /O2 数散点图 Fig． 15 Scatter diagram of ( CO + CO2 ) /O2 and oxygen flow 图 16 钢水中碳质量分数与 CO 体积分数散点图 Fig． 16 Scatter diagram of CO content and carbon content in steel 与此同时，炉气中 CO2 体积分数在钢水碳质量分数在 1. 3% 左右达到最大值，如图 17 所示．图 17 钢水碳含量与 CO2 体积分数散点图 Fig． 17 Scatter diagram of CO2 content and carbon content in steel 钢水碳质量分数对钢水中 CO/O2 ( 体积比) 影响明显，如图 18 所示，炉气中 CO/O2 ( 体积比) 呈高斯分布，在钢水碳质量分数在 1. 3% 左右时达到最大值，此时的脱碳反应剧烈．氧气利用率也在钢水碳质量分数为 1. 3% 左右时达到最大，如图 19 所示．图 18 钢水碳含量与 CO/O2 散点图 Fig． 18 Scatter diagram of CO/O2 and carbon content in steel 图 19 钢水碳含量与( CO + CO2 ) /O2 散点图 Fig． 19 Scatter diagram of ( CO + CO2 ) /O2 and carbon content in steel 5 结论设计工业试验，使用炉气检测装置对电弧炉炉气成分进行在线检测，获得现场工业数据，对电弧炉炉气成分的变化进行数据分析研究． ( 1) 电弧炉炉气中 N2 的体积分数超过 60% ， O2 体积分数超过 10% ，从而 CO 含量较低，最高不超过 5% ，CO2 含量基本维持在 10% ～ 20% 左右． ( 2) 炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存在下开始出现，并随着 CO2 含量增加而增加，O2 与 N2 含量呈线性关系，O2 与 CO 含量呈指数关系，O2 与 CO2 含量呈线性关系． ( 3) 随着供氧流量的提高，炉气中 CO 和 CO2 含量逐渐上升; 炉气中 O2 和 N2 含量随着供氧流量的增加而降低; 氧气的利用率随着供氧流量的增加而提高．工业生产中，通过提高供氧强度提高强氧气利用率是提高冶炼效率切实有效的手段． ( 4) CO、CO2 体积分数随钢水碳含量呈高斯分布，在钢水碳的质量分数在 1. 3% 左右时，炉气中 CO、CO2 含量达到最大; CO/O2 ( 体积比) 、氧气利用 ·81·

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