54 北京科技大学学报 2007年增刊1 的铁水在炉料结构中的最佳比例.当热装铁水比例 碳量高，易氧化元素硅、锰也随之增加，受选择氧 较低时，治炼速率取决于整个熔池的升温速度，增 化的影响，经常出现熔清碳高磷高的现象，造成停 加兑铁水量等于增加了熔池中的物理热和化学热， 电吹氧或停电停氧脱磷脱碳：熔清后炉渣粘稠，喷 从而加快了电弧炉的冶炼速率.随着兑铁水比例的 吹氧气时渣钢喷溅严重，水冷炉盖粘钢严重，拖圈 继续增加，熔池内碳含量也不断增加，治炼周期的 连电打漏时有发生：另外造成炉沿上涨，炉盖旋转 长短已不再取决于熔池升温速度的快慢.特别是采 困难.不但影响生产的顺利进行和工序间的稳定， 用过高的热装铁水比例以后：铁水兑入量增加，配 而且对电炉的设备也造成损害，影响冶炼周期. 表5150t和90t电弧炉主要经济技术指标 电弧炉 治炼周期/min 治炼电耗/kwht氧气消耗/(m3t) 电极消耗/kgt石灰消耗/(kgt 兑铁水 90t % 225 41 1.20 海 35%-40% 150t 45 275 1.20 58 35%~40% 然而，现代电弧炉可以不用冷废钢而100%热 要稀释炉料中的杂质元素，可以生产低氮钢以及其 装铁水，成为“电-转炉”，此时虽然还保留着电 他低有害元素的钢种， 弧炉具有的优势，如电弧加热、无渣出钢等，但不 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 可避免地也会丧失一些电弧炉具有的特点，例如： 量利润)≥铁水量×（热装铁水成本一冷装废钢成 不能再用冷废钢：增加高炉铁水生产负担，导致环 本)· 境污染程度增加：由于熔池温度主要受化学能控制， 其他影响：①铁水代替了废钢，增加了铁水消 因而不能很容易地脱磷 耗量，会产生一系列环保影响.②需改变电弧炉熔 现代电弧炉热装铁水的合适比例按照逐渐升高 池形状，并对除尘系统进行改造，以满足提高电弧 的顺序，分析如下： 炉热装铁水比例的要求.③不容易冶炼低磷钢（磷 (1)热装铁水等量替代冷生铁，目的是利用铁 ≤0.01%（质量分数）)， 水的物理热：改变炉料的初始状态，即将炉料的部 综上所述，确定现代电弧炉采用热装铁水的比 分固态变为液态. 例，应该从要达到的目的出发，全面比较热装铁水 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 的成本变化和热装铁水效益，结合热装铁水带来的 量利润)≥生铁量×（热装铁水成本一冷装生铁成 其他影响，综合确定 本). 3.3铁水热装方式的选择 其他影响：产量的提高，除尘系统可能要改造， 目前，采用热装铁水技术的现代电弧炉铁水热 (2)热装铁水替代冷生铁和部分废钢，目的是 装方式一般有：(1)从炉门（出渣）口兑入铁水： 在能源和原料成本的平衡上求得经济效益最大化. (2)从炉顶兑入铁水：(3)从炉后侧开口兑入铁 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 水 量利润)≥生铁量×（热装铁水成本一冷装生铁成 上述铁水热装方式中只有方式(3)热装铁水过 本)+（铁水量一生铁量）×（热装铁水成本一冷装 程不影响电弧炉正常治炼，而且最安全.方式(1) 废钢成本)， 也是一种可供选择的热装铁水方式，但对于有炉门 其他影响：①铁水代替部分废钢，稀释了炉料 (出渣口)氧-碳枪的电弧炉，会影响炉门（出渣 中杂质元素的含量：从长远看，增大了金属资源的 口)氧-碳枪的使用， 污染面，增加了以后循环使用时的处理难度.同 3.4热装铁水温度和成分控制 时，增加铁水的消耗量，又会引起一系列环保问 综合考虑铁水运输过程温度损失以及操作顺 题.②因电弧炉熔池形状和除尘系统的局限，电弧 行，要求铁水入炉温度≥1200℃. 炉热装铁水比例受限制，需改变电弧炉熔池形状， 铁水中对电弧炉冶炼影响最大的是硅元素.如 对除尘系统也要进行较大改造.③可能产生不容易 果铁水中硅含量过高，会造成电弧炉治炼前期炉渣 脱磷的问题. 碱度低，脱磷困难：待炉渣碱度合适时，温度又升 (3)热装铁水是为了更多地甚至100%地替代 得很高，依然脱磷困难：而且炉渣稀，易侵蚀炉衬， 冷生铁和废钢，提高生产效率、降低消耗，而且还 增加补炉次数：由于硅先氧化，抑制了脱碳反应，• 54 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 的铁水在炉料结构中的最佳比例．当热装铁水比例 较低时，冶炼速率取决于整个熔池的升温速度，增 加兑铁水量等于增加了熔池中的物理热和化学热， 从而加快了电弧炉的冶炼速率．随着兑铁水比例的 继续增加，熔池内碳含量也不断增加，冶炼周期的 长短已不再取决于熔池升温速度的快慢．特别是采 用过高的热装铁水比例以后：铁水兑入量增加，配 碳量高，易氧化元素硅、锰也随之增加，受选择氧 化的影响，经常出现熔清碳高磷高的现象，造成停 电吹氧或停电停氧脱磷脱碳；熔清后炉渣粘稠，喷 吹氧气时渣钢喷溅严重，水冷炉盖粘钢严重，拖圈 连电打漏时有发生；另外造成炉沿上涨，炉盖旋转 困难．不但影响生产的顺利进行和工序间的稳定， 而且对电炉的设备也造成损害，影响冶炼周期． 表 5 150 t 和 90 t 电弧炉主要经济技术指标 电弧炉 冶炼周期/min 冶炼电耗/(kWh·t−1 ) 氧气消耗/(m3 ·t−1 ) 电极消耗/(kg·t−1 ) 石灰消耗/(kg·t−1 ) 兑铁水 90 t 40 225 41 1.20 48 35%~40% 150 t 45 275 35 1.20 58 35%~40% 然而，现代电弧炉可以不用冷废钢而 100%热 装铁水，成为“电−转炉”，此时虽然还保留着电 弧炉具有的优势，如电弧加热、无渣出钢等，但不 可避免地也会丧失一些电弧炉具有的特点，例如： 不能再用冷废钢；增加高炉铁水生产负担，导致环 境污染程度增加；由于熔池温度主要受化学能控制， 因而不能很容易地脱磷． 现代电弧炉热装铁水的合适比例按照逐渐升高 的顺序，分析如下： （1）热装铁水等量替代冷生铁，目的是利用铁 水的物理热；改变炉料的初始状态，即将炉料的部 分固态变为液态． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥生铁量×（热装铁水成本－冷装生铁成 本）． 其他影响：产量的提高，除尘系统可能要改造． （2）热装铁水替代冷生铁和部分废钢，目的是 在能源和原料成本的平衡上求得经济效益最大化． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥生铁量×（热装铁水成本－冷装生铁成 本）+（铁水量－生铁量）×（热装铁水成本－冷装 废钢成本）． 其他影响：①铁水代替部分废钢，稀释了炉料 中杂质元素的含量；从长远看，增大了金属资源的 污染面，增加了以后循环使用时的处理难度[5]．同 时，增加铁水的消耗量，又会引起一系列环保问 题．②因电弧炉熔池形状和除尘系统的局限，电弧 炉热装铁水比例受限制，需改变电弧炉熔池形状， 对除尘系统也要进行较大改造．③可能产生不容易 脱磷的问题． （3）热装铁水是为了更多地甚至 100%地替代 冷生铁和废钢，提高生产效率、降低消耗，而且还 要稀释炉料中的杂质元素，可以生产低氮钢以及其 他低有害元素的钢种． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥铁水量×（热装铁水成本－冷装废钢成 本）． 其他影响：①铁水代替了废钢，增加了铁水消 耗量，会产生一系列环保影响．②需改变电弧炉熔 池形状，并对除尘系统进行改造，以满足提高电弧 炉热装铁水比例的要求．③不容易冶炼低磷钢（磷 ≤0.01%（质量分数））． 综上所述，确定现代电弧炉采用热装铁水的比 例，应该从要达到的目的出发，全面比较热装铁水 的成本变化和热装铁水效益，结合热装铁水带来的 其他影响，综合确定． 3.3 铁水热装方式的选择 目前，采用热装铁水技术的现代电弧炉铁水热 装方式一般有：（1）从炉门（出渣）口兑入铁水； （2）从炉顶兑入铁水；（3）从炉后侧开口兑入铁 水． 上述铁水热装方式中只有方式（3）热装铁水过 程不影响电弧炉正常冶炼，而且最安全．方式（1） 也是一种可供选择的热装铁水方式，但对于有炉门 （出渣口）氧−碳枪的电弧炉，会影响炉门（出渣 口）氧−碳枪的使用． 3.4 热装铁水温度和成分控制 综合考虑铁水运输过程温度损失以及操作顺 行，要求铁水入炉温度≥1200℃． 铁水中对电弧炉冶炼影响最大的是硅元素．如 果铁水中硅含量过高，会造成电弧炉冶炼前期炉渣 碱度低，脱磷困难；待炉渣碱度合适时，温度又升 得很高，依然脱磷困难；而且炉渣稀，易侵蚀炉衬， 增加补炉次数；由于硅先氧化，抑制了脱碳反应