电炉泡沫渣研究.doc

电弧炉氧化渣发泡性研究电弧炉氧化渣发泡性研究电弧炉泡沫渣理弧冶炼工艺是国内外电弧炉炼钢普遍采用的技术之一，其主要特点是在废 钢熔化早期富氧助熔，强化供氧，炉料基本熔清后向高氧化铁渣中喷吹碳粉或其它粉剂， 同时调整炉渣成分，使炉渣发泡，包裹住电弧，实现全理弧加热采用这种工艺，加热效 率大大提高，钢液升温速度加快，从而达到缩短冶炼时间，降低吨钢电耗的目的，并为 HP 或 UHP 电弧炉实行高压、长弧操作打下基础 1 炉渣发泡的基本原理一般认为，影响炉渣发泡效果的主要因素包括发泡气源和炉渣特性两方面关于发泡气 源，对于电弧炉熔氧期造泡沫渣工艺而言，通常是采用向炉渣中喷吹碳粉或其它含碳粉剂， 在炉渣中发生如下反应: (FeO)+C→[Fe]+CO ↑ (1)在喷碳粉的同时，向钢液强化吹氧，保证反应（1）所需渣中的高 FeO 含量这样反应 （1）得以持续地进行，产生大量的 CO 气泡，并在渣中呈弥散状分布，成为炉渣发泡的理 想气源但是，影响炉渣发泡效果的另一个重要因素一炉渣特性却受到冶炼工艺、炉渣成分、温 度等多种因素的作用试验结果表明，在电弧炉实行泡沫渣理弧冶炼工艺时，一定要事先 调整好炉渣成分，获得较佳的炉渣特性，才能得到持续、稳定的泡沫渣。

2 影响炉渣发泡的主要因素根据前人的研究结果，认为除发泡气源外，影响炉渣发泡的主要因素是炉渣本身的特性 和温度炉渣的物性包括表面张力、粘度和渣中悬浮的固体微粒等 2.1 表面张力表面张力对炉渣发泡性能的影响主要反映在炉渣发泡过程中系统自由能变化当炉渣发 泡时，渣一气界面积显著增大，炉渣需要克服表面张力而做功△A若增加的界面积为△S 表面张力为 σ，则有:△A=σ×△S (2) 当 σ 较小时，炉渣同样的发泡程度所需做的功较小，而己发泡炉渣的自由能变化也较 小，泡沫渣的稳定性较高因此，表面张力对炉渣的发泡性能影响较大，随着炉渣的表面 张力减少，其发泡性能也就更好 2.2 粘度炉渣的粘度直接影响着气泡通过渣层的速度，当炉渣发泡时，气泡在较粘的渣中停留的 时间较长，也就延长了泡沫渣的持续时间此外，炉渣粘度还影响着消泡的过程泡沫渣 消泡过程可理解为相邻气泡间的渣液排出，而使气体互相合并，显然，炉渣粘度愈高，气 泡合并时相邻气泡间的渣液排出速度愈慢，消泡过程就愈长因此，炉渣粘度是影响泡沫 渣寿命的主要因素，粘度愈高，泡沫渣持续时间就越长影响炉渣粘度的因素很多，也较 复杂一般而言，相同炼钢温度下的酸性渣比碱性渣的粘度大，这主要是因为渣中 SiO2以 SiO4-4或更大的离子团存在的缘故，炉渣组成一定时，提高温度会使粘度降低，炉渣中某 些组分如 C aF2等对粘度影响很大，另外，悬浮于渣中的固体微粒其尺寸和数量也是影响 炉渣粘度的重要因素。

应该注意的是，炉渣中的某些组份可能同时对粘度和表面张力有较大的影响，这时该组 份对炉渣发泡性能的综合影响取决于炉渣表面张力 σs与粘度 ηs的比值，即 σs/ηs,一般 认为 σs/ηs,值减小，有利于炉渣发泡性能的改善，反之亦然 2.3 渣中悬浮的固体微粒许多研究报告都提到了炉渣中悬浮的固体微粒会提高泡沫渣的稳定性，一般认为，这是 因为渣中的固体微粒提高了炉渣的粘度此外，粘附在气一液界面的固体微粒还会提高液 膜的强度和弹性，这将使液膜难以破裂，从而延长了液膜的寿命，增加了泡沫渣的持续时 间在炼钢条件下，炉渣中的固体微粒大多来自未熔的造渣材料和炉衬耐材，特别是补炉料， 如石灰、镁砂等，在碳氧共喷造泡沫渣时，炉渣中还存在大量未完全反应的焦碳颗粒此 外，由炉渣中析出的高熔点中间相，如 CaSiO4等都可以成为炉渣中的悬浮固体颗粒 2.4 温度温度对炉渣发泡性能的影响比较复杂一般来说，温度的提高降低了炉渣的粘度，这不 利于维持泡沫渣的稳定性，缩短了泡沫渣的持续时间，但是另一方面，随着温度的提高， 炉渣的表面张力有所下降，这又有利于炉渣的发泡特别是对于碳氧共喷造泡沫渣工艺提 高温度，可使(FeO)十 C→[Fe] +CO↑反应速度加快，生成 CO 气体的速度增加，同时，气 体所具有的能量增加，这都有利于炉渣发泡。

2.5 C aF2, N a2O 对发泡性的影响对于多元渣系，渣中 C aF2对粘度影响很大，渣中 CaO/SiO2+CaF2比值低时，炉渣粘度 很低，在 1450℃下，CaO/SiO2+CaF2 比值为 1.02 时粘度为 0.12 P,而该比值为 1.54 时 (1580 ℃)粘度为 0.2 P,可见粘度随 CaF2增加而剧减，同时由于 CaF 2加入使渣的表面张 力幅度降低，有利于炉渣发泡，如图 1 所不图 1 加入 CaF2后气体流量随发泡高度的变化关系Na2O 的作用与 CaF2接近，同样降低了渣系表面张力，Na2O, CaF2为表面活性物质，增 加了炉渣发泡性，如图 2.从结构上理解 N a2O, CaF2这一作用，可以认为 N a2O , CaF2作 为强离子性化合物，在熔渣中以 Ca2+、F-、Na+、O2-离子形式存在，F-, Na+等强的结合价又 可使气泡膜的阴性大分子团—阳离了双电层结构相当稳定，降低渣表面张力、增加气泡表 面弹性图 2 一定渣系加入 CaF2后气流量随发泡高度的变化关系 2.6 Cr2O3对发泡性的影响Cr2O3对发泡性的影响如图 3 中较全面地表示出来，可以说 Cr2O3在 CaO-SiO2渣系中溶 解度较小，Cr2O3＞0.7 mo%后出现分层，在 Cr2O3=0.3mo%时泡沫寿命出现峰值，在其两侧 不同，因而 Cr2O3≤0.3mo%和 Cr2O3≥0.3 mo%必然存在两种结构机制，具体结构由于资料欠 缺，尚不十分清楚。

图 3 Cr2O3对泡沫寿命的影响 3 结语除发泡气源外，影响炉渣发泡的主要因素是炉渣本身的物性和温度，炉渣的物性包括表 面张力、粘度和渣中悬浮的固体微粒等炉渣的表面张力增大不利于炉渣发泡，而粘度的增加有助于延长泡沫渣的持续时间，当 渣中某些组份可能同时对表面张力和粘度有较大影响时，则对炉渣发泡性能的综合影响取 决于 σs/ηs 比值的变化。