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【摘 要】 本文介绍了Consteel电炉冶炼工艺中脱磷工艺所发挥的设备优势。
【关键词】 Consteel电炉；脱磷
前言：
电炉是目前国内钢厂冶炼特钢的主要设备，其中Consteel电炉这种炼钢工艺，在近十几年中得到了广泛的推广。Consteel是由美国因特钢（Intersteel）技术公司（1995年并入意大利德兴公司现更名为Tenova）从20世纪70年代开始开发的，1985年该公司将美国纽柯（Nucor）公司的一台电炉改造成consteel，并对其工艺进行了工业试验。目前Consteel炼钢技术仍是意大利Tenova公司专利工艺设备。
1、Consteel电炉工艺的主要特点是连续加料、连续预热和连续冶炼。Consteel无需开启炉盖而是炉侧壁的连续给料设备加料，并能利用一次烟气排放，使烟气通过预热段来预热炉料，节省了大量的电能和化学能。其冶炼过程中熔池稳定，电气干扰小，车间内噪音较低，工作环境大为改善。
Consteel电炉除了上述的一些优点外，脱磷工艺也在其独特冶炼工艺、加料方式、设备布置配合上，有着很大的优势。本文就consteel电炉的脱磷优势进行介绍下。
电炉钢水脱磷主要是通过入炉原料和钢水中的磷、电炉内的自由氧以及随着混合料连续入炉的石灰之间的化学反应完成的。钢水、渣料、氧、磷在炉内化学反应生成了五氧化二磷（5FeO+2Fe3P?P2O5+11Fe）并最终生成磷酸钙[3CaO+P2O5?（CaO）3P2O5]，然后通过扒渣操作去除磷酸钙。
电炉的冶炼过程中为了使电炉内的磷、氧气和石灰顺利的发生反应，一般需要提供下列条件：
1）.渣料的氧化2）.渣料的碱度控制3）.脱磷反应适宜的钢水温度4）.有效的利用率5）.出渣
上述五点在Consteel工艺中均得到了较好的体现，如下所示：
1、在Consteel工艺生产操作中的整个冶炼周期内采用超音速氧枪喷氧极利于渣的氧化。Consteel电炉根据炉炉壳尺寸以及炉容量来配置氧枪数量与位置。以某特钢厂现有的110tconsteel电炉为例，设置有可移动炉门碳氧枪一台，炉壁碳氧枪2台。可移动式炉门氧枪喷吹能力为3000Nm3/h的氧气和60kg/m的碳粉。2个集束射流KT枪安装在炉壳侧壁上，喷吹能力可以达到2500Nm3/h的氧气和60kg/m的碳粉。3个碳氧枪均为水冷枪，碳粉的喷吹将与超声波氧气喷吹紧密连接并采用CH4/O2火焰来大幅度提高喷吹效率。
其中炉门氧枪采用超音速水冷炉门氧枪，在当今的电弧炉中，超音速吹氧枪凭借其安全便捷的操作模式，是目前最常用的吹氧系统。当超音速（马赫数值M>1）氧气喷嘴以高速（即：动态高压）伸入熔池中（穿过炉渣层），同时具备紧凑的流速剖面时，可获得有效的注入。超音速喷嘴是采用集中-扩散喷嘴（也称作“拉瓦尔喷嘴”），可将高进给压力转化成动态压力（即：速度）。该种氧枪有着操作安全、喷吹效率高、可随熔池高度移动等优点，当需要时还可当作废钢割枪来进行操作。
炉壁上的集束射流氧枪，其原理以火焰覆盖氧气喷嘴能增加喷嘴周边空气的温度（～2750℃），而此处的火焰通常是通过天然气和第二氧气流的燃烧产生。覆盖火焰极大地增加了超音速核心的长度，因此被叫做“集束射流”。特点主要有：
● 在超过喷嘴直径70倍的喷吹距离内都可以保持原有的速率、直径和气体浓度及喷吹冲击力，比任何传统的超声速氧枪都要长很多；
● 比传统超声速喷吹带入的环境空气量要少90%以上；
● 气流扩展和衰减较小，因此钢水中形成的空洞和飞溅也少得多；
以上优点使的集束射流的长度远大于超声速射流的长度，而且集束射流能够在很长的喷射距离上保持很高的集束状态，能够更好的地将氧气喷吹到熔池深处。这样更多的氧气能够进入熔池，与熔池接触时间也会增加。
Consteel电炉通过炉门碳氧枪与炉壁碳氧枪的相结合的操作方式，使氧气的利用率得到了相应提高、提高了初渣的氧化性，同时也提高了金属收得率和生产率。
2、Consteel技术能对渣进行稳定和精确的控制。因为造渣料的加入与普通电炉不同，不是分批次加入到炉内，而是与Consteel加料速度相匹配的加入，这样能确保和改善所有化学元素的反应，建立电炉内的均衡气氛。同样也使渣保持了一定的流动性，确保了渣和钢水充分的接触。渣中的石灰能确保钢水和渣之间连续的交替反应。此时渣中的MgO应也始终是饱和的，避免了对耐材炉衬的化学冲击，尤其是渣线耐材的保护。Consteel这种特殊的加料方式确保了渣的碱度始终保持在磷、氧气和石灰顺利的发生反应状态下。
泡沫渣工艺是在20世纪70年代末提出的，这种工艺有这屏蔽电弧降低热辐射、提高传热效率、降低冶炼电耗、减少电极消耗、降低耐火材料消耗、并有一定的降低噪音污染的作用。该项工艺普遍应用于大容量超高功率电炉上。同样consteel电炉也采用了这种操作工艺，泡沫渣产生气泡的反应如下：
O2+Fe=FeO；FeO+C=Fe+CO（g）；C+?O2（g）=CO（g）；
通过炉门与炉壁碳氧枪的喷碳模式，在氧化期向熔池内陪吹碳粉，以还原炉渣中的FeO，通过上述的反应，在不增大渣量的前提下，使炉渣呈泡沫状，厚度增加。由于炉渣的发泡使渣钢液界面积增大，改善了反应的动力学条件有利于脱磷、脱硫反应的进行，尤其是脱磷。脱磷反应是界面反应，泡沫渣使的这种反应得以不断进行。一般工业上选用（CaO/SiO2）为2的炉渣为造泡沫渣的基本要求，这种渣本身对脱磷就很有利。
3、废钢、生铁等原料通过Consteel输送带进入到钢水中，会在炉内熔池形成给所谓的“冷区”，炉壁氧枪能对该区域提供连续的热能，氧气射流同样能使电炉内的钢液产生旋转动作，即而加强了搅拌作用。对炉内形成所谓的“冷区”来说，采用Consteel工艺的电炉内钢水平均温度在1570°C～1590°C。在电极起弧的区域的温度高于平均值，而在通过连续加废钢进行冶炼的其他钢水区域的温度较低。在“冷区”测量的钢水温度约为1540°C。
经过consteel预热段预热过的废钢落入钢水中的“冷区”，被钢水包围，从而熔化。显然与大块废钢接触的钢水的温度会很快下降，与未快速熔化的废钢接触的钢水整个表面的温度将达到塑性温度。由于电炉内的钢水熔池就像一个缓冲器，上述状态将延续一段时间，并将热能传递给熔化的废钢的使之变成钢水。炉壁喷氧枪的喷吹搅拌对搅拌电炉内不同温度的物流起到了主要作用。就“冷区”而言，预热过的废钢落入到电炉中流动的钢水熔池中，并且通过从“热区”（电极起弧区）流向冷区的钢水的流动来逐渐熔化废钢。在这些条件下，当电炉达到一个完整的炉役后，由Consteel输送带输送的所有废钢被完全熔化和预精炼后，电炉内又成了“冷区”，等待接收新的废钢。冶炼和精炼区的废钢和钢水与Consteel输送带添加的石灰连续反应。根据以上得出，采用Consteel工艺的电炉热区和冷区外的钢水平均温度约为1550°C，非常有利于脱磷反应的发生。
4、Consteel电炉的造渣料通过炉顶的加料斗直接将渣料加入炉内或者通过Consteel尾部的加料料仓，以0-6m/min的加料速度使造渣料随同废钢料同时不断加入炉内，一边加料、一边炉内反应。这种特有操作工艺，使电炉的在整个冶炼周期内（一炉冶炼的最后几分钟内的过热除外）都可以进行脱磷以及钢水预精炼操作。这种工艺给了电炉内钢水和渣料的足够的反应时间，也使脱磷操作拥有了充足的时間来完成。
5、Consteel电炉可以一边吹氧一边流渣。通过此种扒渣操作及时去除工艺中脱磷产生的和渣中溶解的磷酸钙以防止其逆转进入钢水。由于采用电炉连续冶炼和精炼工艺，很容易将渣撇掉，并且通过扒渣能够有效的将有价值的金属产品从非金属产品中分离出来。同时采用无渣出钢技术，严格控制下渣量，把出钢后的磷降至最低。
综上所述，与其它所有传统顶装料、高产电炉冶炼设备相比，Consteel技术提供了最佳的电炉钢水脱磷和预精炼环境。
参考文献：
现代电炉炼钢生产技术手册，北京冶金工业出版社，2009
作者简介：张维（1980-），男，山东青岛人，中冶东方工程技术有限公司炼钢事业部、工程师，本科，研究方向：炼钢事业部。
【关键词】 Consteel电炉；脱磷
前言：
电炉是目前国内钢厂冶炼特钢的主要设备，其中Consteel电炉这种炼钢工艺，在近十几年中得到了广泛的推广。Consteel是由美国因特钢（Intersteel）技术公司（1995年并入意大利德兴公司现更名为Tenova）从20世纪70年代开始开发的，1985年该公司将美国纽柯（Nucor）公司的一台电炉改造成consteel，并对其工艺进行了工业试验。目前Consteel炼钢技术仍是意大利Tenova公司专利工艺设备。
1、Consteel电炉工艺的主要特点是连续加料、连续预热和连续冶炼。Consteel无需开启炉盖而是炉侧壁的连续给料设备加料，并能利用一次烟气排放，使烟气通过预热段来预热炉料，节省了大量的电能和化学能。其冶炼过程中熔池稳定，电气干扰小，车间内噪音较低，工作环境大为改善。
Consteel电炉除了上述的一些优点外，脱磷工艺也在其独特冶炼工艺、加料方式、设备布置配合上，有着很大的优势。本文就consteel电炉的脱磷优势进行介绍下。
电炉钢水脱磷主要是通过入炉原料和钢水中的磷、电炉内的自由氧以及随着混合料连续入炉的石灰之间的化学反应完成的。钢水、渣料、氧、磷在炉内化学反应生成了五氧化二磷（5FeO+2Fe3P?P2O5+11Fe）并最终生成磷酸钙[3CaO+P2O5?（CaO）3P2O5]，然后通过扒渣操作去除磷酸钙。
电炉的冶炼过程中为了使电炉内的磷、氧气和石灰顺利的发生反应，一般需要提供下列条件：
1）.渣料的氧化2）.渣料的碱度控制3）.脱磷反应适宜的钢水温度4）.有效的利用率5）.出渣
上述五点在Consteel工艺中均得到了较好的体现，如下所示：
1、在Consteel工艺生产操作中的整个冶炼周期内采用超音速氧枪喷氧极利于渣的氧化。Consteel电炉根据炉炉壳尺寸以及炉容量来配置氧枪数量与位置。以某特钢厂现有的110tconsteel电炉为例，设置有可移动炉门碳氧枪一台，炉壁碳氧枪2台。可移动式炉门氧枪喷吹能力为3000Nm3/h的氧气和60kg/m的碳粉。2个集束射流KT枪安装在炉壳侧壁上，喷吹能力可以达到2500Nm3/h的氧气和60kg/m的碳粉。3个碳氧枪均为水冷枪，碳粉的喷吹将与超声波氧气喷吹紧密连接并采用CH4/O2火焰来大幅度提高喷吹效率。
其中炉门氧枪采用超音速水冷炉门氧枪，在当今的电弧炉中，超音速吹氧枪凭借其安全便捷的操作模式，是目前最常用的吹氧系统。当超音速（马赫数值M>1）氧气喷嘴以高速（即：动态高压）伸入熔池中（穿过炉渣层），同时具备紧凑的流速剖面时，可获得有效的注入。超音速喷嘴是采用集中-扩散喷嘴（也称作“拉瓦尔喷嘴”），可将高进给压力转化成动态压力（即：速度）。该种氧枪有着操作安全、喷吹效率高、可随熔池高度移动等优点，当需要时还可当作废钢割枪来进行操作。
炉壁上的集束射流氧枪，其原理以火焰覆盖氧气喷嘴能增加喷嘴周边空气的温度（～2750℃），而此处的火焰通常是通过天然气和第二氧气流的燃烧产生。覆盖火焰极大地增加了超音速核心的长度，因此被叫做“集束射流”。特点主要有：
● 在超过喷嘴直径70倍的喷吹距离内都可以保持原有的速率、直径和气体浓度及喷吹冲击力，比任何传统的超声速氧枪都要长很多；
● 比传统超声速喷吹带入的环境空气量要少90%以上；
● 气流扩展和衰减较小，因此钢水中形成的空洞和飞溅也少得多；
以上优点使的集束射流的长度远大于超声速射流的长度，而且集束射流能够在很长的喷射距离上保持很高的集束状态，能够更好的地将氧气喷吹到熔池深处。这样更多的氧气能够进入熔池，与熔池接触时间也会增加。
Consteel电炉通过炉门碳氧枪与炉壁碳氧枪的相结合的操作方式，使氧气的利用率得到了相应提高、提高了初渣的氧化性，同时也提高了金属收得率和生产率。
2、Consteel技术能对渣进行稳定和精确的控制。因为造渣料的加入与普通电炉不同，不是分批次加入到炉内，而是与Consteel加料速度相匹配的加入，这样能确保和改善所有化学元素的反应，建立电炉内的均衡气氛。同样也使渣保持了一定的流动性，确保了渣和钢水充分的接触。渣中的石灰能确保钢水和渣之间连续的交替反应。此时渣中的MgO应也始终是饱和的，避免了对耐材炉衬的化学冲击，尤其是渣线耐材的保护。Consteel这种特殊的加料方式确保了渣的碱度始终保持在磷、氧气和石灰顺利的发生反应状态下。
泡沫渣工艺是在20世纪70年代末提出的，这种工艺有这屏蔽电弧降低热辐射、提高传热效率、降低冶炼电耗、减少电极消耗、降低耐火材料消耗、并有一定的降低噪音污染的作用。该项工艺普遍应用于大容量超高功率电炉上。同样consteel电炉也采用了这种操作工艺，泡沫渣产生气泡的反应如下：
O2+Fe=FeO；FeO+C=Fe+CO（g）；C+?O2（g）=CO（g）；
通过炉门与炉壁碳氧枪的喷碳模式，在氧化期向熔池内陪吹碳粉，以还原炉渣中的FeO，通过上述的反应，在不增大渣量的前提下，使炉渣呈泡沫状，厚度增加。由于炉渣的发泡使渣钢液界面积增大，改善了反应的动力学条件有利于脱磷、脱硫反应的进行，尤其是脱磷。脱磷反应是界面反应，泡沫渣使的这种反应得以不断进行。一般工业上选用（CaO/SiO2）为2的炉渣为造泡沫渣的基本要求，这种渣本身对脱磷就很有利。
3、废钢、生铁等原料通过Consteel输送带进入到钢水中，会在炉内熔池形成给所谓的“冷区”，炉壁氧枪能对该区域提供连续的热能，氧气射流同样能使电炉内的钢液产生旋转动作，即而加强了搅拌作用。对炉内形成所谓的“冷区”来说，采用Consteel工艺的电炉内钢水平均温度在1570°C～1590°C。在电极起弧的区域的温度高于平均值，而在通过连续加废钢进行冶炼的其他钢水区域的温度较低。在“冷区”测量的钢水温度约为1540°C。
经过consteel预热段预热过的废钢落入钢水中的“冷区”，被钢水包围，从而熔化。显然与大块废钢接触的钢水的温度会很快下降，与未快速熔化的废钢接触的钢水整个表面的温度将达到塑性温度。由于电炉内的钢水熔池就像一个缓冲器，上述状态将延续一段时间，并将热能传递给熔化的废钢的使之变成钢水。炉壁喷氧枪的喷吹搅拌对搅拌电炉内不同温度的物流起到了主要作用。就“冷区”而言，预热过的废钢落入到电炉中流动的钢水熔池中，并且通过从“热区”（电极起弧区）流向冷区的钢水的流动来逐渐熔化废钢。在这些条件下，当电炉达到一个完整的炉役后，由Consteel输送带输送的所有废钢被完全熔化和预精炼后，电炉内又成了“冷区”，等待接收新的废钢。冶炼和精炼区的废钢和钢水与Consteel输送带添加的石灰连续反应。根据以上得出，采用Consteel工艺的电炉热区和冷区外的钢水平均温度约为1550°C，非常有利于脱磷反应的发生。
4、Consteel电炉的造渣料通过炉顶的加料斗直接将渣料加入炉内或者通过Consteel尾部的加料料仓，以0-6m/min的加料速度使造渣料随同废钢料同时不断加入炉内，一边加料、一边炉内反应。这种特有操作工艺，使电炉的在整个冶炼周期内（一炉冶炼的最后几分钟内的过热除外）都可以进行脱磷以及钢水预精炼操作。这种工艺给了电炉内钢水和渣料的足够的反应时间，也使脱磷操作拥有了充足的时間来完成。
5、Consteel电炉可以一边吹氧一边流渣。通过此种扒渣操作及时去除工艺中脱磷产生的和渣中溶解的磷酸钙以防止其逆转进入钢水。由于采用电炉连续冶炼和精炼工艺，很容易将渣撇掉，并且通过扒渣能够有效的将有价值的金属产品从非金属产品中分离出来。同时采用无渣出钢技术，严格控制下渣量，把出钢后的磷降至最低。
综上所述，与其它所有传统顶装料、高产电炉冶炼设备相比，Consteel技术提供了最佳的电炉钢水脱磷和预精炼环境。
参考文献：
现代电炉炼钢生产技术手册，北京冶金工业出版社，2009
作者简介：张维（1980-），男，山东青岛人，中冶东方工程技术有限公司炼钢事业部、工程师，本科，研究方向：炼钢事业部。