傳統(tǒng)意義上電爐冶煉不銹鋼包括了在電爐冶煉過程的脫碳、合金化、脫硫等操作，電爐冶煉的熔化期、氧化期和還原期分界清楚。隨著不銹鋼連鑄技術(shù)的發(fā)展，對電爐冶煉節(jié)奏要求越來越高，電爐冶煉不銹鋼過程逐步演變成僅冶煉不銹鋼母液，不再對脫碳、脫硫有嚴格要求，對應的任務由后工序AOD、VOD或LF精煉爐完成，電爐冶煉不銹鋼母液粗略可分為熔化期和精煉期。在母液合金成分基本合格的基礎上，核心要求是冶煉節(jié)奏快、電耗低、爐襯壽命長。在原料方面，冶煉過程大量使用了大塊不銹鋼返回料和鉻鐵，導致重料比相對普碳鋼冶煉過程偏高，同時鎳價的上漲導致低鎳生鐵（含鎳小于10%）被廣泛使用。低鎳生鐵通常是鑄錠狀或普通生鐵塊狀，它的使用進一步提高了電爐原料的重料比。重料比過高在不同程度上會導致原料熔化困難、冶煉時間變長、電耗增加。

電爐冶煉不銹鋼的泡沫渣技術(shù)的應用可很好地解決上述問題，滿足當前電爐冶煉不銹鋼母液過程的核心要求，即冶煉節(jié)奏快、電耗低、爐襯壽命長。

1  電爐冶煉不銹鋼過程中能量輸入特性

電爐冶煉不銹鋼母液的中心任務是保證重料比高的金屬原料快速熔化并升溫到合格的溫度，從生產(chǎn)實踐看，即提供金屬原料和相應渣料熔化升溫所需的能量，從而加速尺寸大的重料的熔化。生產(chǎn)中一般由電弧供電和吹氧來共同完成。吹氧的目的不**是脫碳，更重要的作用是通過產(chǎn)生CO氣泡來攪拌熔池。部分電弧爐安裝有爐壁燒嘴可提供更多的化學能來加快物料熔化，如果兌加鐵水，則可提供物理熱。

對于電弧供能，由于重料使用過多，電弧得不到**的保護，電弧工作時也不能采用強功率供電，以避免爐襯侵蝕嚴重。對于吹氧產(chǎn)生化學能方式，吹氧量過大，會造成鉻氧化嚴重；吹氧量過小，達不到攪拌熔池的效果。一般電爐冶煉過程吹氧量控制在噸鋼12立方米左右，大約產(chǎn)生約80kWh的能量。對于爐壁燒嘴，由于爐料重料比大，燒嘴釋放的能量很難被熔池吸收，對縮短熔池冶煉時間的作用有限，大部分冶煉不銹鋼母液的電爐并沒有配置爐壁燒嘴。

由此可以看出，為了實現(xiàn)電爐冶煉不銹鋼母液要求的冶煉節(jié)奏快、電耗低、爐襯壽命長的目標，吹氧提供化學能可改進的空間小，爐壁燒嘴所起到的作用也有限，只有從優(yōu)化電弧供電入手，才能真正實現(xiàn)如上目標，而泡沫渣技術(shù)應用可充分利用渣保護電弧，實現(xiàn)提高電弧熱效率和供電功率并**保護爐襯的目標。

2  電爐冶煉不銹鋼的泡沫渣技術(shù)理論研究探討

電爐冶煉造泡沫渣有兩個基本條件：一是要求渣的發(fā)泡性能好，二是要求有足夠的發(fā)泡氣源。

對于渣的發(fā)泡性能，通常用泡沫化指數(shù)來表示，泡沫化指數(shù)為發(fā)泡高度與氣體表觀常數(shù)之比。研究表明，渣的黏度在一定范圍內(nèi)變大有利于提高單個氣泡的穩(wěn)定性，從而提高泡沫化指數(shù)；渣液的表面張力越低，意味著生成氣泡所需要的能量越低，低表面張力有利于提高泡沫指數(shù)；渣中適量的微小固體顆粒有利于提高渣黏度，可提高泡沫化指數(shù)，然而如果固體顆粒過大或過多，渣變得黏稠類似糨糊狀，則很難形成**氣泡，用來起泡的氣體將沿渣體中的裂縫離開渣層，達不到發(fā)泡效果。

對于不銹鋼電爐冶煉過程中渣的發(fā)泡性能研究，通常的觀點認為不銹鋼渣發(fā)泡性能差的原因是其含Cr2O3含量過高，導致渣黏稠甚至硬化，然而國外一些研究人員的不銹鋼渣發(fā)泡性能試驗結(jié)果表明，渣中Cr2O3質(zhì)量分數(shù)低于15%可取得良好的發(fā)泡效果。由此可以看出，實際生產(chǎn)中不銹鋼渣難以發(fā)泡的原因可能不**是其Cr2O3含量過高，渣中含有相當量的未熔化的石灰顆粒可能是導致渣黏稠甚至硬化的又一重要原因。

在電爐冶煉普碳鋼或低合金鋼的過程中，由于吹氧產(chǎn)生大量的FeO是很好的化渣熔劑即溶解石灰或白云石的熔劑，但在電爐冶煉不銹鋼過程中，吹氧反應產(chǎn)生的金屬氧化物主要是Cr2O3而非FeO，這就導致了造渣料石灰或白云石加入后，在不額外添加化渣劑氧化鐵或螢石的情況下，僅能通過電弧加熱來化渣。這就可能導致石灰或白云石并不能**熔化而溶解到渣相中，*終導致渣中固體石灰或白云石顆粒過大或過多，加上Cr2O3含量高的渣本身黏度大，這些因素綜合影響了渣的發(fā)泡性能。解決此間題須添加化渣劑，保證石灰或白云石熔化**，快速形成均勻的渣相，然后在這基礎上進一步研究Cr2O3含量、堿度和MgO含量等因素對渣發(fā)泡性能的影響，*終研究出具有良好發(fā)泡性能的不銹鋼渣。

在電爐冶煉不銹鋼造泡沫渣過程中，除了要求渣具有良好的發(fā)泡性能外，還需要有足夠的發(fā)泡氣源。從電爐冶煉不銹鋼的實際情況看，鋼渣間反應、吹氧或噴碳均可產(chǎn)生一定的CO氣體作為發(fā)泡氣源。鋼渣反應產(chǎn)生CO氣體可穿越渣層，是*理想的發(fā)泡氣源。在一定碳含量范圍內(nèi)，鋼渣界面反應可生成CO氣泡來推動渣發(fā)泡，但受動力學條件的制約，很難形成良好的泡沫渣。所以，要采取額外的技術(shù)手段創(chuàng)造更多的氣源，在保證渣有良好發(fā)泡性能的基礎上，造出良好的泡沫渣，相應也產(chǎn)生了各種不銹鋼冶煉的泡沫渣技術(shù)。

3  相關技術(shù)研究進展

電爐冶煉不銹鋼的泡沫渣技術(shù)主要包含噴吹法和直接加入法，其目的是采用額外的技術(shù)手段創(chuàng)造更多的用來推動渣發(fā)泡的氣源并改善渣的發(fā)泡性能。

噴吹法主要是在吹氧的同時噴吹氧化鐵皮、碳粉、硅粉或發(fā)泡劑粉。噴吹氧化鐵皮可起到一定的快速溶解石灰的作用，渣中含一定量的氧化鐵可改善渣的流動性以提高其發(fā)泡性能。噴吹碳粉到渣層可促使其與氧化物反應以釋放渣發(fā)泡需要的氣體。噴吹硅粉可促進渣中氧化鉻的預還原，避免渣中Cr2O3過高而導致渣過黏。

瑞典的阿維斯塔謝菲爾德有限公司（Avesta Sheffield AB）采用噴吹法在試驗過程中取得了成功。在向渣面噴吹氧氣和碳粉的同時，噴吹氧化鐵皮來提高渣中FeO含量，通過控制渣的成分來造不銹鋼泡沫渣，*終使電爐冶煉不銹鋼的冶煉周期縮短了10%-16%，成本大大降低。

德國一家鋼鐵公司通過向渣面噴吹硝酸鈣（Ca（NO3）2·4H2O）和碳粉來制造N2、CO和H2O氣源，在冶煉13%Cr不銹鋼的過程中造出了良好的泡沫渣?？紤]到石灰石或白云石可以分解出CO2氣體，德國漢堡公司通過噴吹白云石造不銹鋼泡沫渣，意大利的里瓦（ILVA）鋼廠通過噴吹石灰石造不銹鋼泡沫渣，主要利用這些碳酸鹽的分解釋放用于推動渣發(fā)泡的氣體。

噴吹法的缺點是噴吹的物料很難均勻彌散在渣層中，同時生成的CO氣泡過多集中在渣層的上部，不能整體推動渣發(fā)泡。另外。噴吹的射流有一定的熄泡效應，不利于泡沫的穩(wěn)定。

直接加入法是通過料倉或?qū)Ｓ械募尤朐O備向冶煉熔池加入發(fā)泡劑或發(fā)泡球。一些研究人員采用添加以石灰石、白云石和焦炭為主要原料的發(fā)泡劑，進行了實驗室和生產(chǎn)試驗。試驗研究了不同渣系對渣發(fā)泡性能的影響，在實驗室和生產(chǎn)中造出了良好的泡沫渣。然而，石灰石和白云石本身難以溶解，會使得起泡時間推遲，采用直接加入法不如噴吹法有利于發(fā)泡劑快速分解。

*近德國西馬克德馬格（SMS DEMAG）公司與波蘭克拉克科技大學聯(lián)合開發(fā)了一種新的造不銹鋼泡沫渣的方法，即制作密度介于鋼液和渣之間的發(fā)泡球。發(fā)泡球由鐵粉、FeO、C和石灰石等物質(zhì)構(gòu)成，在熔化過程中可釋放CO和CO2氣體作為發(fā)泡氣源。這種發(fā)泡球可下沉到渣底部，不干擾渣的發(fā)泡性能，同時氣泡可從渣層底部推動渣發(fā)泡，發(fā)泡效果良好。此項技術(shù)已在巴西蒂莫特奧（Timoteo）鋼鐵公司3號電爐冶煉不銹鋼的過程中應用，可以將原先的電弧升溫速率6K/min-7K/min提高到11K/min-12K/min。這種發(fā)泡球在實際應用過程中是連續(xù)加入的，需要有額外的加料設備，在某種程度上制約了此項技術(shù)的推廣。

4  技術(shù)應用前景

盡管誕生了各種電爐冶煉不銹鋼的泡沫渣技術(shù)，但仍未改變它是一個世界性難題的局面，相關技術(shù)并沒有得到全面的推廣應用。主要原因可能有以下幾個方面：第一，電爐冶煉不銹鋼母液過程需要泡沫渣保護電弧的時間并不長，僅為熔化后期和精煉期，時間一般少于30分鐘，這樣泡沫渣技術(shù)帶來的經(jīng)濟效益不是很明顯。第二，相關技術(shù)操作復雜且穩(wěn)定性不強，尤其是噴吹法，一旦控制不好，發(fā)泡劑不能噴吹彌散到渣內(nèi)，則達不到相應的效果。第三，須意識到石灰或白云石熔化不**（即化渣效果不良）是導致渣不能良性發(fā)泡的重要原因。已經(jīng)開始通過加入氧化鐵或氧化鋁來加速渣料石灰或白云石熔化，促使其均勻溶解到渣相中，這可以改善渣的發(fā)泡性能。

在我國，在電爐冶煉不銹鋼母液特別是奧氏體不銹鋼母液的過程中，重料比越來越高，這就導致電弧在更長的通電時間內(nèi)得不到保護。在這種條件下，泡沫渣技術(shù)有可能在生產(chǎn)中取得可觀的經(jīng)濟效益，解決當前電爐冶煉存在的冶煉周期過長的問題。因此，應學習國外**經(jīng)驗，進一步發(fā)展并推廣此方面的技術(shù)，以提高我國電爐冶煉不銹鋼母液的水平。