引言
与国外电弧炉炼钢相比，我国电弧炉一直是特殊钢的生产主力。随着国内制造业对特殊钢质量要求的日益提高，完善我国电弧炉炼钢流程工艺及装备水平成为目前提升电炉钢产品质量的关键。从近些年电弧炉炼钢技术的发展中不难发现，电弧炉炼钢在原有高效节能冶炼的基础上，在洁净化冶炼方面取得了长足的进步，产品质量显著提升，这对推进我国电弧炉炼钢流程洁净化生产平台构建意义重大。
1.电弧炉炼钢流程洁净化冶炼关键问题
1.1冶炼用原材料
电弧炉炼钢以废钢为主要原料，合金、石灰、增碳剂等为辅助原料。一方面，随着汽车、机电、家电等报废数量的不断增加，社会回收的废钢成分更加混杂，包含黑色金属、有色金属、非金属等。同时，钢材表面涂层技术和复合材料的广泛应用使回收废钢带有 Cu、Zn、Pb、Sn、Mo、Ni 等有害杂质元素，且随着废钢循环次数的增加，有害杂质元素在废钢中不断富集。另一方面，辅料的使用同样会给钢液带入有害元素，影响钢液洁净度。为尽量降低原材料对冶炼钢种带来的影响，需根据不同钢种对原材料的使用制定不同的标准，分钢种分级别进行原辅料的定制化选择[1]。如冶炼优质合金棒材时，采用铁水加废钢、优质废钢或优质废钢加直接还原铁为原料； 冶炼低硫钢尽量使用低硫石灰； 冶炼低碳钢选择低碳辅助原料。
1.2脱磷操作
磷在绝大多数钢种中是有害元素，脱磷是电弧炉冶炼的重要任务之一。近年来，随着国民经济的发展，对低磷及超低磷高品质特殊钢需求增加，现有电弧炉炼钢工艺很难实现快速低成本脱磷的冶炼要求。其主要原因在于电弧炉炼钢原料结构复杂，熔清磷含量波动大； 全废钢冶炼熔清后碳含量低、钢液粘稠度高，且受电弧炉炉型结构限制，熔池流动速度慢，脱磷动力学条件差，冶炼过程脱磷困难。传统电弧炉冶炼低磷钢通常采用多次造渣、流渣操作，冶炼周期长、渣量大、终渣( FeO) 含量高、钢水过氧化严重、冶炼成本难以控制。
1.3钢中氧及夹杂物的控制
电弧炉冶炼终点钢液氧含量的稳定控制是降低钢中夹杂物的关键。电弧炉炼钢普遍采用强化供氧操作以加快冶炼节奏、提高生产效率，但电弧炉炼钢终点控制不精准，钢液过氧化较为严重，碳氧积明显高于转炉。这不仅导致后期精炼过程脱氧剂的过度消耗，同时使得精炼期夹杂物的产生量显著增加。为降低终点钢液氧含量，电弧炉炼钢主要通过控制出钢前吹氧量，同时喷吹惰性气体强化搅拌； 出钢时采用偏心炉底出钢控制下渣量； 出钢前加入铁碳镁球，降低钢液氧含量。在 LF 精炼过程中采用“铝 + 复合脱氧剂”脱氧方式，将 Al2O3 类夹杂物转化为较大尺寸的易上浮夹杂物进而去除； 采用双真空工艺操作，前预真空轻处理，LF 精炼后再真空的处理方式深度去除钢中活度氧及夹杂物。
1.4钢中［N］与［H］的控制
在电弧炉采用大功率供电强化废钢熔化时，电极放电产生的高温电弧会电离附近空气中N2，致使钢液吸氮能力大幅增加； 在电弧炉冶炼过程中，N2有时会作为底吹气体或粉剂喷吹载气浸入熔池，钢液进一步吸氮。同时，电弧炉冶炼原料中含有水分并接触空气，会造成钢液中氢含量偏高。然而，电弧炉炼钢熔清后熔池碳含量偏低，供氧强度不足，冶炼后期脱碳期间熔池内产生的CO 气泡数量少，所以不能有效脱除［N］、［H］。解决此类问题的方法主要是通过废钢预热的方式脱除水分减少氢元素入炉； 调整炉料结构，通过加入 DRI、提高铁水比等方式提高熔池碳含量，在电弧炉冶炼后期进行高强度脱碳沸腾操作，以脱除钢液内［N］、［H］，再在后续精炼及浇铸过程中加以保护，控制钢中［N］、［H］的含量[2]。
2.电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术创新
2.1废钢破碎分选技术
通过对废钢原材料进行破碎，在利用干式、湿式分选系统对废钢原材料中的金属、非金属、有色金属等进行筛选，分别回收处理，并对其表面的油漆和镀层，进行清除，可以有效的降低废钢当中有害元素的含量，极大的提高了电弧炉炼钢产品的洁净度。
2.2电弧炉炼钢复合吹炼技术
传统的电弧炉炼钢生产过程中，熔池的搅拌能力较弱，一定程度上限制了物质和能量的有效传递，为了改善这一问题，大多采用了超高功率供电或者高强度化学能输入等方法，但是未能从根本上解决这一问题。电弧炉炼钢复合吹炼技术的应用，实现了电弧炉在生产过程中，可以对供电、供氧以及低吹等操作进行集成，有效的解决了熔池的搅拌能力较弱的问题。（1）集束模块化供能技术：该种技术包括炉壁及炉顶集束供氧两种方式，通过该技术的应用，有效地实现了电弧炉炼钢过程中的供电和供氧的迅速切换，有效提升了供氧的效率，缩短了炼钢的时间和能耗，而且还能较好的完成脱磷等洁净化冶炼任务。（2）埋入式供氧喷吹技术：通过改变电弧炉炼钢的供氧位置，由原来的熔池上方，改为钢液的下面，并使用双流道喷枪，直接将氧气输入到熔池当中，有效的提高了熔池的反应速度，氧气利用率也得到了大幅度的提高。
2.3电弧炉炼钢质量分析监控及成本控制系统
随着信息化技术的发展，传统的经验管理模式已经无法满足电弧炉炼钢洁净化生产的发展。通过利用数据信息的全过程化管理，建立电弧炉炼钢质量分析监控及成本控制系统，对电弧炉炼钢过程中的氧含量和合金元素进行全面的跟踪、分析，精准的控制了炼钢的过程，提升了炼钢的质量，降低了电弧炉的单炉成本。
2.4电弧炉炼钢气-固喷吹新技术
20 世纪 80 年代，电弧炉炼钢气-固喷吹系统装置还限制在炉门和炉顶，而不能通过炉壁进行喷射。1980 年炉门喷粉系统率先在 Eschweiler 应用，之后迅速发展，在全球 40 余家钢铁企业得到应用； 炉顶喷粉系统始于德国克虏伯钢铁公司，20世纪 90 年代后期获得普及； 直到1990 年，炉壁喷粉系统才在意大利 Triest 得到应用，2000年后应用数量激增，成为最主流的喷粉方式。在传统炉壁喷粉和埋入式供氧喷吹技术基础上，研究团队提出并开发了电弧炉熔池内气-固喷吹洁净化冶炼新工艺。将传统熔池上方喷粉方式移到熔池下方，通过在熔池内部喷射碳粉和石灰粉实现电弧炉高效洁净化冶炼，在生产效率、技术指标、钢水质量等方面展现出明显技术优势。冶炼前期，利用空气或CO2 -O向熔池内部喷射碳粉，加速废钢熔化，实现快速熔清的同时提高熔清碳含量； 冶炼后期利用O2或O2 -CO2向熔池内部喷射石灰粉，强化脱磷的同时，剧烈碳氧反应产生大量CO气泡可实现深度脱氮、脱氢，显著改善了终点钢液洁净度[3]。
3.结束语
综上所述，作为电弧炉炼钢的关键环节，钢液洁净度的高低关系着钢产品的质量高低。而钢液洁净度又和整个生产工序、单元操作的稳定性等有着密切的关系。文章通过对影响钢液洁净度的因素进行分析，通过对废钢破碎分选、电弧炉炼钢复合吹炼以及质量分析监控及成本控制等技术的分析应用，有效的提升了电弧炉炼钢洁净化生产的效率，降低了生产成本，推动了电弧炉炼钢的可持续发展。
参考文献
[1]朱荣，魏光升，唐天平.电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术［J］.炼钢，2018，34（1）：10-19.
[2]朱荣，何春来，刘润藻，等． 电弧炉炼钢装备技术的发展［J］． 中国冶金，2010，20( 4) : 8-16．
[3]邹安华． 现代电弧炉炼钢过程物理化学行为及应用［J］．冶金丛刊，2013( 6) : 1-5．
