良好的造渣工艺对冶炼优质钢意义重大,它可以极大地提高电炉产品的质量,并降低能耗。目前,发泡渣技术已被钢铁业界广泛认为是一种有效降低电弧炉能耗的造渣技术,通过将发泡层覆盖在电弧上,可以提高传热效率,并减少电弧炉炉壁的热损。如今,发泡渣技术在许多碳钢厂都已经得到了成熟的推广使用,许多不锈钢厂对该项技术也跃跃欲试。然而,由于不锈钢炉渣中氧化铬含量高和氧化铁含量低,因此发泡渣技术的采用是有困难的,有时甚至是不成功的。
电弧炉顶渣的化学成分和显微组织对渣的发泡性和铬的回收率有很大的影响。渣的发泡趋势取决于发泡指数,即一个由渣的物理性能决定的参数。
全球最大的不锈钢生产商之一——瑞典Outokumpu不锈钢公司Avesta钢厂一直致力于不锈钢造渣工艺的研究。该厂拥有炉容量达85吨的电弧炉,这个超高功率电弧炉的直径为6.4米,变压器容量为100/130MVA,电极直径为0.610米,水冷炉壁,装有4根喷枪,向炉内喷吹氧气、氮气、硅铁和碳粉;除了通过电极输入电能之外,还通过3个氧气燃烧喷嘴供能量以熔化废钢。将废钢和合金料在炉内熔化之后,转到中间包,在此阶段渣量约为80~120公斤/吨;将粗钢倒入到氩氧脱碳炉之前要脱气。
对冶炼304L不锈钢的炉渣进行了研究。在工艺温度下,观察到顶渣含有液态氧化物、尖晶石颗粒和金属液滴。在常规操作过程中,尖晶石颗粒的含量约为2~6wt%,其化学式为(Mg,Fe,Mn)(Cr,Fe,Al)2O4,含Cr(25~39wt%)、Mg(8~11wt%)和O2,随着顶渣中Cr含量的增加,顶渣中尖晶石颗粒的含量增加。
金属液滴的化学成分取决于其在凝固前,与液态渣接触的时间长短。通常,小液滴含较少的Cr跟Ni,而大液滴含较多的Cr跟Ni。通常,这种液滴的化学成分与钢液的成分显著不同。炉渣温度、碱度、MgO含量和Cr2O3含量对尖晶石的析出以及发泡指数均会产生影响。同时发现,在渣子的化学成分范围内,影响固态尖晶石颗粒的最关键参数是氧化铬的含量。