电弧炉炉气成分的影响因素

D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.020 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 电弧炉炉气成分的影响因素 董凯12朱荣12)刘文娟2)王学利)李猛)孙永喜) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 3)山东莱芜钢铁集团股份有限公司，莱芜271104 ✉通信作者，E-mail:dongkaismanker(@yahoo.com.cm 摘要为进一步完善对电弧炉炉气成分变化规律的研究，本文分别对电弧炉炉气中C0、C02、02和八：间的相互关系，以及 电弧炉供氧流量、电弧炉熔池碳含量对电弧炉炉气成分的影响进行实验研究.结果表明，炉气中C0在有大量C02气体存在 下开始出现，并随着C02含量的增加而增加：02与C02、N2含量呈线性关系：02与C0与呈指数关系；随着供氧流量的提高， 炉气中C0和C02的含量逐上升，02和N2的含量降低，氧气的利用率提高：当钢水中碳质量分数为1.3%左右时，炉气中C0、 CO2含量达到最大. 关键词炼钢：电弧炉：炉气：工业试验 分类号T℉03·3：TF741 Influencing factors of EAF off-gas composition DONG Kai☒，ZHU Rong2,LIU Wen-juan2),WANG Xue-i,LI Meng》,SUN Yong-xi 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 3)Laiwu Iron and Steel Group.Laiwu 271104.China Corresponding author,E-mail:dongkaismanker@yahoo.com.cn ABSTRACT The interrelations among CO.CO2,O:and N2 in electric arc furnace EAF)off-gas as well as the effects of oxygen flow and the pool's carbon content on EAF off-gas composition were investigated to perfect studies on the variation laws of EAF off-gas composition.The result shows CO appears under the existence of a lot of CO,,and its content increases with increasing CO,content. The 0,content is in a linear relationship with the contents of CO,and N2,but in an exponential relationship with the CO content.As the oxygen flow increases,the contents of CO and CO,increases,the contents of 0,and N,reduces,and the utilization rate of oxygen improves.The contents of CO and CO achieve the maximum when the mass fraction of carbon in the pool is about 1.3%. KEY WORDS steelmaking:electric arc furnaces EAF):off-gas;industrial test 终点成分控制始终是钢铁冶金的核心技术.近气成分变化规律的研究，本文研究了影响电弧炉炉 年来基于炉气成分分析的炼钢控制方法开始在生产 气成分变化的不同因素，为更好地控制电弧炉治炼 中推广应用.针对转炉终点控制的研究日益完 终点提供参考依据. 善1.相对转炉而言，电弧炉炉气分析技术的发展 1工业试验条件 相对落后，技术不成熟，除去电弧炉自身工艺影响以 外，对于电弧炉炉气成分变化规律研究的不足制约 以某钢厂50tUHP电弧炉为试验对象，该电弧 着该技术的发展. 炉具安装有四支炉壁氧枪，平均设计流量为 北京科技大学冶金喷枪试验室对电弧炉炼钢脱 1500m3h-1,炉体设计总装量为55t,原料组成 碳过程进行了初步研究)，验证了基于炉气分析的 (55%铁水+45%废钢，质量分数)，冶炼周期约为 电弧炉终点控制的可行性.为进一步完善电弧炉炉 45min,其冶炼工序如图1所示. 收稿日期：201108-12

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 电弧炉炉气成分的影响因素 董 凯1，2) 朱 荣1，2) 刘文娟1，2) 王学利3) 李 猛3) 孙永喜3) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 山东莱芜钢铁集团股份有限公司，莱芜 271104 通信作者，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn 摘 要 为进一步完善对电弧炉炉气成分变化规律的研究，本文分别对电弧炉炉气中 CO、CO2、O2 和 N2 间的相互关系，以及 电弧炉供氧流量、电弧炉熔池碳含量对电弧炉炉气成分的影响进行实验研究． 结果表明，炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存在 下开始出现，并随着 CO2 含量的增加而增加; O2 与 CO2、N2 含量呈线性关系; O2 与 CO 与呈指数关系; 随着供氧流量的提高， 炉气中 CO 和 CO2 的含量逐上升，O2 和 N2 的含量降低，氧气的利用率提高; 当钢水中碳质量分数为 1. 3% 左右时，炉气中 CO、 CO2 含量达到最大． 关键词 炼钢; 电弧炉; 炉气; 工业试验 分类号 TF03 + 3; TF741 Influencing factors of EAF off-gas composition DONG Kai 1，2) ，ZHU Rong1，2) ，LIU Wen-juan1，2) ，WANG Xue-li 3) ，LI Meng3) ，SUN Yong-xi 3) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104，China Corresponding author，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn ABSTRACT The interrelations among CO，CO2，O2 and N2 in electric arc furnace ( EAF) off-gas as well as the effects of oxygen flow and the pool’s carbon content on EAF off-gas composition were investigated to perfect studies on the variation laws of EAF off-gas composition． The result shows CO appears under the existence of a lot of CO2，and its content increases with increasing CO2 content． The O2 content is in a linear relationship with the contents of CO2 and N2，but in an exponential relationship with the CO content． As the oxygen flow increases，the contents of CO and CO2 increases，the contents of O2 and N2 reduces，and the utilization rate of oxygen improves． The contents of CO and CO2 achieve the maximum when the mass fraction of carbon in the pool is about 1. 3% ． KEY WORDS steelmaking; electric arc furnaces ( EAF) ; off-gas; industrial test 收稿日期: 2011--08--12 终点成分控制始终是钢铁冶金的核心技术． 近 年来基于炉气成分分析的炼钢控制方法开始在生产 中推广应用． 针对转炉终点控制的研究日益完 善［1--2］． 相对转炉而言，电弧炉炉气分析技术的发展 相对落后，技术不成熟，除去电弧炉自身工艺影响以 外，对于电弧炉炉气成分变化规律研究的不足制约 着该技术的发展． 北京科技大学冶金喷枪试验室对电弧炉炼钢脱 碳过程进行了初步研究［3］，验证了基于炉气分析的 电弧炉终点控制的可行性． 为进一步完善电弧炉炉 气成分变化规律的研究，本文研究了影响电弧炉炉 气成分变化的不同因素，为更好地控制电弧炉冶炼 终点提供参考依据． 1 工业试验条件 以某钢厂 50 t UHP 电弧炉为试验对象，该电弧 炉具 安 装 有 四 支 炉 壁 氧 枪，平 均 设 计 流 量 为 1 500 m3 ·h － 1 ，炉体设计总装量为 55 t，原料组成 ( 55% 铁水 + 45% 废钢，质量分数) ，冶炼周期约为 45 min，其冶炼工序如图 1 所示． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.020

78 北京科技大学学报 第33卷 加料 必喝升 1400r 容化 出 1200 1000 图1某钢厂50tUHP电弧炉治炼工序 形 Fig.1 Smelting process of 50t UHP EAF in a steel factory 600 电弧炉炉气检测设备组成包括水冷取样器、输 400 气管道、红外气体分析仪、PLC和工控机.水冷取样 200 器安装在炉体第四孔除尘烟道入口处，高温烟气由 1000 2000 3000 水冷取样器取出，经过输气管道进入红外气体分析 治炼时间/s 仪，气体分析仪连续测量炉气中02、C0、C02和N2 图4电弧炉供氧流量曲线 的成分，测量周期为10s,测量数据由PLC接收转换 Fig.4 Flow curve of oxygen supply 进入工控机分析记录.设备安装运行如图2所示. 量同步升高，并在冶炼结束前达到初始状态 第四孔 工控机 电弧炉炉气成分与转炉炉气成分分布存在很大 水怜收样器 不同.根据资料显示，如图5所示，电弧炉炉气中 N2体积分数超过60%，而转炉冶炼过程中炉气中 山调炉本体 气休分 八2体积分数低于30%；电弧炉炉气中02体积分数 PLC 桥仪 超过10%，从而导致炉气中C0体积分数较低，最高 图2炉气检测设备组成图 不超过5%，转炉炉气中C0体积分数达到50%以 Fig.2 Equipment of off-gas analysis 上，02微量：炉气中C02体积分数相近，基本维持在 工业试验过程中同步记录电弧炉供氧流量曲线 10%~20%左右. 和原料配比，总共获得69炉数据，根据需要对这些 1.0 0.9 数据进行分析.图3、图4分别为典型电弧炉炉气特 0.8 征曲线和供氧流量曲线 0.7 0.6 人 0 方 04 0.3 60k CO 0.2 -C0 01 50 -02 150 3M0045060075090 时f间 20 图5转炉炉气C0、C0,、0,和N,特征曲线 10 Fig.5 Characteristic curves of CO.CO,,0,and N,contents in 50010001500200025003000 BOF 冶炼时间/s 图3电弧炉炉气C0、C02、02和N2特征曲线 2电弧炉炉气生成机理分析 Fig.3 Characteristic curves of CO.CO2,02 and N2 contents in EAF 电弧炉炉气主要成分为C02、C0、02和N2,电 弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入空气形 从炉气成分分析得到的成分曲线来看，C0、 成.炼钢过程强化供氧脱碳，是以将钢水中的碳元 C02、02和N2存在一定的变化规律，随着冶炼开始， 素氧化成为C0或C02气体来实现的，化学反应为： 炉气中C0,含量逐渐提高，炉气总02和N2的含量 逐渐降低，在炉气中C02含量超过某一特定值后， c+20,(g-C0. 电弧炉炉气中开始有明显的C0检出.随着冶炼的 △G°=-22219.35-91.84T: 进行，电弧炉内钢水中碳含量逐渐降低，达到临界值 C+02(g=C02(g), 后，炉气中C0、C02开始明显逐步下降，02和N2含 △G9=-166666.534-40.80T

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 1 某钢厂 50 t UHP 电弧炉冶炼工序 Fig． 1 Smelting process of 50 t UHP EAF in a steel factory 电弧炉炉气检测设备组成包括水冷取样器、输 气管道、红外气体分析仪、PLC 和工控机． 水冷取样 器安装在炉体第四孔除尘烟道入口处，高温烟气由 水冷取样器取出，经过输气管道进入红外气体分析 仪，气体分析仪连续测量炉气中 O2、CO、CO2 和 N2 的成分，测量周期为 10 s，测量数据由 PLC 接收转换 进入工控机分析记录． 设备安装运行如图 2 所示． 图 2 炉气检测设备组成图 Fig． 2 Equipment of off-gas analysis 工业试验过程中同步记录电弧炉供氧流量曲线 和原料配比，总共获得 69 炉数据，根据需要对这些 数据进行分析． 图 3、图 4 分别为典型电弧炉炉气特 征曲线和供氧流量曲线． 图 3 电弧炉炉气 CO、CO2、O2 和 N2 特征曲线 Fig． 3 Characteristic curves of CO，CO2，O2 and N2 contents in EAF 从炉气成分分析得到的成分曲线来看，CO、 CO2、O2 和 N2 存在一定的变化规律，随着冶炼开始， 炉气中 CO2 含量逐渐提高，炉气总 O2 和 N2 的含量 逐渐降低，在炉气中 CO2 含量超过某一特定值后， 电弧炉炉气中开始有明显的 CO 检出． 随着冶炼的 进行，电弧炉内钢水中碳含量逐渐降低，达到临界值 后，炉气中 CO、CO2 开始明显逐步下降，O2 和 N2 含 图 4 电弧炉供氧流量曲线 Fig． 4 Flow curve of oxygen supply 量同步升高，并在冶炼结束前达到初始状态． 电弧炉炉气成分与转炉炉气成分分布存在很大 不同． 根据资料显示［4］，如图 5 所示，电弧炉炉气中 N2 体积分数超过 60% ，而转炉冶炼过程中炉气中 N2 体积分数低于 30% ; 电弧炉炉气中 O2 体积分数 超过 10% ，从而导致炉气中 CO 体积分数较低，最高 不超过 5% ，转炉炉气中 CO 体积分数达到 50% 以 上，O2 微量; 炉气中 CO2 体积分数相近，基本维持在 10% ～ 20% 左右． 图 5 转炉炉气 CO、CO2、O2 和 N2 特征曲线 Fig． 5 Characteristic curves of CO，CO2，O2 and N2 contents in BOF 2 电弧炉炉气生成机理分析 电弧炉炉气主要成分为 CO2、CO、O2 和 N2，电 弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入空气形 成． 炼钢过程强化供氧脱碳，是以将钢水中的碳元 素氧化成为 CO 或 CO2 气体来实现的，化学反应为: C + 1 2 O2 ( g) CO( g) ， ΔG— = － 22 219. 35 － 91. 84T; C + O2 ( g) CO2 ( g) ， ΔG— = － 166 666. 534 － 40. 80T． ·78·

增刊1 董凯等：电弧炉炉气成分的影响因素 ·79· 电弧炉供氧强度与钢水碳含量对炉气中C0和 85 CO,的含量有着直接的影响.供氧强度、钢水碳含 量对炉气成分的影响应进行专门研究 钢水熔池脱碳反应产物，在上升过程中，收到卷 吸进入炉内的空气和富余02的影响，发生二次燃烧 75 反应，即 70 c0+20(8剧=C0,(g), △G°=-144447.184+51.04T 55 10 20 25 炉气中C0和CO2最终达到某种平衡状态，剩 0体积分数/% 余的O2和N,继续存在与炉气中.电弧炉炉气中各 图7炉气中02与N:体积分数散点图 成分分配应符合特定规律，相互制约.电弧炉炉气 Fig.7 Scatter diagram of 02 and N2 in off-gas 各成分间的制约关系应进行专门分析 3电弧炉炉气中各成分分配规律 电弧炉炉气主要由C0、C02、02和N2组成，各 2 个成分间在整个冶炼过程中存在一定的分配规律， C02、C0具有相同的变化趋势，O2、N2具有相同的 变化趋势. 如图6所示，炉气中C0在有大量C02气体存 在下开始出现.当炉气中C02体积分数不足12% 5 10 15 20 时，C0体积分数基本不发生变化；当炉气中C02体 0,休积分数% 积分数超过12%时，C0随C02含量的升高而升高， 图8炉气中C0与02体积分数散点图 即 Fig.8 Scatter diagram of CO and 0,in off-gas Cem=0.31×(Cm-12%),Cco>12%. 炉气中C02随着02的增加而降低，如图9所 示，在已测量的气体成分范围内，02与C0,与线性 关系，即： Cm=-1.691×C。+35.2069% 2 20 10 15 20 25 (0,体积分% 图6炉气中C02与C0体积分数散点图 Fig.6 Scatter diagram of CO,and CO contents in off-gas 10 15 02与N2具有变化趋势相同，如图7所示，在已 0体积分数% 测量的气体成分范围内，O2含量随着N2含量的升 图9炉气中C02与02体积分数散点图 高而升高，02与N2含量呈线性关系，即 Fig.9 Scatter diagram of CO2 and 02 in off-gas Cx=0.8428C。+61.803%. 炉气中C0随着02增加而降低，如图8所示， 炉气中C0/C02(体积比)与02体积分数的关 在已测量的气体成分范围内，02与C0呈指数关 系比较复杂，如图10所示，随着02含量的增加， 系，即 C0/C02(体积比)呈现现缓慢降低后忽然升高的 Cm=69.4057×(100×C,)-6 特点

增刊 1 董 凯等: 电弧炉炉气成分的影响因素 电弧炉供氧强度与钢水碳含量对炉气中 CO 和 CO2 的含量有着直接的影响． 供氧强度、钢水碳含 量对炉气成分的影响应进行专门研究． 钢水熔池脱碳反应产物，在上升过程中，收到卷 吸进入炉内的空气和富余 O2 的影响，发生二次燃烧 反应，即 CO + 1 2 O2 ( g) CO2 ( g) ， ΔG— = － 144 447. 184 + 51. 04T． 炉气中 CO 和 CO2 最终达到某种平衡状态，剩 余的 O2 和 N2 继续存在与炉气中． 电弧炉炉气中各 成分分配应符合特定规律，相互制约． 电弧炉炉气 各成分间的制约关系应进行专门分析． 3 电弧炉炉气中各成分分配规律 电弧炉炉气主要由 CO、CO2、O2 和 N2 组成，各 个成分间在整个冶炼过程中存在一定的分配规律， CO2、CO 具有相同的变化趋势，O2、N2 具有相同的 变化趋势． 如图 6 所示，炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存 在下开始出现． 当炉气中 CO2 体积分数不足 12% 时，CO 体积分数基本不发生变化; 当炉气中 CO2 体 积分数超过 12% 时，CO 随 CO2 含量的升高而升高， 即 Cco = 0. 31 × ( Cco － 12% ) ，CCO2 ＞ 12% ． 图 6 炉气中 CO2 与 CO 体积分数散点图 Fig． 6 Scatter diagram of CO2 and CO contents in off-gas O2 与 N2 具有变化趋势相同，如图 7 所示，在已 测量的气体成分范围内，O2 含量随着 N2 含量的升 高而升高，O2 与 N2 含量呈线性关系，即 CN = 0. 842 8Co + 61. 803% ． 炉气中 CO 随着 O2 增加而降低，如图 8 所示， 在已测量的气体成分范围内，O2 与 CO 呈指数关 系，即 Cco = 69. 405 7 × ( 100 × Co ) － 3. 654 图 7 炉气中 O2 与 N2 体积分数散点图 Fig． 7 Scatter diagram of O2 and N2 in off-gas 图 8 炉气中 CO 与 O2 体积分数散点图 Fig． 8 Scatter diagram of CO and O2 in off-gas 炉气中 CO2 随着 O2 的增加而降低，如图 9 所 示，在已测量的气体成分范围内，O2 与 CO2 与线性 关系，即: Cco = － 1. 691 × Co + 35. 206% 图 9 炉气中 CO2 与 O2 体积分数散点图 Fig． 9 Scatter diagram of CO2 and O2 in off-gas 炉气中 CO/CO2 ( 体积比) 与 O2 体积分数的关 系比较复杂，如图 10 所示，随着 O2 含量的增加， CO/CO2 ( 体积比) 呈现现缓慢降低后忽然升高的 特点． ·79·

·80 北京科技大学学报 第33卷 0.6r 20 10 8 00 10 15 20 2000 4000 0,体积分数% 供流汽N3山 图12供氧流量与炉气C02体积分数散点图 图10炉气中C0/C02与02体积分数散点图 Fig.10 Scatter diagram of CO/CO2 and 0 in off-gas Fig.12 Scatter diagram of CO2 in off-gas and oxygen flow 4影响电弧炉炉气成分因素分析 80) 4.1供氧流量对炉气成分影响分析 电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入 75 空气形成.炼钢过程强化供氧脱碳，供氧流量越高， 脱碳速度越大.供氧脱碳是以将钢水中的碳元素氧 70 化成为C0或C02气体实现的，供氧强度越高炉气 中C0或C02气体的含量越高.如图11、图12所 0 2000 4000 示：随着供氧流量的提高，炉气中C0和C02的含量 流iim上 逐渐上升. 图13供氧流量与炉气N2体积分数散点图 Fig.13 Scatter diagram of N2 in off-gas and oxygen flow 0 1 2000 4000 流*山) 图11供氧流量与炉气C0体积分数散点图 2X0 40) Fig.11 Scatter diagram of CO in off-gas and oxygen flow 供流业Nmh 与其相对应，如图13、图14所示，炉气中02和 图14供氧流量与炉气02体积分数散点图 Fig.14 Scatter diagram of 0,in off-gas and oxygen flow N2的含量随着供氧流量的增加而降低. 随着供氧流量的提高，空气的卷吸比例有所 4.2钢水碳含量对炉气成分影响分析 降低，则炉气中N2含量下降.随着供氧流量的提 炼钢过程强化供氧脱碳生成炉气，除去供氧流 高，入炉气体中氧气的比例相应提高，炉气中02 量的影响，钢水中碳质量分数对炉气成分亦有巨大 的含量却出现了下降.主要是因为随着供氧流量 影响.脱碳是以将钢水中的碳元素氧化成为C0或 的提高，氧气射流对钢水熔池的搅拌作用加强，氧 C02气体实现的，但是钢水中碳质量分数越高并不 气参加化学反应的动力学条件改善，氧气利用率 意味着炉气中C0或C02体积分数越高.如图16 提高.如图15所示，供氧流量与(C0+C02)/02 所示，炉气中C0体积分数呈高斯分布，在钢水碳质 (体积比)散点图显示随着供氧流量的提高，氧气 量分数在1.3%左右时，炉气中C0体积分数达到 的利用率的提高. 最大

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 10 炉气中 CO/CO2 与 O2 体积分数散点图 Fig． 10 Scatter diagram of CO/CO2 and O2 in off-gas 4 影响电弧炉炉气成分因素分析 4. 1 供氧流量对炉气成分影响分析 电弧炉炉气主要由电弧炉供氧脱碳并卷吸混入 空气形成． 炼钢过程强化供氧脱碳，供氧流量越高， 脱碳速度越大． 供氧脱碳是以将钢水中的碳元素氧 化成为 CO 或 CO2 气体实现的，供氧强度越高炉气 中 CO 或 CO2 气体的含量越高． 如图 11、图 12 所 示: 随着供氧流量的提高，炉气中 CO 和 CO2 的含量 逐渐上升． 图 11 供氧流量与炉气 CO 体积分数散点图 Fig． 11 Scatter diagram of CO in off-gas and oxygen flow 与其相对应，如图 13、图 14 所示，炉气中 O2 和 N2 的含量随着供氧流量的增加而降低． 随着供氧流量的提高，空气的卷吸比例有所 降低，则炉气中 N2 含量下降． 随着供氧流量的提 高，入炉气体中氧气的比例相应提高，炉气中 O2 的含量却出现了下降． 主要是因为随着供氧流量 的提高，氧气射流对钢水熔池的搅拌作用加强，氧 气参加化学反应的动力学条件改善，氧气利用率 提高． 如图 15 所示，供氧流量与( CO + CO2 ) /O2 ( 体积比) 散点图显示随着供氧流量的提高，氧气 的利用率的提高． 图 12 供氧流量与炉气 CO2 体积分数散点图 Fig． 12 Scatter diagram of CO2 in off-gas and oxygen flow 图 13 供氧流量与炉气 N2 体积分数散点图 Fig． 13 Scatter diagram of N2 in off-gas and oxygen flow 图 14 供氧流量与炉气 O2 体积分数散点图 Fig． 14 Scatter diagram of O2 in off-gas and oxygen flow 4. 2 钢水碳含量对炉气成分影响分析 炼钢过程强化供氧脱碳生成炉气，除去供氧流 量的影响，钢水中碳质量分数对炉气成分亦有巨大 影响． 脱碳是以将钢水中的碳元素氧化成为 CO 或 CO2 气体实现的，但是钢水中碳质量分数越高并不 意味着炉气中 CO 或 CO2 体积分数越高． 如图 16 所示，炉气中 CO 体积分数呈高斯分布，在钢水碳质 量分数在 1. 3% 左右时，炉气中 CO 体积分数达到 最大． ·80·

增刊1 董凯等：电弧炉炉气成分的影响因素 81· 0.4 3 0.3 2 1 10002000300040005000 金 2 3 供尔流h 医水碳质量分数 图15供氧流量与(C0+C02)/02数散点图 图18钢水碳含量与C0/02散点图 Fig.15 Scatter diagram of (CO+CO2)/02 and oxygen flow Fig.18 Scatter diagram of CO/0,and carbon content in steel 0 阙水碳质业分数% 闲水碳质世分数% 图19钢水碳含量与(C0+C02)/02散点图 图16钢水中碳质量分数与C0体积分数散点图 Fig.19 Scatter diagram of CO+CO2)/02 and carbon content in Fig.16 Scatter diagram of CO content and carbon content in steel steel 与此同时，炉气中C02体积分数在钢水碳质量 分数在1.3%左右达到最大值，如图17所示 5结论 设计工业试验，使用炉气检测装置对电弧炉炉 气成分进行在线检测，获得现场工业数据，对电弧炉 炉气成分的变化进行数据分析研究. (1)电弧炉炉气中N2的体积分数超过60%， 02体积分数超过10%，从而C0含量较低，最高不 超过5%，C02含量基本维持在10%~20%左右. (2)炉气中C0在有大量C02气体存在下开始 出现，并随着C02含量增加而增加，02与N2含量呈 钢水碳质士分数% 线性关系，02与C0含量呈指数关系，02与C02含 图17钢水碳含量与C02体积分数散点图 量呈线性关系. Fig.17 Scatter diagram of CO,content and carbon content in steel (3)随着供氧流量的提高，炉气中C0和C02 含量逐渐上升：炉气中02和N2含量随着供氧流量 钢水碳质量分数对钢水中C0/02(体积比)影 的增加而降低；氧气的利用率随着供氧流量的增加 响明显，如图18所示，炉气中C0/02(体积比)呈高 而提高.工业生产中，通过提高供氧强度提高强氧 斯分布，在钢水碳质量分数在1.3%左右时达到最 气利用率是提高冶炼效率切实有效的手段 大值，此时的脱碳反应剧烈 (4)C0、C02体积分数随钢水碳含量呈高斯分 氧气利用率也在钢水碳质量分数为1.3%左右 布，在钢水碳的质量分数在1.3%左右时，炉气中 时达到最大，如图19所示. C0、C02含量达到最大：C0/0,(体积比)、氧气利用

增刊 1 董 凯等: 电弧炉炉气成分的影响因素 图 15 供氧流量与( CO + CO2 ) /O2 数散点图 Fig． 15 Scatter diagram of ( CO + CO2 ) /O2 and oxygen flow 图 16 钢水中碳质量分数与 CO 体积分数散点图 Fig． 16 Scatter diagram of CO content and carbon content in steel 与此同时，炉气中 CO2 体积分数在钢水碳质量 分数在 1. 3% 左右达到最大值，如图 17 所示． 图 17 钢水碳含量与 CO2 体积分数散点图 Fig． 17 Scatter diagram of CO2 content and carbon content in steel 钢水碳质量分数对钢水中 CO/O2 ( 体积比) 影 响明显，如图 18 所示，炉气中 CO/O2 ( 体积比) 呈高 斯分布，在钢水碳质量分数在 1. 3% 左右时达到最 大值，此时的脱碳反应剧烈． 氧气利用率也在钢水碳质量分数为 1. 3% 左右 时达到最大，如图 19 所示． 图 18 钢水碳含量与 CO/O2 散点图 Fig． 18 Scatter diagram of CO/O2 and carbon content in steel 图 19 钢水碳含量与( CO + CO2 ) /O2 散点图 Fig． 19 Scatter diagram of ( CO + CO2 ) /O2 and carbon content in steel 5 结论 设计工业试验，使用炉气检测装置对电弧炉炉 气成分进行在线检测，获得现场工业数据，对电弧炉 炉气成分的变化进行数据分析研究． ( 1) 电弧炉炉气中 N2 的体积分数超过 60% ， O2 体积分数超过 10% ，从而 CO 含量较低，最高不 超过 5% ，CO2 含量基本维持在 10% ～ 20% 左右． ( 2) 炉气中 CO 在有大量 CO2 气体存在下开始 出现，并随着 CO2 含量增加而增加，O2 与 N2 含量呈 线性关系，O2 与 CO 含量呈指数关系，O2 与 CO2 含 量呈线性关系． ( 3) 随着供氧流量的提高，炉气中 CO 和 CO2 含量逐渐上升; 炉气中 O2 和 N2 含量随着供氧流量 的增加而降低; 氧气的利用率随着供氧流量的增加 而提高． 工业生产中，通过提高供氧强度提高强氧 气利用率是提高冶炼效率切实有效的手段． ( 4) CO、CO2 体积分数随钢水碳含量呈高斯分 布，在钢水碳的质量分数在 1. 3% 左右时，炉气中 CO、CO2 含量达到最大; CO/O2 ( 体积比) 、氧气利用 ·81·