本發明屬于鋼鐵冶金中的電爐冶金領域，具體涉及一種復合攪拌熔化鐵料的方法。

背景技術：

1、短流程電弧爐煉鋼具有流程短、資源可循環和能耗低等優點，噸鋼碳排放量遠低于長流程，是優先發展的方向。短流程電弧爐煉鋼以廢鋼為主要原料，是鋼鐵循環制造的重要流程。然而，目前廢鋼供應相對不足，且存在質量成分不可控、雜質元素富集等問題。

2、很多電爐使用廢鋼和部分固態鐵料冶煉；固態鐵料包括生鐵塊、海綿鐵、改性鐵塊、直接還原鐵、小塊廢鋼以及含鐵的球團等等。這些含鐵料可以通過料籃加入或者廢鋼預熱通道的方式加入，也可以運送到高位料倉，最終通過加料溜管進入電爐熔池內。電爐冶煉過程中，固體爐料熔化時間占電爐冶煉周期的60％，是影響電爐冶煉周期和能耗的關鍵。

3、電爐熔池為淺碟狀，具有較大的表面積，導致更多的熱量通過輻射和對流散失，從而降低熔化效率。在淺熔池中，液態金屬的流動不如深熔池穩定，導致吹氣或電磁攪拌效果不佳，容易造成含鐵料熔化不均勻。

4、由于電爐三相電極還會產生冷區和熱區，這些含鐵料不能及時熔化，很容易粘結成團掛在爐壁上，嚴重惡化了冶煉工況，增加了電能消耗和冶煉時間，影響了電爐正常工藝的順行。

5、為解決固態鐵料順利冶煉的問題，需要采用復合攪拌等手段。

6、復合攪拌是指將多種攪拌方式結合使用，以提高熔煉過程中固態鐵料的熔化和反應速率。電爐通常使用底吹、側吹等方式將氣體引入熔池，促進物料熔化、化學反應以及溫度均勻化。有些還在爐底或爐周添加電磁攪拌裝置，利用電磁力對鋼液攪拌。

7、這些做法往往只是注重一種方式運用或兩種方式的疊加，也沒有利用物料本身的沖擊動能，固態鐵料的粘結現象仍然很嚴重，延長了冶煉時間。為此，做到三種以上多重復合攪拌的結合，充分利用比熔池垂直方向攪拌更加重要的水平方向的旋轉攪拌，是非常有必要的。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明提出了一種復合攪拌熔化鐵料的方法，在電爐內進行復合攪拌熔化固態鐵料，將底吹、側吹、電磁攪拌和固態鐵料流形成的4類旋轉環流相互疊加，大大加強了固態鐵料的對流遷移和傳熱熔化作用，極大的減輕甚至消除了固態鐵料的團聚粘結現象，保證了電爐冶煉的工藝順行。

2、所述復合攪拌熔化鐵料的方法，具體步驟如下：

3、步驟一、布置電爐的底吹攪拌裝置，使熔池鋼液和爐渣形成一個順時針或逆時針的旋轉環流。

4、底吹攪拌裝置安裝于電爐底部，由攪拌頭基體和下基板組成，攪拌頭基體和下基板的安裝角度設置為60°～87°，使底吹中心線和熔池垂直線形成對應夾角，攪拌頭基體吹出的氣體流束偏離熔體垂直線3°～30°，使熔體流動發生旋轉。

5、如此在爐底布置2臺以上的底吹攪拌裝置，氣體流束就會使熔池運動，形成一個順時針或逆時針的旋轉環流。

6、所述形成旋轉環流依靠氣體進入鋼液的水平動力分量做功，具體計算公式如下：

7、w＝nrt/(pg+ρlgh)*(0.5*ρg*usinθ*usinθ)

8、式中，w為氣體動力功，n為氣體的摩爾數，r為氣體常數，t是噴吹氣體出口溫度，pg為氣體的出口壓力，h為鋼液高度，ρl和ρg為液體和氣體密度，g為重力加速度，u為出口處氣體速度，θ為底吹中心線和熔池垂直線的夾角。

9、步驟二、布置電爐的爐壁氧槍或燒嘴或噴碳槍側吹裝置，使鋼液和爐渣形成一個順時針或逆時針的旋轉環流。

10、爐壁氧槍或燒嘴裝置由基座和布置在基座的槍體組成，基座是由水冷基體和后基板焊接而成。將在水平方向的水冷基體和后基板的安裝角度設置為45°～85°，豎直方向的水冷基體和后基板的安裝角度設置為30°～60°。

11、當槍體在水平方向上偏離5°～45°，導致從槍體發出的射流束沖擊點偏離熔池中心5°～45°靠近熔池邊緣。

12、在水冷板上布置2臺以上的爐壁氧槍，射流束沖擊熔池使熔池運動形成一個旋轉環流。

13、噴碳槍裝置由噴碳管和基座組成，基座由水冷基體和后基板焊接而成；噴碳槍裝置的角度布置和更改方法與爐壁氧槍或燒嘴裝置相同。

14、同樣在水冷板上布置2臺以上的噴碳槍裝置，攜帶碳粉的射流束使熔池運動形成一個旋轉環流。

15、由于爐壁氧槍或燒嘴裝置，還有噴碳槍裝置僅在水平方向的水冷基體和后基板的安裝角度進行了改變，所以側吹氣體的流量和壓力通過w＝ηnrt/(pg+ρlgh)*(0.5*ρg*usinθ*usinθ)計算得到，η為側吹氣體的效率，θ為槍體發出的射流束沖擊點偏離熔池中心的夾角。

16、步驟三、針對固態鐵料，改變加料溜管的形狀和數量，進而改變固態鐵料加入鋼液內的方向沖擊熔池，使鋼液和爐渣形成一個順時針或逆時針的旋轉環流。

17、采用升降機構將加料溜管改變為可伸縮式，數量增加為二根，在爐蓋上對稱布置；同時，將加料溜管角度控制在30°～60°，加料溜管伸入爐蓋后物料方向沖擊熔池，使鋼液和爐渣形成一個旋轉環流。

18、步驟四、電爐的電極加熱時，直流或者交流電的電磁場產生洛倫茲力，使熔池的鋼液和爐渣形成一個順時針或逆時針的旋轉環流。

19、直流電爐通過改變極性，交流電爐通過改變相位，可以使旋轉環流方向發生順時針或逆時針的調轉。

20、步驟五、將電爐的底吹、側吹、固態鐵料流和電磁攪拌形成的4類環流旋轉方向保持一致，在電極加熱作用下，強化復合攪拌和熔化固態鐵料，解決鐵料粘結問題。

21、本發明的優點在于：

22、一種復合攪拌熔化鐵料的方法，通過合理的設備布局和裝配，使四個循環流的旋轉方向保持一致，從而大大加強了復合攪拌作用。當固態鐵料加入爐內，在復合攪拌強化作用下，對流遷移和傳熱熔化大大加快，減輕甚至消除了固態鐵料的團聚粘結現象，保證了電爐冶煉工藝的順行。

技術特征：

1.一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.如權利要求1所述的一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，在所述電爐的爐底布置2臺以上的底吹攪拌裝置，氣體流束使熔池運動，鋼液和爐渣形成順時針或逆時針的旋轉環流；

3.如權利要求1所述的一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，所述爐壁氧槍或燒嘴裝置的槍體在水平方向上偏離5°～45°，導致從槍體發出的射流束沖擊點偏離熔池中心5°～45°靠近熔池邊緣；

4.如權利要求1所述的一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，所述噴碳槍裝置由噴碳管和基座組成，基座由水冷基體和后基板焊接而成；噴碳槍裝置的角度布置和更改方法與爐壁氧槍或燒嘴裝置相同；

5.如權利要求3或4所述的一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，由于爐壁氧槍或燒嘴裝置或噴碳槍裝置，僅在水平方向的水冷基體和后基板的安裝角度進行了改變，所以側吹氣體的流量和壓力通過以下公式計算得到：

6.如權利要求1所述的一種復合攪拌熔化鐵料的方法，其特征在于，所述步驟iii)中，采用升降機構將加料溜管改變為可伸縮式，數量增加為二根，在爐蓋上對稱布置；同時，將加料溜管角度控制在30°～60°，加料溜管伸入爐蓋后物料方向沖擊熔池，使鋼液和爐渣形成一個旋轉環流。

技術總結
本發明公開了一種復合攪拌熔化鐵料的方法，屬于鋼鐵冶金中的電爐冶金領域；具體為：首先，布置電爐的底吹攪拌裝置，改變攪拌頭基體和下基板的安裝角度。同時，布置電爐的爐壁氧槍或燒嘴或噴碳槍側吹裝置，改變水平方向的水冷基體和后基板的安裝角度，使鋼液和爐渣形成旋轉環流。針對固態鐵料，改變加料溜管的形狀和數量，進而改變固態鐵料加入鋼液內的方向沖擊熔池，使鋼液和爐渣形成旋轉環流。電爐的電極加熱時，直流或者交流電的電磁場產生洛倫茲力，使熔池的鋼液和爐渣形成旋轉環流。最后，將底吹、側吹、固態鐵料流和電磁攪拌形成的4類環流旋轉方向保持一致，在電極加熱作用下，強化復合攪拌和熔化固態鐵料，解決鐵料粘結問題。

技術研發人員：倪冰,金佳慧,上官方欽,酈秀萍,林曉萍,楊勇,胡硯斌,姚同路
受保護的技術使用者：中國鋼研科技集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28