电弧炉泡沫渣理弧冶炼工艺是国内外电弧炉炼钢普遍采用的技术之一，其主要特点是在废钢熔化早期富氧助熔，强化供氧，炉料基本熔清后向高氧化铁渣中喷吹碳粉或其它粉剂，同时调整炉渣成分，使炉渣发泡，包裹住电弧，实现全理弧加热。采用这种工艺，加热效率大大提高，钢液升温速度加快，从而达到缩短冶炼时间，降低吨钢电耗的目的，并为HP或UHP电弧炉实行高压、长弧操作打下基础。

1炉渣发泡的基本原理

　 一般认为，影响炉渣发泡效果的主要因素包括发泡气源和炉渣特性两方面。关于发泡气源，对于电弧炉熔氧期造泡沫渣工艺而言，通常是采用向炉渣中喷吹碳粉或其它含碳粉剂，在炉渣中发生如下反应:　　　

　 (FeO)+C→[Fe]+CO ↑　 (1)

　 在喷碳粉的同时，向钢液强化吹氧，保证反应（1）所需渣中的高FeO含量。这样反应（1）得以持续地进行，产生大量的CO气泡，并在渣中呈弥散状分布，成为炉渣发泡的理想气源。

　 但是，影响炉渣发泡效果的另一个重要因素一炉渣特性却受到冶炼工艺、炉渣成分、温度等多种因素的作用。试验结果表明，在电弧炉实行泡沫渣理弧冶炼工艺时，一定要事先调整好炉渣成分，获得较佳的炉渣特性，才能得到持续、稳定的泡沫渣。

2影响炉渣发泡的主要因素

　 根据前人的研究结果，认为除发泡气源外，影响炉渣发泡的主要因素是炉渣本身的特性和温度。炉渣的物性包括表面张力、粘度和渣中悬浮的固体微粒等。

2.1表面张力

　 表面张力对炉渣发泡性能的影响主要反映在炉渣发泡过程中系统自由能变化。当炉渣发泡时，渣一气界面积显著增大，炉渣需要克服表面张力而做功△A。若增加的界面积为△S表面张力为σ，则有:

　 △A=σ×△S　　 (2)　　　

　 当σ较小时，炉渣同样的发泡程度所需做的功较小，而己发泡炉渣的自由能变化也较小，泡沫渣的稳定性较高。因此，表面张力对炉渣的发泡性能影响较大，随着炉渣的表面张力减少，其发泡性能也就更好。

2.2粘度

　 炉渣的粘度直接影响着气泡通过渣层的速度，当炉渣发泡时，气泡在较粘的渣中停留的时间较长，也就延长了泡沫渣的持续时间。此外，炉渣粘度还影响着消泡的过程。泡沫渣消泡过程可理解为相邻气泡间的渣液排出，而使气体互相合并，显然，炉渣粘度愈高，气泡合并时相邻气泡间的渣液排出速度愈慢，消泡过程就愈长。因此，炉渣粘度是影响泡沫渣寿命的主要因素，粘度愈高，泡沫渣持续时间就越长。影响炉渣粘度的因素很多，也较复杂。一般而言，相同炼钢温度下的酸性渣比碱性渣的粘度大，这主要是因为渣中SiO₂以SiO^4-₄或更大的离子团存在的缘故，炉渣组成一定时，提高温度会使粘度降低，炉渣中某些组分如C aF₂等对粘度影响很大，另外，悬浮于渣中的固体微粒其尺寸和数量也是影响炉渣粘度的重要因素。

　 应该注意的是，炉渣中的某些组份可能同时对粘度和表面张力有较大的影响，这时该组份对炉渣发泡性能的综合影响取决于炉渣表面张力σ_s与粘度η_s的比值，即σ_s/η_s,一般认为σ_s/η_s,值减小，有利于炉渣发泡性能的改善，反之亦然。

2.3渣中悬浮的固体微粒

　 许多研究报告都提到了炉渣中悬浮的固体微粒会提高泡沫渣的稳定性，一般认为，这是因为渣中的固体微粒提高了炉渣的粘度。此外，粘附在气一液界面的固体微粒还会提高液膜的强度和弹性，这将使液膜难以破裂，从而延长了液膜的寿命，增加了泡沫渣的持续时间。

　 在炼钢条件下，炉渣中的固体微粒大多来自未熔的造渣材料和炉衬耐材，特别是补炉料，如石灰、镁砂等，在碳氧共喷造泡沫渣时，炉渣中还存在大量未完全反应的焦碳颗粒。此外，由炉渣中析出的高熔点中间相，如CaSiO₄等都可以成为炉渣中的悬浮固体颗粒。

2.4温度

　 温度对炉渣发泡性能的影响比较复杂。一般来说，温度的提高降低了炉渣的粘度，这不利于维持泡沫渣的稳定性，缩短了泡沫渣的持续时间，但是另一方面，随着温度的提高，炉渣的表面张力有所下降，这又有利于炉渣的发泡。特别是对于碳氧共喷造泡沫渣工艺提高温度，可使(FeO)十C→[Fe] +CO↑反应速度加快，生成CO气体的速度增加，同时，气体所具有的能量增加，这都有利于炉渣发泡。

2.5 C aF₂, N a₂O对发泡性的影响

　 对于多元渣系，渣中C aF₂对粘度影响很大，渣中CaO/SiO₂+CaF₂比值低时，炉渣粘度很低，在1450℃下，CaO/SiO₂+CaF₂ 比值为1.02时粘度为0.12 P,而该比值为1.54时(1580 ℃)粘度为0.2 P,可见粘度随CaF₂增加而剧减，同时由于CaF ₂加入使渣的表面张力幅度降低，有利于炉渣发泡，如图1所不。

图1 加入CaF₂后气体流量随发泡高度的变化关系

　 Na₂O的作用与CaF₂接近，同样降低了渣系表面张力，Na₂O, CaF₂为表面活性物质，增加了炉渣发泡性，如图2.从结构上理解N a₂O, CaF₂这一作用，可以认为N a₂O , CaF₂作为强离子性化合物，在熔渣中以Ca²⁺、F^-、Na⁺、O^2-离子形式存在，F^-, Na⁺等强的结合价又可使气泡膜的阴性大分子团—阳离了双电层结构相当稳定，降低渣表面张力、增加气泡表面弹性。

图2一定渣系加入CaF₂后气流量随发泡高度的变化关系

2.6 Cr₂O₃对发泡性的影响

　 Cr₂O₃对发泡性的影响如图3中较全面地表示出来，可以说Cr₂O₃在CaO-SiO₂渣系中溶解度较小，Cr₂O₃＞0.7 mo%后出现分层，在Cr₂O₃=0.3mo%时泡沫寿命出现峰值，在其两侧不同，因而Cr₂O₃≤0.3mo%和Cr₂O₃≥0.3 mo%必然存在两种结构机制，具体结构由于资料欠缺，尚不十分清楚。

图3 Cr₂O₃对泡沫寿命的影响

3结语

　 除发泡气源外，影响炉渣发泡的主要因素是炉渣本身的物性和温度，炉渣的物性包括表面张力、粘度和渣中悬浮的固体微粒等。

　 炉渣的表面张力增大不利于炉渣发泡，而粘度的增加有助于延长泡沫渣的持续时间，当渣中某些组份可能同时对表面张力和粘度有较大影响时，则对炉渣发泡性能的综合影响取决于σs/ηs比值的变化。