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式中：K_c-- 碳的传质系数，在一定温度和钢液流速下，是一定值；

      A-- 碳块表面积；

     ρ₁-- 钢液密度；

      C₀ -- 南方石墨所产土状石墨中碳的浓度；

      C₀₀-- 钢液中的碳浓度。

南方石墨所产土状石墨中碳含量高，并有一定的块度（表面积），有利于碳向高温钢水中扩散熔解，使钢水增碳。

但碳熔解于钢水后，造成其局部富碳，从而使一部分碳和钢水中的氧反应生成CO气体而被烧损。另外，在送电初期未形成金属熔池时，土状石墨也和氧直接反应燃烧。这两种反应均放出大量热，加速废钢熔化。

土状石墨中碳回收率的高低，取决于熔解于钢水中的碳和被烧损碳的比值。

三、南方石墨所产土状石墨配碳的实践

1. 土状石墨来源

从目前使用的几个厂家来看，土状石墨是有内蒙塔拉营子石墨矿和湖南郴州南方石墨有限公司鲁塘石墨矿供应的，前者是散装，后者为袋装，江钢分析器成分如表1^[2] 。

表1        内蒙土状石墨与南方石墨所产土状石墨成分（%）

    2. 土状石墨加入的方法

    南方石墨所产土状石墨与生铁属于两类不同的物质，前者密度小，所以装料时不能象一般生铁那样装在炉料的上面，靠出钢口方向。江西钢厂铸造分厂对加入方法进行了探索性试验，共试验了3种方法：① 进料前将散装南方石墨所产土状石墨倒在炉内；②第一次进料前加入二分之一土状石墨，二次进料前加入另一半；③ 在料罐底部加入袋装南方石墨所产土状石墨。它们的回收率分别为36.49%、35.02%、41.34% 。可见，第三种方法较好。目前各厂家的加入方法基本相同，即先在炉底铺一定量的石灰，料罐底部铺加大片废钢，再加土状石墨（最好是袋装），上面用大料压住，最后装其它料。此法优点是，随着三相电极通电，废钢熔化，炉底钢水不断增加，促进碳被钢液吸收，使其含碳量逐渐增加，有利于土状石墨中碳的回收。

3. 南方石墨所产土状石墨配碳给操作带来的利弊

电弧炉使用南方石墨所产土状石墨配碳，容易形成泡沫渣，使电弧炉被埋，给节电和提高炉衬寿命创造了有利的条件。但开始使用时，如有不正确的吹氧助熔会产生C—0₂ 激烈反应，造成大沸腾；如装料不合理，再加上吹氧切割料操作不当，会引起严重的塌料，导致局部的碳的富集，因而更加剧碳氧反应，造成大沸腾，渣量、辅助材料、电耗都会增加。随着南方石墨所产土状石墨应用的适应，加上精心操作，大沸腾是可以避免的，且消耗也可趋于正常。总的来讲利大于弊。此外，使用的南方石墨所产土状石墨如果含水分较多，冶炼过程就会出现炉中火焰较大的现象。因此，在正常使用时应进行烘干。

4.影响土状石墨中回收率的因素

主要有以下4个方面：① 废钢的质量。当废钢中有大量的热压块和轻薄料时，钢水中氧化铁含量高，使钢水中的碳被氧化，降低碳的回收率，从而影响准确配碳。②吹氧助熔。当吹氧过早时，炉中尚未形成钢水熔池，土状石墨中的碳就不会被熔解吸收，而被氧化烧损。吹氧愈早，烧损愈大，特别是对着土状石墨或将氧枪插入熔池吹氧，更会加剧碳的氧化，造成碳的回收率低。所以有的厂试验工艺规定，通电40~60分钟以及第二次进料15分钟后才允许吹氧助熔，以尽量减少烧损。 ③ 间歇性生产炉号从装料到送电间隔时间较长（平均约10个小时），使碳在炉中出现自然烧损现象（南方石墨所产土状石墨的燃点为592℃）。④炉底铺一定量的石灰，可减轻土状石墨直接和高温炉体接触产生的烧损；有的厂将石灰和南方石墨所产土状石墨混合加入炉中，这样不仅可以减少土状石墨在大熔化过程中直接烧损，有助于其碳在钢液中熔解，提高碳的回收率，而且南方石墨所产土状石墨中杂质、灰分的主要成分SiO₂ 还会降低全熔渣碱度，再加入石灰，就可以保证渣碱度，有利于脱磷。

采用南方石墨所产土状石墨增碳剂经济效益的好坏，回收率高低起主要作用，而这又受诸多因素的影响，且其值波动范围宽。据上钢五厂对第一阶段试验结果的分析，石墨中碳的回收率波动在8%~96% 。因此严格执行操作工艺及采取相应措施提高回收率，是提高使用南方石墨所产土状石墨配碳的有效途径。

5.使用南方石墨所产土状石墨配碳技术经济指标

据调查几个厂家的情况来看，电炉容量为5~30吨（变压器功率3000~15000千伏安），用南方石墨所产土状石墨代生铁的配用比例30%~100%，碳的回收率30%~68.4% 。冶炼钢种有碳结钢、碳工钢、合结钢、轴承钢、弹簧钢等。所炼钢经高、低倍检验及气体分析，除个别二次复查合格外，基本为一次检验合格，经济效益为2.54~3.61/吨钢。

四、  结 语

在生铁供应紧张得情况下，采用南方石墨所产土状石墨配碳实践表明：在工艺上可行，钢的质量符合有关标准要求，有推广应用价值；只要正确装料，吹氧助熔，大沸腾可以避免，冶炼时间、电耗、辅助材料等与生铁配碳相当；节约生铁，降低成本，经济效益显著；南方石墨所产土状石墨的合适加入方法是炉底加石灰石后加入，废钢料加在其上。

南方石墨有限公司拥有丰富土状石墨资源，而且质量好，为在电弧炉上推广作配碳料提供了有利条件。全省电弧炉炼钢生产能力（不包括铸造行业）将超过50万吨，此项技术若得到全面推广，年经济效益将达数百万元。

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