改進爐外能量的使用，即充分利用鋼包爐、廢鋼預熱、鋼包加熱和通過預防性維護、培訓和改善物流等措施縮短耽擱或停電的時間；

　　改進爐內能量的使用，即推動熔池內的放熱化學反應（吹氧和噴碳），利用氧燃燒嘴和爐內二次燃燒對廢鋼加熱、熔化等。

　　以最低成本抬升電爐性能的方法是借助氧燃燒嘴與多點超音速噴槍提高氧氣使用效率，擴大用氧。瓦盧雷克曼內斯曼（V＆M）的圣索沃廠在現有技術構架內應用氧氣的情況將在下面詳細討論。

　　氧燃燒嘴

　　氧燃燒嘴已成為超高功率電爐提高冷點區廢鋼熔化速度和均勻熔化的必備工具。這些燒嘴不僅傳熱效率要高，還要具備堅固耐用、不易堵塞、能抵抗反沖火焰、壽命長、維護少等特征。

　　電爐燒嘴最常見的設計是“管套管”結構，氧氣走中心管，天然氣則在兩層管間的環縫內流動。這種結構雖然簡單，但冷卻欠佳，易被從廢鋼折回來的反沖火焰燒毀。一種革新的設計是在銅質噴頭上集中了數個燃氣孔和輔助氧氣孔。這種設計的另一個特點是水冷燃燒室，它能保護噴射孔不受鋼水和爐渣侵蝕，改善了燃氣在噴嘴出口處的混合效果。這種燒嘴在加熱、熔化廢鋼時通常是滿功率的，在鋼水脫碳時則使用小流量的保持模式。

　　超音速噴嘴

　　在精煉脫碳期內吹氧降低鋼水碳含量，通常要降到0.1％以下才有利于磷等元素進入爐渣。理想的用氧包括氣流深沖進鋼水熔池（提高氧氣收得率）和氧氣在鋼水內的均衡分配（噴吹點渣中FeO含量保持一個較低水平，鋼水收得率高）。在過去的五年里，機械噴槍和手持噴槍被高度優化的超音速拉瓦爾孔型的風口取代。這種從爐門噴槍向爐壁固定噴射器的轉變提高了電爐的氣密性，降低了能耗，同時還減少了維護量、增大了安全性。

　　AirLiquide公司通過模擬和高溫試驗等手段對超音速射流進行了研究。由此，經優化后的Alarc－Jet超音速噴嘴的內部紊流程度遠低于普通超音速噴嘴。計算機模擬表明Alarc射流保持聚焦狀態。這個結果在試驗研究中得到了肯定：出口速度的維持距離可以保持到40倍噴嘴直徑（普通噴嘴僅能達到20倍直徑）。像Consteel這類“鏡面熔池”工藝和大量使用直接還原鐵或熱裝鐵水的煉鋼生產均不需要用燒嘴預熱、熔化廢鋼。在這種電爐內的高溫環境中，經過優化的噴嘴是非常有效的，能使脫碳速度達到0.1％～0.15％C／min。

　　多功能燒嘴

　　當電爐采用廢鋼分批裝料時，在加熱熔化階段就需要燒嘴助熔，而精煉階段又要防止氧氣射流被爐內氣氛干擾，這使得多功能超音速噴射燒嘴的這種靈活性非常有價值。像AirLiquideACI的PyreJet燒嘴，這類多功能工具將優化的內噴嘴與高效PyrOx氧燃外燒嘴組合在了一起。噴碳在同一個裝置上實現，適當的噴吹角度和速度使得能利用文氏管效應向鋼水熔池進行傳輸。這種工具在使用上可分為保持模式（防止堵塞）、燒嘴模式（加熱、熔化廢鋼）、弱噴槍模式（當鋼液面較低時強化造渣）和超音速噴槍模式（造泡沫渣和脫碳）幾檔，工作時燒嘴火焰包裹、保護著中心氧氣射流。

　　多點超音速氧碳聯合噴吹強化了熔池反應、金屬攪拌，提高了電弧穩定性，反過來，這些因素又提高了電爐效率和有功功率。同時，只要能保證在整個“鏡面熔池”期間有泡沫渣，就能提高二次電壓，且不會增大熱損失，也不會影響耐火襯壽命。PyreJet技術一個顯著的優點是具有在整個冶煉過程中都能關閉渣門的能力，這能更好的留住泡沫渣，提高金屬收得率。

　　使用PyrOx型設計和水冷燃燒室能確保中心超音速噴射器的高效率與可靠性。這對保持穩定的冶煉性能、防止鋼渣飛濺是極為重要的。噴碳孔的位置對噴碳可靠性的影響很大。在PyreJet上，噴碳孔位于燃燒室下半部，裝料期間可得到防堵塞火焰的保護。

　　貼近鋼水熔池也是實現最佳性能的一個關鍵。燒嘴能從2m以外將超音速氧氣射進鋼水熔池，但ACI打算將它安裝得更近一些，以提高噴吹效率。為了優化噴吹位置，根據各個爐子的具體特征可采用幾種冷卻壁形式。最主要的準則是耐火磚長度和到熔池面的距離。光面冷卻壁主要給小電爐使用，這種電爐的噴吹點距熔池液面要小得多。大型電爐使用更厚的冷卻壁（Deep、Dragon和Fin），使得射流沖擊點遠離耐火磚襯，減輕對爐襯的沖刷。

　　采用Fin型冷卻壁的冷卻系統在設計時借助了先進的流體流動模擬技術，僅靠冷卻壁的背、底就能實現冷卻，因此，裸露在電爐內的部分無須水冷。這個特征帶來高安全性，不再有遭廢鋼沖撞后破裂、漏水的危險。冷卻壁凸進電爐內部（最大可達0.5m），使得噴射器端部幾乎與耐火磚平齊。這極大地提高了超音速氧氣射流的效率，延長了耐火襯壽命。碳從渣線下噴進電爐，提高了爐渣的攜碳量，降低了碳損與除塵系統的負荷。

　　二次燃燒

　　對于某些電爐的操作，適宜在廢鋼熔化期進行二次燃燒，這主要是那些涉及到大量配碳或裝生鐵的電爐。盡可能早的進行二次燃燒很重要，此時廢鋼仍有能力吸收這部分熱能。Alarc－PC技術就是針對這個目的開發的。

　　要充分利用二次燃燒的能量，則噴射器應靠近CO發生源，應該保持低速以延長CO在廢鋼中的滯留時間，使傳熱達到最大。氧氣流速要低，以促進與爐內煤氣的混合，避免氧化廢鋼和火焰反沖。二次燃燒區經常會過熱，噴射器要做到充分冷卻。由于這個原因，將氧氣流分成兩束也是更可取的，這能更均勻地分配能量，接觸到更多的廢鋼。

　　應在冷區給二次燃燒和安裝爐壁燒嘴留出適當的空間，使化學能分布均勻且得到充分利用。然而，由于空間的限制或者出于維護的考慮，可能更偏愛將所有功能（燒嘴、超音速吹氧與噴碳、二次燃燒）整合到一個裝置上。ACI為此開發了一個組合式Dragon冷卻壁。

　　V＆M的化學能套件

　　瓦盧雷克曼內斯曼（V＆M）是一家跨國鋼鐵企業，在巴西、德國、法國和美國設有工廠。法國圣索沃廠有1臺90t交流電爐，為無縫鋼管行業生產長材。2004年初，該電爐年產能60萬t，其特征參數如下：變壓器功率85MVA，交流；出鋼溫度1691℃；終點碳0.064％；電耗427kWh／t；天然氣2.8Nm3／t；氧氣27Nm3／t；噴吹碳4.7kg／t；配料碳10kg／t；石灰30kg／t；供電時間41min；冶煉周期70min；電極消耗2.1kg／t；金屬收得率93％。該電爐裝有精煉和脫碳用的爐門自耗噴槍、一個氧燃燒嘴系統、一個Alarc－PC系統，另有用于吹氧脫碳的爐底風口。在2004年，將年產量從60萬t提高到65萬t已非常必要。這就要求冶煉周期從70min縮短到64min，供電時間從41min減至37min。為實現這些目標，原有輔助設備需要升級改造以提高電爐的整體性能。廠方決定用PyreJet燒嘴替換爐底風口以提高靈活，便于在碳鋼和高鉻鋼之間靈活切換。

　　設計標準

　　圣索沃廠采用全廢鋼兩次裝料操作。因為此前已經采用了二次燃燒技術，ACI建議保留Alarc－PC系統，以充分利用CO的化學能，還有利于控制布袋除塵的溫度。自耗爐門噴槍精煉期最大能力是3000Nm3／h。因為這支槍要拆掉，故PyreJet系統需要具備最大6000Nm3／h的吹氧能力才保證年產65萬t條件下的熔池脫碳速度。另外，圣索沃還打算更換原有燒嘴系統。

　　設計方案

　　為達到產量和性能目標，ACI建議爐子安裝3個PyreJet燒嘴和3個Alarc－PC二次燃燒噴嘴，配置如圖所示。為節省空間，安裝了兩個Dragon型冷卻壁（Jet1和Jet2），這樣，二次燃燒和超音速噴槍可同處一個位置。Jet3安裝在EBT區，因此，須與燒嘴分開安裝。由于圣索沃方面擔心Dragon冷卻壁接觸到鋼水，其安裝位置高出電爐拼合面約200mm。耐火襯高度增至冷卻壁底部。

　　初試結果

　　新配置的電爐對整個煉鋼工藝的影響很大，因此，有必要放慢調整速度以實現表1的產量目標和既定性能。這樣，在新化學能套件于2004年9月投產后的前4個月內，氧氣輸入量逐步提高。

　　投產后即刻顯現的效果是電耗較參照值下降15kWh／t（412對427kWh／t），氧氣量在27Nm3／t的基礎上提高到31Nm3／t。在整個前4個月內，生產操作不斷改進，結果電耗降到了400kWh／t，氧氣提高到35Nm3／t。碳消耗（配料碳＋噴吹碳）幾乎是立即就在16.5kg／t的基礎上提高到了18.5kg／t，同時，平均供電時間在最初的4個月結束時降到了37min，達到了公司的既定目標。然而，要達到電耗目標還需要后續的調整。供電時間（37min）先于電耗（392kWh／t）達標意義重大。理論上，供電時間37min的電耗應當為392kWh／t。這表明，由于泡沫渣質量改善，提高了電弧穩定性，增大了入爐電功率。

　　今后的改進

　　在生產4個月后，圣索沃人掌握了用PyreJet系統煉鋼時的沖突與改進效果。在2005年一月初，將Dragon冷卻壁降到了拼合面的位置，這一改變目前仍在試驗中。初期的結果是令人鼓舞的。一月份的前兩周，日平均電耗在392～405kWh／t間波動，日平均供電時間穩定在37min；氧氣消耗似乎有些下降，而碳耗略有升高。總之，電爐操作實現了意義重大的技術進步。

　　結論

　　PyreJet與Alarc－PC系統通過在幾個位置分配氧氣而提高用氧效率、降低爐渣中的氧化物以及從來自廢鋼與熔池的CO和H2中掘取化學能等手段，有利于電爐整體效率的提高。這些能量傳遞給廢鋼，提高了熔化均勻性和熔化速度。圣索沃廠通過在電爐操作上整合PyreJet和Alarc－PC系統實現了持續的工藝技術進步。因為生產操作不斷地向適應ACI化學能系統方向發展，繼續獲得進步是必然的。目前，已經獲得的收益有：電耗從427kWh／t降到了400kWh／t，不遠的將來即可實現392kWh／t；因為提高了泡沫渣的質量，提高了對熔池的功率輸入，供電時間從41min降到37min。