不銹鋼的爐外精煉

1、不銹鋼的爐外精煉不銹鋼的爐外精煉 高鉻低碳不銹鋼的冶煉方法已由過去單一的電弧爐返回吹氧法冶煉，發(fā)展到電爐與爐外精煉相結(jié)合的方式。各國根據(jù)本國的具體情況及對產(chǎn)品的要求，發(fā)展了多種形式的爐外精煉設(shè)備。其中以真空吹氧脫碳法（VOD法）和氬氧精煉法（AOD法）最為普遍。本章重點介紹這兩種方法。 5.1高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)及高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)及 動力學(xué)動力學(xué) 5.1.1高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)（a）PCO1大氣壓1.03105Pa； （b）溫度為1650 11105Pa, 21104Pa, 31103Pa圖8-1 各種溫度、壓力下的C-Cr平衡圖由（8-2）式可以看出脫碳保鉻的途徑有兩

2、個： 提高溫度。因為平衡常數(shù)K是溫度的函數(shù)，K=f(t)，提高熔池溫度使K值增大即可使平衡的碳含量降低。這就是返回吹氧法冶煉不銹鋼的理論依據(jù)。但是提高溫度將受到爐襯材料耐火度的限制。并且要使Cr不氧化，脫碳有一定的限度。如1700下，Cr不氧化，碳只能脫到0.3，2000下才能脫到0.03，與鉻平衡的碳越低，需要的溫度越高。但是，在爐內(nèi)過高的溫度也是不允許的，耐火材料難以承受。因此，采用電爐工藝冶煉超低碳不銹鋼是十分困難的，而且精煉期要加入大量的微碳鉻鐵或金屬鉻，生產(chǎn)成本高。降低PCo。在一定鉻含量下降低PCo，既可使平衡的碳含量降低。由圖8-1 (b)可見，當(dāng)Cr=18%，在1650，PCO

3、=0.1atm時，平衡的碳含量為0.03%。與PCO=1atm，1700相比，C降低了10倍。顯然降低PCO所達(dá)到的脫碳保鉻效果要比提高溫度要好，這是不銹鋼爐外精煉的理論依據(jù)。 降低PCO的方法有： 真空法：如利用真空使PCO大大降低進(jìn)行脫碳保鉻，真空吹氧脫碳法(VOD法)。 稀釋法：吹入氬氣，氮氣或水蒸汽等稀釋氣體來降低PCO進(jìn)行脫碳保鉻。如AOD法，CLU法等。5.1.2富鉻渣的還原富鉻渣的還原不銹鋼液的吹氧脫碳保鉻是一個相對的概念，爐外精煉應(yīng)用真空和稀釋法對高鉻鋼液中的碳進(jìn)行選擇性氧化。所謂選擇性氧化，決不意味著吹入鋼液中的氧僅僅和碳相作用，而鉻不氧化；確切地說是氧化程度的選擇，即指碳能

4、優(yōu)先地較大程度地氧化，而鉻的氧化程度較小。不銹鋼的特征是高鉻低碳。碳的氧化多屬于間接氧化，即吹入的氧首先氧化鋼液內(nèi)的鉻，生成Cr3O4。然后碳再被Cr3O4氧化，使鉻還原。因而脫碳保鉻也可以看成是一個動態(tài)平衡過程。因此在不銹鋼吹氧脫碳結(jié)束時，鋼液中的鉻或多或少地要氧化一部分進(jìn)入渣中。為了提高Cr的回收率，除在吹氧精煉時力求減少鉻的氧化外，還要在脫碳任務(wù)完成后爭取多還原一些已被氧化進(jìn)入爐渣中的鉻。VOD和AOD法等精煉不銹鋼，吹氧脫碳精煉后的富鉻渣含Cr3O4達(dá)1025%。富鉻渣的還原多采用硅鐵(25%硅)作為還原劑. 5.1.3高鉻鋼液脫碳的動力學(xué)高鉻鋼液脫碳的動力學(xué) 在一定溫度下對高鉻鋼液脫

5、碳時，Pco越低，鋼中C應(yīng)當(dāng)越低；但在實際條件下，Pco低于一定值后，鋼中含碳量不再隨Pco降低而降低。如真空度達(dá)到101102atm能使反應(yīng)到達(dá)平衡，再降低Pco到103104，脫碳反應(yīng)不怎么進(jìn)行，這是為什么呢？這與CO氣泡的生成有關(guān)。 高鉻鋼液脫碳時，CO氣泡的生成部位有熔池內(nèi)部，熔池表面和懸空液滴三個部位. 真空脫碳時，為了得到盡可能低的含碳量應(yīng)當(dāng)采取以下的措施： 盡可能增大鋼水與氣相的接觸面積。 盡可能使鋼水處于細(xì)小的液滴狀態(tài)。 使鋼水處于無渣或少渣的狀態(tài)。 盡可能提高真空處理設(shè)備和真空度。 在耐火材料允許的情況下適當(dāng)提高鋼液的溫度。 對鋼液溫度應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)?shù)目刂啤?脫碳速度： 高碳區(qū)（

6、C0.050.08%）。在一定溫度下，脫氧速度與碳含量有關(guān)。脫碳速度隨溫度的升高而增大，隨供氧量的加大而加速。為此應(yīng)采取如下措施： 增大供氧強(qiáng)度 提高鋼水溫度 提高真空度 改變氧槍高度、改進(jìn)氧槍結(jié)構(gòu)和改進(jìn)吹氧方式等以便增大氧氣與鋼水接觸的面積 低碳區(qū)（C13%的鋼，大多含碳量很低，而且越低耐的鋼，大多含碳量很低，而且越低耐腐蝕性越好。腐蝕性越好。 1970年以前，不銹鋼主要由年以前，不銹鋼主要由EAF采用返回吹氧法生產(chǎn)，采用返回吹氧法生產(chǎn)，依據(jù)高溫下依據(jù)高溫下C優(yōu)先于優(yōu)先于Cr氧化的原理，采用高溫吹氧氧化的原理，采用高溫吹氧（1800），實現(xiàn)脫），實現(xiàn)脫C保保Cr。但高溫導(dǎo)致爐襯壽命降低，。但

7、高溫導(dǎo)致爐襯壽命降低，成本高，并且在大氣壓下吹氧精煉，即使溫度很高，成本高，并且在大氣壓下吹氧精煉，即使溫度很高，C在在0.1左右，鉻也有相當(dāng)多的氧化左右，鉻也有相當(dāng)多的氧化,Cr最高最高90。 在大氣壓下對高在大氣壓下對高Cr鋼液進(jìn)行吹氧脫碳，只有鋼液進(jìn)行吹氧脫碳，只有C高高于于1.5，鉻才不會嚴(yán)重氧化。再繼續(xù)吹氧脫碳并，鉻才不會嚴(yán)重氧化。再繼續(xù)吹氧脫碳并使使Cr不被大量氧化，提高溫度不是一個經(jīng)濟(jì)合理不被大量氧化，提高溫度不是一個經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方法，的技術(shù)方法，VOD則是在吹煉溫度不太高的冶煉則是在吹煉溫度不太高的冶煉條件下通過降低系統(tǒng)的壓力，從而使條件下通過降低系統(tǒng)的壓力，從而使PCO降低

8、，降低，并通過向處在真空室內(nèi)的不銹鋼水進(jìn)行頂吹氧和并通過向處在真空室內(nèi)的不銹鋼水進(jìn)行頂吹氧和底吹氬氣攪拌精煉，將鋼液中的碳和氮很容易地底吹氬氣攪拌精煉，將鋼液中的碳和氮很容易地去除到很低的水平，而去除到很低的水平，而Cr基本不氧化，達(dá)到脫碳基本不氧化，達(dá)到脫碳保鉻的目的。它是超純、超低碳不銹鋼和合金的保鉻的目的。它是超純、超低碳不銹鋼和合金的主要精煉方法。主要精煉方法。 20世紀(jì)中期，大功率蒸汽噴射泵的研制成功為真空下吹氧脫碳的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。1967年德國Witten特殊鋼廠制造出世界上第一臺容量為50t的VOD爐，1976年日本川崎公司在VOD鋼包底部安裝2個透氣塞，增大吹氬攪拌強(qiáng)度，稱之

9、為SS-VOD，專門用于生產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼(C0.00030.0010，N 0.00100.0040)，美國芬克爾公司開發(fā)了KVODVAD雙聯(lián)精煉爐。 在VOD法投入工業(yè)生產(chǎn)的同時，瑞典通過對ASEA-SKF爐上加設(shè)吹氧槍，實現(xiàn)與VOD法是完全相同的冶金過程。 VOD法隨初煉爐的不同而有各種名稱，當(dāng)與電爐配合時，稱為ELO-VAC法。與轉(zhuǎn)爐配合時則稱為LD-VAC法。 近年來，不銹鋼近年來，不銹鋼VOD法的生產(chǎn)工藝路線已由過去的電爐法的生產(chǎn)工藝路線已由過去的電爐(或轉(zhuǎn)爐或轉(zhuǎn)爐)VOD演變?yōu)殡姞t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐演變?yōu)殡姞t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐VOD法。與法。與頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐AOD法相比，法相比，

10、優(yōu)點是在真空條件下冶煉，鋼的純凈度高，碳、氮含量低，優(yōu)點是在真空條件下冶煉，鋼的純凈度高，碳、氮含量低，一般一般C+N0.050.08)，脫碳速度與鋼中含碳量無關(guān)，由供氧量大小決定。脫碳速度隨溫度升高、吹氧量增大、真空度提高、吹氧槍位降低而增加，因此，在溫度和壓力一定時，可以通過增大供氧量、降低槍位，提高脫碳速度。但過快的脫碳速度容易導(dǎo)致噴濺和溢鋼事故，所以VOD在高碳區(qū)脫碳速度一般控制在0.020.03min。 低碳區(qū)(C0.03一般技術(shù)條件不銹鋼時，不用進(jìn)行真空碳脫氧操作，停氧后直接進(jìn)行測溫加渣料、合金料、脫氧劑及后續(xù)操作，用高碳料或增碳劑調(diào)碳到成品規(guī)格。冶煉C0.03和質(zhì)量有特殊要求的不

11、銹鋼時，需要進(jìn)行真空碳脫氧操作。在C比規(guī)格稍高時結(jié)束吹氧精煉，過剩的C在真空下與鋼液內(nèi)的氧繼續(xù)反應(yīng)脫氧和去除夾雜物。在真空下繼續(xù)吹氬攪拌還可以促使夾雜物上浮排除。即停氧后立即打開高真空噴嘴，抽真空到極限真空度，同時增大氬氣流量(標(biāo)態(tài))到23L(mint)，此時氧濃差電勢再次升起，稱為二次峰，時間大約515min，二次峰再次下降到零，真空碳脫氧結(jié)束。 真空下或解除真空后，測溫加渣料、合金料、脫氧劑。 抽真空35min渣料熔化，加入脫氧劑和合金料。含鈦鋼解除真空前35min，溫度為16301610時加入鈦鐵。終脫氧鋁解除真空前3min加入。最后，解除真空，測溫，停氬氣，出罐澆鑄。 如果溫度高，可通

12、過吹氬降溫，溫度過高，可抽真空降溫，此時含鈦鋼需補(bǔ)加鈦鐵24kgt。不同鋼種的出罐溫度如表8-9所示。表8-9 不同鋼種的出罐溫度()鋼種1Cr18Ni9Ti0Cr19Ni91Cr1300Cr14Ni14Si400Cr18Ni12Mo2Cu2溫度1560158015551575158016001550157015601580 5.2.4.3轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐VOD冶煉不銹鋼工藝冶煉不銹鋼工藝 以轉(zhuǎn)爐為初煉爐給VOD提供粗煉鋼水是不銹鋼生產(chǎn)的又一途徑。轉(zhuǎn)爐，特別是頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，去碳速度快，可以換渣脫硫，因此可以提供溫度高、含碳量低的初煉鋼液，從而減輕VOD去碳負(fù)擔(dān)，縮短精煉時間，實現(xiàn)以最低的成本生產(chǎn)不銹鋼

13、。 巴西Acesita鋼廠用75tMRP-L轉(zhuǎn)爐為72tVOD提供鋼水，生產(chǎn)AISl304鋼，VOD吹煉參數(shù)如表8-13，8-14所示。 5.2.4.4精煉效果精煉效果 經(jīng)VOD處理后，鋼水中的C可降低到0.03以下，最低可降到0.005，O降到（4080）ppm，成品材中O大約為（3050）ppm，H可降到2ppm以下，N可降到300ppm以下，可生產(chǎn)超低C、N不銹鋼。與電弧爐法相比，成品鋼中的Sn、Pb等微量有害元素的含量大大減少。從而使鋼的耐腐蝕性、加工性都有相當(dāng)程度的提高。由于發(fā)揮了真空脫氧作用，減少了脫氧的用Al量，因而可獲得拋光性能特別良好的不銹鋼。 5.2.5 VOD法的發(fā)展法的

14、發(fā)展 5.2.5.1 LD-VAC法法 電弧爐作為熔化設(shè)備效率是很高的，特別是采用超高功率變壓器供電后，爐料熔化時間可縮短到1小時左右，但是吹氧氧化及還原的效率卻遠(yuǎn)不如氧氣轉(zhuǎn)爐及真空處理。為了使各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)均達(dá)到高效率化，新日制鐵廠采用4臺40噸電弧爐專門進(jìn)行熔化，熔化后的含碳2.53.5的高Cr鐵水直接兌入頂吹轉(zhuǎn)爐中。以高供氧強(qiáng)度快速脫碳到C為0.30.5，此時鉻氧化不多，然后再在VOD裝置中進(jìn)一步脫碳到規(guī)格范圍，并還原渣中的鉻。這種工藝流程為LD-VAC法。 5.2.5.2 RH-OB法：法： LD轉(zhuǎn)爐+RH-OB冶煉不銹鋼。 5.3氬氧精煉法（氬氧精煉法（AOD法）法） 5.3.1 AO

15、D法的產(chǎn)生及發(fā)展概況法的產(chǎn)生及發(fā)展概況 AOD是Argon-Oxygen Decarburizing(氬氧脫碳法)的縮寫。所謂氬氧脫碳精煉法是從一個爐型類似于側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的爐底側(cè)面向熔池內(nèi)吹入不同比例的氬、氧混合氣體，來降低氣泡內(nèi)Pco，使C氧化，而Cr不易氧化。脫碳保鉻不是在真空下，而是脫碳保鉻不是在真空下，而是在常壓下進(jìn)行。在常壓下進(jìn)行。 這是美國聯(lián)合碳化物公司于1968年試驗成功的一種生產(chǎn)不銹鋼的爐外精煉方法。 該公司是一個生產(chǎn)大量鉻鐵的公司，一個叫Krivsky的人在該公司從事研究工作時于1954年提出了用混合氣體降低Pco來脫碳的設(shè)想，其研究成果分別于1956年和1960年獲得了專利。他

16、認(rèn)為一般的吹氧脫碳其可能的升溫范圍受到各種限制，而其它的高效率脫碳手段是真空熔煉（當(dāng)時還無真空下吹氧脫碳），但其成本又非常高。因此他提出了一種比較簡單而又經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)低碳鉻鋼的方法。即依靠氬、氧混合氣體來降低Pco的脫碳方法。 但是當(dāng)時他的這個觀點并未被一些知名的不銹鋼生產(chǎn)廠所接受，只有一個很小的喬斯林（Joslyn）鋼廠對此感興趣。1967年在實驗工廠完成預(yù)備性試驗，1968年4月建成了第一座17tAOD爐開始工業(yè)性生產(chǎn)。這種工藝是把電爐初煉好的鋼水倒入AOD爐，用一定比例的氧和氬的混合氣體從爐下部側(cè)壁吹入爐內(nèi)，在O2-Ar氣泡表面進(jìn)行脫碳反應(yīng)。由于氬對所生成的CO的稀釋作用降低了氣泡內(nèi)的CO

17、分壓，因此促進(jìn)了脫碳，防止了鉻的氧化。 由于AOD法冶煉不銹鋼有多方面顯著優(yōu)點，1969年以后AOD爐很快遍及世界各地，1972年以后迅速發(fā)展， 1983年工業(yè)發(fā)達(dá)國家不銹鋼總產(chǎn)655萬t，其中AOD法的產(chǎn)量占71.8，VOD法為19.2；到1991年不銹鋼產(chǎn)量1054萬t，AOD法的產(chǎn)量占75.6， VOD法為17.2。目前，EAF+AOD法的產(chǎn)量占61；電弧爐+頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐AOD法的產(chǎn)量比為23。AOD法應(yīng)用廣泛，其中美、日使用最多。西歐，美國，日本等主要的不銹鋼生產(chǎn)國，生產(chǎn)著世界不銹鋼總產(chǎn)量的93，在這些國家AOD生產(chǎn)不銹鋼的比例為：美國95，芬蘭100，英國88，意大利95，原西德75

18、，日本65，AOD爐最小的為4t，多數(shù)為50100t，最大的是在美國的Armco公司為175t。日本最大的為75t，英國最大的為135t。 我國從1973年開始AOD爐吹煉不銹鋼試驗，在太鋼三煉鋼建成一座18噸的AOD爐。目前國內(nèi)AOD爐約20余座。 AOD與VOD幾乎同時出現(xiàn)，1972年以前發(fā)展速度相當(dāng)，1973年以后AOD發(fā)展迅速，無論裝備數(shù)量和產(chǎn)量都大大超過了VOD爐。原因是：AOD無論在原料選擇，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率方面都比VOD優(yōu)越。且能快速處理高碳鋼水。Cr的收得率高，吹煉過程比較容易實現(xiàn)計算機(jī)自動控制。AOD法雖然具有很多優(yōu)點，但是法雖然具有很多優(yōu)點，但是AOD法冶煉法冶煉C)+N

19、0.025的超純鐵素體不銹鋼是極為困難的。另外，在爐的超純鐵素體不銹鋼是極為困難的。另外，在爐襯壽命方面達(dá)到高的水平，也需要在耐火材料、冶煉工藝襯壽命方面達(dá)到高的水平，也需要在耐火材料、冶煉工藝和管理等方面進(jìn)行精細(xì)的工作。和管理等方面進(jìn)行精細(xì)的工作。 AOD法的理論依據(jù)與VOD基本相同，所不同的是降低Pco方法不是真空法而是采用稀釋氣體的方法。利用氬氣稀釋爐內(nèi)的CO氣體來降低Pco，從而可以在較低的溫度下不使鉻氧化而將碳脫到很低的水平。 5.3.2 AOD爐的設(shè)備及其特點爐的設(shè)備及其特點 AOD爐的設(shè)備主要由爐體，傾動機(jī)構(gòu)，氬氧槍，測溫裝置，氣體混合調(diào)節(jié)裝置，除塵設(shè)備和加料設(shè)備等組成。 5.3

20、.3 AOD法的基本操作工藝法的基本操作工藝 5.3.3.1電爐一電爐一AOD爐的基本工藝爐的基本工藝 AOD法一般采用電弧爐（或其它爐）與AOD爐雙聯(lián)工藝。電爐爐料以不銹廢鋼、碳素廢鋼、車屑和高碳鉻鐵合金為主。爐料成分除了碳、硅、硫外，應(yīng)接近鋼種成分。配碳量一般為1.52.0，也可以更高些。硅含量應(yīng)小于0.30.5，以利于提高爐襯壽命。電爐配硫量在AOD單渣法操作的條件下，以AOD爐脫硫率達(dá)到90上考慮。先將原料在電弧爐內(nèi)熔化，電爐鋼水還原和成分調(diào)整后，鋼水溫度達(dá)到1550左右出鋼。此時電弧爐就可以進(jìn)行下一爐的熔化操作。對電爐爐渣的處理，有少數(shù)鋼廠是隨鋼水倒入鋼包，轉(zhuǎn)移到AOD爐進(jìn)行冶煉，以

21、提高鉻的回收率(可達(dá)到99.5)，并減少電爐冶煉時間。但是這種方法需要AOD爐增加還原時間和排除爐渣，因此將增加冶煉時間710min。電爐鋼水用鋼包兌入AOD爐進(jìn)行脫碳精煉。 根據(jù)鋼水中C、Si、Mn等元素的含量及鋼水量，計算氧化這些元素所需的氧量和各階段吹氧時間，根據(jù)不同階段鋼水中的C、Cr含量和溫度，用不同此例的氬氧混合氣體吹入AOD爐內(nèi)進(jìn)行脫碳精煉，一般吹入氧、氬混合氣體的比例分34個階段進(jìn)行混合和吹煉。隨著C降低不斷改變氧氬比。 吹煉初期為了迅速升溫，增加脫碳速度，采用較高的氧、氬混合比例。 第一階段：按O2：Ar3：1的比例供氣。將碳脫至0.25左右，此時鋼水溫度大約為1680； 第

22、二階段：按O2：Ar2：1或1：1的比例供氣，將碳脫至0.1左右，此時溫度約為1740； 第三階段：按O2：Ar1：2或1：3的比例供氣，將碳脫至0.03左右到所需要的限度。 最后用純氬吹煉幾分鐘，使溶解在鋼水中的氧繼續(xù)脫碳，同時還可以減少還原Cr的Fe-Si的用量。每個階段都應(yīng)測溫、取樣、分析。 吹氧完畢時約2的鉻氧化進(jìn)入爐渣中，O高達(dá)14010-4，因此到達(dá)終點后要加入Si-Ca、Fe-Si、Al粉、CaO、CaF2等還原劑，在吹純氬攪拌狀態(tài)下進(jìn)行脫氧還原。脫碳終了以后如果不是冶煉含鈦不銹鋼和不需要專門進(jìn)行脫硫操作，作為單渣法冶煉，一般不扒渣直接進(jìn)入還原期。單渣法在還原以前由于脫碳終點溫度

23、約在17101750。 為了控制出鋼溫度并有利于爐襯壽命，在脫碳后期需添加清潔的本鋼種廢鋼冷卻鋼水。隨后加入Fe-Si、Si-Cr、A1等還原劑和石灰造渣材料，純吹氬35min，調(diào)整成分、當(dāng)脫氧良好、成分和溫度合適即可出鋼澆注。整個精煉時間約90分鐘左右。一般的電弧爐一AOD爐基本冶煉工藝如圖8-6所示。 氣體消耗視原料情況及終點碳水平而不同。一般氬氣消耗為1223Nm3t，氧氣消耗為1525Nm3t。Fe-Si用量為820kgt，石灰4080kgt，冷卻料為鋼水量的310 5.3.3.2 頂?shù)讖?fù)吹頂?shù)讖?fù)吹A(chǔ)OD法的基本工藝法的基本工藝 早期AOD法在脫碳期的氧效率只有70左右，大約有30用于

24、鉻等金屬的氧化。為了提高脫碳初期的升溫速度和鋼水溫度以及提高氧效率，AOD法的一項十分重要的技術(shù)進(jìn)展就是采用了頂?shù)讖?fù)吹吹煉法。目前約40以上的AOD都有頂吹氧系統(tǒng)。其特征是在C0.5的脫碳期底部風(fēng)槍送一定比例的氧、氬混合氣體，從頂部氧槍吹入一定速度的氧氣，進(jìn)行軟吹或硬吹，使熔池生成的CO經(jīng)二次燃燒，約7590釋放的熱量被傳輸?shù)饺鄢?，使鋼水的升溫速度由通常?2.7/C提高到19/C，因此脫碳速度從0.055/min提高到0.087/min。效率提高。 在70tAOD爐中采取頂吹氧、底吹氬、氧工藝與單獨底吹工藝的對比試驗證明，頂吹氧的工藝下，無論是底吹氧還是氬氧混合氣，由于CO燃燒的作用都使原A

25、OD法的冶煉條件得到了強(qiáng)化。底吹氬、氧工藝的脫碳速率和升溫速度都明顯高于單獨底吹氬的工藝。 不銹鋼的脫碳反應(yīng)一般在C0.5時是由氧的供給速率決定的，在C0.30時是由C的擴(kuò)散決定的。在高碳區(qū)，不銹鋼的脫碳反應(yīng)是由攪拌力所決定的鋼液循環(huán)量、鋼液溫度、送氧速度和頂吹氧比等綜合作用的結(jié)果。對于復(fù)吹的氣體送給速度與單位脫碳量和鉻的氧化量的關(guān)系，在頂吹氧速度一定的條件下，隨著底吹氬流量的增大，單位脫碳量上升，鉻的氧化量下降。另外，如果在單獨頂吹氧的條件下，隨著頂吹氧速度的增大，脫碳效率沒有明顯提高，而且鉻的氧化量增大。在實驗室的試驗結(jié)果和工業(yè)爐的結(jié)果表明，頂吹氧比在0.5倍是適宜的。AOD爐頂吹氧采取“

26、硬吹”工藝，因為有(Cr2O3) 3C2Cr十3CO的反應(yīng)，所以進(jìn)一步提高了脫碳速度，縮短冶煉時間。其脫碳效率可達(dá)到0.80.9/min。 AOD爐頂?shù)讖?fù)吹系統(tǒng)，25的氧是由水冷超音速的LD型氧槍吹入。大約50的是不水冷的音速或亞音速自耗垂直氧槍吹入。其余的AOD則用埋置在錐形耐火材料中的管子(以音速流動)或者以音速或亞音速操作的短程垂直氧槍吹入。此外，有些工廠利用頂端為90度彎頭的水平水冷氧槍。亞音速LD型槍使用“硬吹”操作，基本上所有頂吹的氧都與熔池反應(yīng)。這種“硬吹”操作也能與頂吹混合氣體結(jié)合起來操作，可進(jìn)一步減少操作時間。同時，在冶煉后期和攪拌階段利用頂吹氬氣，可防止空氣中氮的滲入，或提

27、高超低碳不銹鋼的脫硫效率。 AOD爐采用復(fù)吹工藝的效果，硅的消耗可節(jié)約23kgt。冶煉時間可縮短510min。同時還可以降低電爐的出鋼溫度，增加AOD爐冷料的使用量。 5.3.3.3 AOD爐的吹煉參數(shù)爐的吹煉參數(shù) AOD爐的吹煉強(qiáng)度對脫碳速度、脫硫率及爐襯壽命有直接的影響。70年代初期設(shè)計的AOD爐的供氣速度較低，一般在0.50.9m3(tmin)。日本新日鐵1973年投產(chǎn)的60t爐其最大的供氣強(qiáng)度為1.0m3(tmin)，是當(dāng)時世界上的最高水平，美國的Armco公司的175t爐為0.87m3(tmin)。到1976年，日本住友金屬和歌山廠投產(chǎn)的90t爐，其最大供氣強(qiáng)度達(dá)到了1.8m3(tm

28、in)，每爐的冶煉時間為95min，爐襯壽命達(dá)到184爐，為當(dāng)時的最高記錄。風(fēng)槍的操作壓力視各廠的情況而不同。Joslyn廠17t爐為0.86MPa，Alegheny Ludlum廠27t爐為1.11.24MPa。目前最高的操作壓力為1.241.38MPa。 5.3.3.3 AOD爐的吹煉參數(shù)爐的吹煉參數(shù) AOD爐的吹煉強(qiáng)度對脫碳速度、脫硫率及爐襯壽命有直接的影響。70年代初期設(shè)計的AOD爐的供氣速度較低，一般在0.50.9m3(tmin)。日本新日鐵1973年投產(chǎn)的60t爐其最大的供氣強(qiáng)度為1.0m3(tmin)，是當(dāng)時世界上的最高水平，美國的Armco公司的175t爐為0.87m3(tmi

29、n)。到1976年，日本住友金屬和歌山廠投產(chǎn)的90t爐，其最大供氣強(qiáng)度達(dá)到了1.8m3(tmin)，每爐的冶煉時間為95min，爐襯壽命達(dá)到184爐，為當(dāng)時的最高記錄。風(fēng)槍的操作壓力視各廠的情況而不同。Joslyn廠17t爐為0.86MPa，Alegheny Ludlum廠27t爐為1.11.24MPa。目前最高的操作壓力為1.241.38MPa。 5.3.3.4 AOD冶煉工藝對爐襯壽命的影響冶煉工藝對爐襯壽命的影響 因為氣體強(qiáng)烈的攪拌作用和各期操作溫度的變化以及側(cè)吹工藝等原因，所以對AOD爐爐襯的熔損比較嚴(yán)重。因此，AOD爐的爐襯壽命比較低。20世紀(jì)70年代的一般爐襯壽命僅為50次左右，8

30、0年代一般達(dá)到300次以下。90年代新日鐵光制鋼工廠60tAOD爐創(chuàng)造了504次的最高記錄。AOD爐耐火材料占整個操作費用的14 (氬氣20.4、硅鐵30、CaO9.3、氮氣5.0、氧氣3.5、其他14.3)，甚至到30，所以世界各國都在提高爐襯壽命方面進(jìn)行了大量的研究。實際結(jié)果表明，耐火材料和冶煉工藝對爐襯壽命的影響是同等重要的。特別是要取得高的爐襯壽命，冶煉工藝的改進(jìn)是決定性的。目前，耐火磚的消耗一般為7.9kg/t，最好的已達(dá)到2kg/t。 為了提高爐襯壽命，采取兩個對應(yīng)的措施。第一個措施是針對風(fēng)口區(qū)和渣線區(qū)熔損速度較快的區(qū)域加大爐襯的厚度。這一措施目前有兩種形式，一種是風(fēng)口區(qū)襯磚加厚的

31、漸縮式，另一種是在風(fēng)口區(qū)襯磚加厚成非對稱式的圓錐形。這一措施已得到廣泛采用，對提高爐襯整體壽命發(fā)揮著重要作用。第二個措施是針對風(fēng)口區(qū)爐襯熔損速度最快的情況采用最好的耐火材料。這一區(qū)域的耐火磚普遍采用的是直接結(jié)合和再結(jié)合的鎂鉻磚。改進(jìn)的主要內(nèi)容是提高Cr2O3含量，從24.9提高到35.6，并使熔劑含量由7.1降到5.2。改進(jìn)后的結(jié)果，整體爐襯壽命從150爐提高到了200爐以上。 AOD爐的爐襯壽命與設(shè)備參數(shù)和冶煉工藝有關(guān)。 冶煉工藝措施：1）減少鋼包的散熱以降低AOD爐出鋼溫度。為了減少鋼包的散熱，過去已采取的措施是鋼包加蓋和強(qiáng)化鋼包的烘烤。當(dāng)時的鋼包鋼水溫度為1620。2）鋼包的內(nèi)襯材料改為

32、壓力成形的陶瓷纖維（組成；66SiO2、32A12O3)，結(jié)果使鋼包鋼水溫度降低10。3）降低電爐粗鋼水中的硅含量。從0.4降到0.3。過去為了還原渣中的Cr2O3添加的硅鐵往往是過量的添加，致使鋼中的硅含量偏高，且不穩(wěn)定。精確地添加Fe-Si，需要對爐渣Cr2O3含量的測定（磁力簡易裝置），調(diào)整Fe-Si加入量。4）防止脫碳期的爐渣堿度降低。過去在氧化期中后期添加CaO、MgO控制爐渣堿度，改進(jìn)后CaO、MgO的添加時期為中前期，結(jié)果脫碳期爐渣堿度波動范圍減小了0.5。由于脫碳期爐渣堿度最低值提高了0.5，對爐襯壽命的提高發(fā)揮了重要作用。 另外，影響AOD爐爐襯壽命的其他冶煉工藝因素還有：降低脫碳期鋼水溫度，特別是在1700以上，每升高50，耐火材料消耗增大12倍。為此應(yīng)采取合理的脫碳工藝，對于單渣法冶煉應(yīng)在脫碳期添加清潔的原鋼種冷卻料，6kg/t的添加量約可降溫10，最高添加量為出鋼量的20。(2)縮短冶煉時間。(3)采用噴補(bǔ)76MgO的噴補(bǔ)料。 5.3.4AOD法的特點法的特點（1）優(yōu)點：由于電爐粗鋼水配碳量可以在2以上，可大量使用廉價的高碳鉻鐵及碳素廢鋼來配料。使原料中含鉻量達(dá)到成品規(guī)格要求，從而省去了采用返回吹氧時補(bǔ)加微碳鉻鐵或金屬鉻，降低了原料成