AOD炉的精炼工艺

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第19页（2610字）

(1)AOD炉基本操作工艺

AOD炉外形与转炉相似，炉衬采用多种规格和品种的碱性耐火材料(如镁钙砖、铬镁砖等)，在AOD侧底部安有两支或多支双层自耗式喷枪，喷枪内管为铜管，吹入不同比例的氧氩(氮)混合气体进行脱碳。外管为不锈钢管，从内管和外管之间的缝隙中吹入氩气或氮气，压缩空气作为冷却气。AOD工艺实质是二步法炼钢工艺，首先炉料(包括废钢和铁合金)在电弧炉或感应炉中熔化，镍、铬、锰一般按规格中下限配入，按照炉料最低成本要求，碳一般在0．5%～3．0%之间变化，大部分钢厂在1．5%～2．0%，炉料熔化后就可进行还原，当电炉钢水温度约1550℃时经过扒渣后倒入AOD炉进行脱碳。入炉钢水的碳含量一般在1．5%～2．0%，经过Ⅲ期脱碳达到0．03%的要求。第一期氧氩(氮)比为3∶1脱碳到0．25%，第二期1∶1脱碳到0．10%，第三期3∶1～4∶1到终点碳。终点温度在1710～1730℃进行还原精炼。

(2)AOD炉脱碳工艺

AOD炉脱碳工艺在高碳区可以采用纯吹氧或高的氧氮比进行脱碳。AOD炉的吹炼强度为0．8～1．8Nm³／(t·min)。AOD炉脱碳工艺关键在于C＜0．7%～0．08%的区间，为了提高脱碳速度，防止铬的大量氧化。必须随着碳含量的降低不断降低氧氩比，以降低Pco。传统的AOD炉脱碳工艺采用的是根据钢中的碳含量把氧氩比分成几个阶段进行的。AOD炉的脱碳速度介于VOD炉和复吹转炉之间。

(3)AOD炉的还原工艺

脱碳终点时AOD炉一般有2%的Cr氧化，VOD炉约有1%的Cr氧化，钢中的氧含量约分别为700ppm和200ppm。为了还原渣中的Cr₂O₃并对钢水脱氧，一般是向钢中加入Fe-Si进行还原。Fe-Si的添加量AOD炉一般在8～12kg／t，硅脱氧后要进行纯吹氩约6分钟，以利于夹杂物上浮。AOD炉采用Fe-Si和铝脱氧可使钢中的氧含量降至50～80ppm和30～50ppm。

为了还原渣中的Cr₂O₃，应控制钢中的硅含量和钢渣的碱度。为使AOD炉铬的回收率达到98．5%。钢中含Si量应控制在0．5%左右，钢渣碱度应控制在2．0左右。为了控制钢渣碱度，石灰应分阶段加入，兑钢前加入15kg／t和9kg／t的MgO，脱碳工期中加入22kg／t，终点后加22kg／t。为了充分化渣，脱碳终点时应加入12%石灰量的CaF₂。

(4)AOD炉的脱硫工艺

不锈钢中的硫对热塑性、耐锈性和耐蚀性都有明显的影响，AOD炉精炼后钢中的硫含量一般已达到≤0．030%的水平。采用双渣法操作可使硫含量达到≤10ppm的水平。

AOD炉由于可以进行强搅拌操作，所以脱硫比VOD炉容易，能够达到更低的含量。AOD炉脱硫同炉渣碱度有很大关系，此外，为了强化脱硫，在精炼期向钢渣中添加铝粉使钢渣的组成接近60%CaO、32%AbO₃和8%SiO₂，对脱硫更有效，而且脱硫速度加快。

如前所述不锈钢在不同碳含量的条件下有三个不同的脱碳机理，为了使AOD炉吹炼脱碳工艺更加靠近这些机理，日本光制铁所开发了新的AOD炉脱碳精炼工艺，见表3－2。

表3－2 60吨AOD炉传统工艺与新工艺的操作条件

(5)顶吹AOD炉脱碳工艺

目前约有一半的AOD炉采用了复吹转炉的技术，碳含量在≥0．4%的条件采用了顶吹工艺。主要效果是钢水升温速度从127℃／C%提高到195℃／C%，脱碳速度从0．055%／min提高到0．085%／min，CRE可达到90%。因此缩短冶炼10min，Fe-Si消耗减少了2～3kg。从70t炉的试验结果表明：顶吹氧+底吹氧氩混合气体的工艺最好，升温速度和脱碳速度都达到了高水平，见表3－3。

表3－3 70吨AOD-L不同吹炼工艺试验结果

AOD-L顶吹可以进行“软吹”和“硬吹”操作。用音速或亚音速氧枪进行软吹，其作用是使大部分氧与CO燃烧生成CO₂，使发生的热量75%～90%传输到熔池以快速度提高钢水温度，加速脱碳，减轻铬的氧化。采用埋置在炉口耐火材料中的风口供氧的方法进行软吹，投资最少，而且顶吹氧100%用于二次燃烧。用软吹操作不用硬吹操作使用亚音速LD型枪，基本上所有顶吹氧都和熔池反应以提高脱碳速度。硬吹操作也可以吹入氧、氮混合气体可以进一步减少吹炼时间。另外，在脱碳后期或冶炼超低碳不锈钢时可以防止空气(氮)的渗透并提高CRE。

(6)提高AOD炉衬寿命

AOD炉衬是工艺中的一大问题，在AOD作业中炉衬侵蚀程度是脱碳期占30%、还原脱硫期占60%、分析等待调整成分期占10%。近年来通过AOD炉工艺措施不断提高炉衬寿命，例如韩国浦项钢铁公司90吨AOD炉衬寿命平均为240次，最高为270次，其具体做法是：①改善钢水入炉条件，即将电炉钢水中Si含量控制在低限，并减少电炉渣量，兑入AOD炉前应扒渣，同时电炉出钢温度应控制在1550℃；②控制AOD炉内温度，特别是脱碳末期炉温应保持在1720℃以下，以防止耐火材料熔损；③尽可能缩短冶炼时间，通过改善吹炼模型增大脱碳效率缩短脱碳时间，另外要缩短脱硫时间，以减少耐火材料和液态渣的反应时间；④尽可能减少渣量，使用高质量石灰(CaO≥92%)，减少石灰加入量，改善吹炼模型，减少金属氧化；⑤加入白云石造渣，在吹炼初期加入MgO，在渣中含量应控制在6%～10%。