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不锈钢AOD精炼工艺的应用和发展
摘要:简要介绍了我国浦钢30tAOD、太钢40tAOD、宝钢不锈钢分公司120tAOD不锈钢精炼炉的经济技术指标及应用;叙述了AOD精炼技术-脱碳、脱硫、以N2代Ar和顶枪技术的发展;讨论了AOD精炼的供气形式的完善和炉衬寿命等技术问题。
关键词:不锈钢AOD精炼应用发展
近30年来,不锈钢AOD精炼工艺以其独特的优点得到了迅速发展。据美国普莱克斯公司统计，2000年全球80%以上的不锈钢，美国98%的不锈钢和78%的工具钢是用AOD生产的。
1不锈钢AOD精炼技术的应用和发展
1.1AOD精炼技术的应用
浦钢特钢30tAOD
浦东钢铁公司特钢分厂30tAOD不锈钢精炼炉的主要原料为不锈钢返回料、碳钢重废料、镍板、高碳铬铁、中碳铬铁等，其消耗指标见表1。
表1浦钢特钢30tAOD精炼奥氏体不锈钢的经济技术指标
钢种气体消耗/(m3·t-1)渣料消耗/(kg·t-1)合金收得率/%兑钢至出钢时间/minArO2N2还原硅石灰CrNiMn合金总计3041056119.555.099.099.592.099.050304L/316L10291312.062.099.099.592.099.060
30tAOD智能精炼系统冶炼不锈钢工艺流程如图1。钢水从30tEAF出钢经称量后兑入AOD,操作人员将冶炼钢种的编号、温度、钢水重量、相应钢水成分的初始值和目标值输入智能系统，然后选择冶炼的阶段，系统将自动按不同冶炼阶段，选择不同比例的惰性气体和氧气的混合气体从风口和顶枪同时进行吹炼。操作人员可通过计算机提示加入合金及渣料，达到终点碳后，系统计算还原剂加入量，并进行还原冶炼。

图1AOD智能精炼系统冶炼不锈钢工艺流程

在整个精炼过程中，随着碳含量的降低和钢水温度的升高，氧气与隋性气体的比率从6:1连续变化到1:3。在保证成品含氮量的前提下，可最大限度的以N2代替Ar。
太钢40tAOD
1999年太钢对18tAOD进行改造，先后建成40tAOD3座，生产能力达到30～35万t/a。
通过提高供氧强度，提高碱度，降低氧化末期温度，控制冷却气体的流量，改善熔池内的物化反应，对传统的氧氢比由过去的2～3个台阶，增为4～6个，脱碳初期O2/Ar(N2)由3:1改为6:1。双渣法操作改为单渣法操作，铬的回收率达到99%(表2)。
表2太钢40tAOD精炼奥氏体不锈钢的经济技术指标
气体消耗/(m3·t-1)FeSi消耗/(kg·t-1)耐火材料消耗/(kg·t-1)合金收得率/%O2ArN2CrNi40-4520302050-6097-9996.5
太钢经过自身工艺的改进和优化，采用了新的工艺和技术，包括吹氩喂Ti线工艺;顶侧吹工艺;微机控制炼钢;铁水直接兑入AOD炼钢等。
上钢一厂(宝钢不锈钢分公司)120tAOD
上钢一厂AOD引进的是西马克德马格的技术，其主要原料为EAF含铬母液，在AOD中，进行脱碳保铬处理。当钢液碳含量达到出钢要求时，钢水移至VOD或LF装置进行精炼，直至达到成品要求。为强化AOD在高碳区的快速脱碳功能，AOD配备了顶部氧枪，并配有副枪进行测温，炉底设置了7个侧吹风口，并通过智能精炼系统，使AOD的冶炼操作更为方便和准确。AOD几2004年4月投入生产，其经济技术指标见表3。
表3上钢一厂120tAOD精炼奥氏体不锈钢的经济技术指标
工艺气体消耗/(m3·t-1)渣料消耗/(kg·t-1)耐火材料消耗/(kg·t-1)合金收得率/%时间/minArO2N2还原硅石灰CrNiMn合金总计吹氧兑钢至出钢两步法12-15601112-15758-1297.099.092.093.06182三步法4-1555-652012-15608-1298.099.092.093.54065
1.2AOD精炼技术的发展
1.21脱碳工艺的改进
AOD脱碳按以下化学反应式进行:
(Cr2O3)+3[C]=2[Cr]+3｛CO｝↑
当钢水中含Cr18%温度为1705℃时，与其平衡的碳含量因CO的分压不同而异;CO分压为0.01MPa时，[C]为0.05%;CO分压为0.10MPa时，[C]为0.50%。因此，用惰性气体Ar(N2)降低CO分压就可以达到降碳保铬的目的，而无须提高温度。
动力学研究认为，脱碳还与碳和Cr2O3的传递速度有关，特别是钢中碳含量高时，脱碳己不单由Cr2O3来完成，这时脱碳所需的氧主要由吹入的氧气供给。因此，AOD供气方式己经由最初的O2:Ar(N2)为3:1,1:1,1:2,1:3,而发展为高碳区主气路供纯氧及多台阶供气方式。
新日铁光制铁所当[C]≥0.70%时，在60tAOD采用纯氧气吹炼，温度≥1580℃时，[Cr]20%,先氧化碳;当[C]≤0.70%时，采用O2:Ar(N2