不锈钢AOD精炼技术的发展

  1)脱碳工艺的改进 新日铁光制铁所当w([C])≥0.7%时,在60 t AOD采用纯氧吹炼,温度>1 580℃时,w(Cr)20%,首先氧化碳,当w([C])≤0.7%,采用O2;Ar(N2)连续变化方式脱碳,当w([C])≤0.10%用纯氩吹炼,用钢中余氧及渣中的Cr2O3进一步脱碳。光制铁所采用这种方法,前期氧利用率与传统方法一致,但脱碳速度得到提高,氧枪没有出现熔损加大问题,后期氧利用率CRE提高6%,结果FeSi消耗降低了0.7 kg/t。

  (2)深脱硫工艺按照传统的AOD操作,脱碳终了加入FeSi进行Cr2O3的还原操作,然后扒去85%以上的渣子再加入CaO、CaF2及粉状FeSi或CaSi进行脱硫的精炼操作,这样对成本、精炼时间、操作条件都十分不利。新日铁光制所采用Al代替FeSi进行脱硫,取得满意的效果,w(S)<10×10-6,还原精炼时间缩短5～17 min。

  (3)以N2代Ar及供氧强度的提高Ar作为AOD精炼的主要气体,因其价格较高,在不锈钢精炼时用N2代Ar,其代Ar率达到20%～40%,对于w([N])为400×10-6～800×10-6的钢可以在脱碳一期、二期代Ar,产品w([N])要求1 500×10-6～2 500×10-6,脱碳期全部用N2代Ar,产品w([N])要求3 000×10-6,可以全程用N2代Ar。日本太平洋金属八户厂在生产304钢时代Ar率达到80%,产品w([N])<580×10-6,小于该钢允许w([N])650×10-6的要求。AOD供氧强度提高:供氧强度Nm3/min•t是提高脱碳速度,缩短精炼时间,废钢加入量多少及降低成本的关键工艺参数。经过不断研究,供氧强度已由过去0.8 Nm3/min•t提高到1～1.5Nm3/min•t, 有顶枪时应大于2Nm3Πmin•t。供氧强度提高后,熔池温度的控制,国际上普遍采有加入5%～10%的清洁废钢或铁合金的办法,这样初炼炉(电炉)的冶炼时间及电耗也得到了改善。

  (4)AOD 顶枪(AOD-CB法)(KCB-S法)

    日本大同特殊钢公司星崎工场,依据不同元素与氧反应产生的热量及相对成本进行比较,发现只有碳生成CO后再氧化为CO2时,其反应热最高,相对成本最低。这是钢水中Si、Mn、Cr、Al、Fe氧化结果所不如。于是发明了AOD-CB工艺,与传统工艺相比,升温速度由7℃Πmin提高到17.5℃/min。CRE提高5%,脱碳速度由0.055%Πmin提高到0.087%Πmin,电耗降低78 kW•hΠt,FeSi减少25%,时间减少11 min,炉龄达到235炉。顶吹工艺有软吹硬吹两种方式,硬吹即进入熔池的氧全部与钢水进行反应,软吹即60%进行反应,40%与CO进行二次燃烧生产CO2。硬吹工艺比传统的AOD工艺其脱碳时间缩短44%。软吹可缩短31%,但是软吹可以提高废钢加入量,降低FeSi消耗及电耗。日本往友金属和歌山工厂90 t AOD在1982年即进行复吹技术,精炼时间缩短20 min,FeSi降到7.5 kgΠt,氩耗降到11.3 Nm3/t。由于顶吹氧突出的优点,新建或改造AOD都把顶吹作为必备的工艺手段。

  (5)AOD-VCR法(V-AOD法)

    AOD精炼工艺在生产w([C])≥300×10-6的不锈钢时,优越性十分突出,但是生产w([C N])≤300×10-6时就非常困难,其结果是精炼时间长,氩气消耗高,炉衬寿命低,FeSi消耗高。经济性差。日本新日铁光制铁厂,日本大同特殊钢公司经过研究开发了AOD 真空的精炼方法,大同制钢于1990年在涩川厂投产20 t AOD-VCR,1992年在知多厂投产70 t AOD-VCR,光制铁厂于1996年投产60 t V-AOD。其工艺技术为,当钢中w([C])>0.1%时按传统工艺由底侧处风枪吹入O2/Ar(N2),当w([C])<0.1%时停止吹氧改由Ar(N2),同时将真空罩套在AOD炉帽上,真空度为2.0～2.67 kpa,底吹Ar/(N2)流量为20～30 Nm3/min,在强大的搅拌下,钢水中的余氧及渣中的氧化物,进行脱碳, 经过10～20 min,熔池温降50～70℃,钢中w([C N])达到100×10-6以下。不同钢种应用AOD-VCR的碳、氮浓度见表3。AOD-VCR其底吹搅拌能力是SS-VOD的13～20倍,是VODC的32～44倍,因此创造了脱碳、脱氮动力学及热力学条件,若达到同样[C]、[N]质量分数,SS-VOD需40 min以上。若要求w([C])≤150×10-6,w([N])≤300×10-6,采用AOD—VCR比AOD可以缩短精炼时间21%。

  (6)使用不同原料的AOD精炼工艺

    HM-AOD法:用经过脱磷,脱硅的铁水直接入AOD的精炼方法,要求铁水w(P)≤0.015%,w(Si)≤0.20%,铁水温度> 300℃。第一阶段CRE达到90%与LD-AOD比,生产成本降低4%。用液态FeCr、FeNi直接生产不锈钢方法:日太平洋公司八户工场为了节约原料,降低能耗研制这种方法。通过调查不同炉型的热效率发,电弧炉为47%,LD为68%,相反AOD则为0%,所以把初炼炉定为AOD。通过把液态FeCr、FeNi兑入AOD-CB中进行炼取得了明显效果,铬回收率达到99%,脱碳速提高0.018%Πmin,升温提高20%～70%,FeSi耗减少10%～15%,以N2代Ar率达到84%。

AOD吹炼过程中加铬矿石法:日本往友金属和歌山厂采用脱磷,脱硅铁水兑入AOD中,同时加入铬矿,最大加入量为50 kgΠt,铁水中的碳可以还原40%～80%的氧化铬,其余加入FeSi还原,不足的铬用FeCr调整,实践证明生产成本明显降低。

 (7)不同能源介质的AOD—TH法

日本大同特殊钢采用顶枪油 氧烧咀产生2 600℃高温,升温速度提高140%,Cr损失明显减少。

(8)AOD精炼方法在不锈钢脱磷研究方面也取得进步。目前正在开展的工作还有溅渣护炉,风口喷粉(石灰、Fe2O3)技术,风口蘑菇头的控制技术,风口不规则形状的研究,侧吹流体力学的研究,使炉体几何尺寸、风口位置、供气等达到优化。