AOD炉不锈钢氩氧吹炼的原理

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2022/08/25 08:39
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                              AOD炉不锈钢氩氧吹炼的原理

 

 钢液的氩氧吹炼简称AOD 法(argon oxygen decarburization,氩气-氧气一脱碳),主要用于不锈钢的炉外冶炼上。1968年,史菜特钢公司建成投产了世界上第一台15A0D炉。1983年9月,太原钢铁公司建成了我国第一台181国产AOD炉。1987年又投产了第二台AOD炉。到2007年,世界上不锈钢总产量中有70%以上由AOD法生产。

 
      AOD法是利用氩、氧气体对钢液进行吹炼,一般多是以混合气体的形式从炉底侧面向熔池中吹入,但也有分别同时吹人的。在吹炼过程中,1mol氧气与钢中的碳反应生成2mol CO,但1mol氩气通过熔池后没有变化,仍然作为1mol气体逸出,从而使熔池上部CO的分压力降低。由于CO分压力被氩气稀释而降低,这样就大大有利于冶炼不锈钢时的脱碳保铬。氩氧吹炼的基本原理与在真空下的脱碳相似,一个是利用真空条件使脱碳产物CO的分压降低,而氩氧吹炼是利用气体稀释的方法使CO分压降低,因此也就不需要装配昂贵的真空设备,所以有人把它称为简化真空法。
1 .AOD炉的设备结构

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      AOD炉设备主要由AOD炉本体、炉体倾动机构、活动烟罩系统、供气及合金上料系统等组成。氩氧精炼炉由于没有外加热源,精炼时间又较短,所以必须配备快速化学分析及温度测量等仪表。但它的工艺参数比较稳定,可以使用电子计算机来自动控制精炼操作。
 
      AOD炉体的形状近似于转炉,也可用转炉进行改装,它是安放在一个与倾动驱动轴连接的旋转支撑轴圈内,容器可以变速向前旋转180°,往后旋转180°,炉内衬用特制的耐火制品砌筑,尺寸大约为:熔池深度:内径:高度=1:2:3。炉体下部设计成具有20°倾角的圆锥体,目的是使送进的气体能离开炉壁上升,避免侵蚀风口上部的炉壁。炉底的侧部安有2个或2个以上的风口(也称风眼或风嘴),以备向熔池中吹入气体。当装料或出钢时,炉体前倾应保证风口露在钢液面以上,而当正常吹炼时,风口却能埋入熔池深部。炉帽一般呈对称圆锥形,并多用耐热混凝土捣制或用砖砌筑,且用螺栓连接在炉体上。炉帽除了防止喷溅以外,还可作为装料和出钢的漏斗。
 
      目前,氩氧吹炼炉均使用带有冷却的双层或三向层结构的风枪(喷枪)向熔池供气,风枪的铜质内管用于吹入氩氧混合气体进行脱碳,外管常为不锈钢质,从缝隙间吹入冷却剂,一般的冷却剂在吹炼时采用氩气,而在出炉或装料的空隙时间改为压缩空气或氮气,也可以使用家庭燃料油,以减少氩气消耗及提高冷却效果。喷枪的数量一般为2支或3~5支,但喷枪数量的增多将会降低炉衬的使用寿命。
 
      AOD炉的控制系统,除了一般的机械倾动、除尘装置外,还有气源调节控制系统。AOD炉上部的除尘罩采用旋转式;AOD炉用气源调节控制系统来控制、混合和测量所使图3-22 AOD炉及风枪用的氩、氧、氮等气体,通过流量计、调节阀等系列使得氩氧炉能够得到所希望的流量和氩氧比例。使得在非吹炼的空隙时间内自动转换成压缩空气或氮气。由于吹氧吹炼时间短,且又没有辅助加热源,因此必须配备快速的光谱分析和连续测温仪等。AOD炉的铁合金、石灰和冷却材料等的添加系统和转炉上使用的相同,主要有加料器、称量料斗、运送设备等。
 
       一般AOD法多与电弧炉组成“电弧炉-AOD炉”进行双联生产,有时初炼也可以为转炉。电弧炉炉料以不锈钢、车屑和高碳铬铁为主。其生产过程是电炉熔炼废钢、高碳铬铁等原料,熔化后的母液兑入AOD进行精炼。进入AOD转炉的电炉母液,通过吹入氩氧混合气体,以非常接近C-Cr-T-Pco平衡的条件进行精炼。
 
氩氧吹炼有以下主要优点:
(1)成本较低,钢液的氩氧吹炼可利用廉价的原料,如高碳铬铁、不锈钢车屑等。
(2)氩氧吹炼炉和电炉双联能提高电炉的生产能力,即一台电炉加上一台AOD炉,相当于两台电炉。
(3)氩氧吹炼炉设备简单、基建投资和维护费用低。设备投资比VOD法少一半以上。
(4)氩氧吹炼炉操作简便,冶炼不锈钢时,铬的回收率高,约达97%。
(5)钢液经氩氧吹炼,由于氩气的强搅拌作用,钢中的硫含量低,可生产w[S]≤0.001%超低硫不锈钢。
(6)钢液经氩氧吹炼后,钢中的平均氧含量比单用电炉冶炼的低40%,因此不仅节省脱氧剂,而且减少钢中非金属夹杂物的污染度,氢含量比单用电炉法冶炼低25%~65%,氮含量低30%~50%,钢的质量优于单用电炉冶炼的钢液。
     AOD最大的缺点是氩气消耗量大。其成本约占AOD生产不锈钢成本的20%以上。AOD法炼普通不锈钢氩气消耗约11-12立方/t,炼超低碳不锈钢时为18-23立方/t,用量巨大.此外,AOD炉衬寿命低,一般只有几十炉,国内好的也只有一两百炉。

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