AOD氬氧脫碳爐簡介

AOD(ArgonOxygenDecarburization)爐是一種利用噴吹氬氣和氧氣混合氣體精煉不銹鋼的爐外精煉技術(shù)。該設(shè)備于1968年由美國的聯(lián)合碳化物公司和Josly公司合作首先研制成功。下圖為AOD爐設(shè)備示意圖。該工藝是把電爐粗煉好的鋼水倒入AOD中，用一定比例的氬氧混合氣體從爐體下部側(cè)壁吹入爐內(nèi)，在O2-Ar氣泡表面進(jìn)行脫碳。由于氬氣對生成的CO的稀釋作用，降低了O2-Ar氣泡內(nèi)的CO分壓，因此可以促進(jìn)脫碳和防止鉻的氧化，同時隨著爐底吹入的氬氧混合氣體的比例不斷升高，從而實(shí)現(xiàn)了在假真空條件下精煉不銹鋼。

AOD法冶煉不銹鋼時具有如下優(yōu)點(diǎn)：相比VOD法冶煉不銹鋼，AOD法設(shè)備投資少，維護(hù)容易，操作簡單;工藝容易掌握，可以利用廢鋼、高碳鉻鐵等廉價原料順利冶煉超低碳不銹鋼?？梢睙挸土虿绘^鋼，鋼的質(zhì)量可與經(jīng)真空處理的鋼水相媲美?？商岣咩t的總回收率，鉻的收得率可以達(dá)到98%，并可以用氮?dú)夂辖鸹?，生產(chǎn)成本低。

該設(shè)備誕生之后世界各國爭相引進(jìn)，目前世界不銹鋼總產(chǎn)量約80%由AOD爐生產(chǎn)。A0D設(shè)備主要由爐體、托圈、傾動機(jī)構(gòu)、氣體混合調(diào)制與吹氣系統(tǒng)、測溫取樣系統(tǒng)組成。爐體包括爐身和爐帽。爐身下部側(cè)墻與爐體的中心線成20°左右的傾角，有助于吹入的氣體沿側(cè)墻上升到爐口，減少氣體對風(fēng)槍上部區(qū)域的嚴(yán)重侵蝕。爐帽的形狀有顎式、非對稱式和對稱式3種，但是目前以對稱式使用較為普遍。這樣不但改善了操作人員對爐內(nèi)的觀察，同時也簡化了爐頂?shù)钠鲋^程，將以往的澆注料砌筑改為磚砌。

AOD爐一項(xiàng)重要的技術(shù)進(jìn)步就是移植了轉(zhuǎn)爐頂吹氧的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了頂?shù)讖?fù)合吹煉法。在AOD爐冶煉脫碳初期采用頂?shù)讖?fù)吹法，可以加速鋼水脫碳升溫，縮短冶煉時間。

AOD爐對耐火材料的作用

AOD爐對耐火材料的作用與AOD爐的冶煉過程密切相關(guān)。AOD爐的冶煉過程大致可以分為脫碳期和還原期兩個階段。當(dāng)電爐的鋼水用鋼包倒入AOD爐后首先進(jìn)行脫碳。在脫碳期第一階段，氬氣和氧氣以1:3的比例吹入鋼中，將鋼水中的碳氧化到0.25%左右;然后進(jìn)人第二階段，氬氣和氧氣以1:2~1:1的比例吹入鋼中，將鋼水中的碳氧化到0.1%左右;第三階段，氬氣和氧氣以3:1的比例吹人鋼中，將鋼水中的碳氧化到0.03%左右;最后使用純氬氣吹煉幾分鐘，用溶解在鋼水中的氧繼續(xù)脫碳，同時可以減少還原期Fe-Si的用量。在脫碳后期爐溫可達(dá)到1700℃以上，為了控制出鋼溫度和降低鋼水與爐渣對爐襯材料的侵蝕，在脫碳后期，常加入一定量的潔凈的本鋼種廢鋼冷卻鋼水。隨后加人還原合金和石灰造渣材料，吹純氬氣3~5min，調(diào)整成分、溫度合適即出鋼。

結(jié)合上述AOD爐的冶煉特點(diǎn)，總結(jié)AOD爐冶煉對耐火材料的作用有如下幾個方面:在還原期，為了將鋼中的C降到很低(<0.01%)，精煉溫度需達(dá)到1710~1720℃，因此對耐火材料的侵蝕明顯加劇。開始吹煉時，鋼中的硅氧化為二氧化硅，爐渣由酸性變?yōu)閴A性(堿度約為0.5),而在脫硫期，需要造高堿度還原性爐渣(堿度大于3.0)。所以在精煉過程中，耐火材料受到堿度變化范圍很大的酸堿性爐渣的侵蝕;大量的氬氣和氧氣通過噴嘴噴人爐內(nèi)，鋼液和爐渣的攪拌劇烈，同時對爐內(nèi)的耐火材料侵蝕加劇，特別是風(fēng)嘴和噴嘴區(qū)的耐火材料侵蝕尤為嚴(yán)重。AOD爐為間歇操作，爐襯溫度波動大，爐襯耐火材料受到熱震剝落的影響。

AOD爐用的耐火材料

AOD爐所用的耐火材料主要有兩種類型，

一種為鎂鉻磚，另一種為白云石質(zhì)耐火材料，目前已有向白云石質(zhì)耐火材料發(fā)展的趨勢。出鋼口多采用白云石磚或鎂鋁炭磚;爐身和爐底采用燒成白云石磚或樹脂結(jié)合白云石磚;上部采用燒成白云石磚或樹脂結(jié)合白云石磚;渣線以燒成鎂質(zhì)白云石磚為主;風(fēng)口采用含鋯燒成鎂質(zhì)白云石磚;散裝料以白云石質(zhì)搗打料或水泥結(jié)合鎂質(zhì)搗打料為主。

AOD爐用耐火材料的侵蝕

AOD爐耐火材料的侵蝕損毀與造渣制度和精煉過程密切相關(guān)。脫碳渣的侵蝕：由于脫碳初期，鋼液中的Si被氧化成Si02并成為渣中的成分，爐渣的堿度較低，爐渣的黏度低，爐渣中MgO的不飽和程度大，爐渣會熔解爐襯材料中的MgO,造成耐火材料中MgO的蝕損，造成冶煉初期，爐渣對爐襯材料的侵蝕。在脫碳末期，由于造渣材料CaO的加入，爐渣的堿度升高，黏度增大，MgO的溶解度降低，此階段對耐火材料的侵蝕影響不大。還原期的侵蝕，由于造渣材料的加入，爐渣的堿度高，同時為了還原回收渣中及磚中的鉻，需要加入硅鐵合金，將發(fā)生如下反應(yīng)：

3Si+2Cr2O3===3SiO2+4Cr

使得渣中和爐襯材料中的Cr2O3均被還原，從而使耐火材料的結(jié)合基質(zhì)遭受破壞，鄰近的MgO顆粒也會在熔渣和鋼水的沖刷下進(jìn)入鋼水中，造成材料的侵蝕。

在整個爐役中還會發(fā)生下面的侵蝕：爐渣侵蝕基質(zhì)，導(dǎo)致耐火材料骨料間的結(jié)合作用喪失，在鋼水流動沖刷的作用下，耐火材料被沖刷磨損。由于材料中氣孔的存在，使得爐渣沿氣孔侵入磚的深處，與磚的基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成很厚的變質(zhì)層，在受溫度劇變時，很容易產(chǎn)生剝落損毀。在風(fēng)口區(qū)由于耐火材料受到氣流和鋼液的強(qiáng)烈沖刷，此處的耐火材料不斷地受到鋼水的熔蝕，極易損毀。

為了提高爐襯的使用壽命，通?？梢詮臓t襯材料和冶煉工藝上改進(jìn)。在爐襯材料上主要采取了兩個應(yīng)對措施：一是針對風(fēng)口區(qū)和渣線區(qū)侵蝕速度快的區(qū)域加大工作襯的厚度,這一措施已經(jīng)得到了廣泛使用，對提高爐襯整體壽命發(fā)揮了重要作用;二是采用優(yōu)質(zhì)的耐火材料。在冶煉工藝上可以通過在冶煉中前期，加入一定量的CaO和MgO調(diào)整爐渣的成分，防止?fàn)t渣堿度產(chǎn)生大幅度的波動;為了降低出鋼溫度，加入一定量的冶煉鋼種冷卻鋼水，降低爐溫;同時也可以通過強(qiáng)化冶煉操作，縮短時間及在冶煉后進(jìn)行噴補(bǔ)爐襯達(dá)到提高爐襯使用壽命的目的。