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AOD低合金钢精炼


注:以下摘自沈阳铸造研究所提供的“用于铸造的 AOD 冶金”培训手册 …… 氩氧脱碳(AOD)是一个精炼钢的工艺。在这个过程中,钢中〔C〕被脱到所 要求的水平,而不需要的元素如〔S〕 、 〔O〕 、 〔N〕和〔H〕则被脱除,并且最终 温度和成份是可以调节的。 通过控制吹氧速度及适宜的氧/惰性气体比例,以优先氧化高合金钢中的碳 而使其脱至目标值。脱〔S〕是靠适当化学成份的渣和良好的

渣/钢混合而达到。 钢中溶解的气体靠着向溶池喷吹惰性气体的造成沸腾及其内部产生的 CO 而从 钢中去除。温度可通过添加适量的发热剂和吹氧氧化而提高。 AOD 控制的主要原理和操作机理的出发点是其过程可以预知。加入炉内的 金属料全部是熔融的,可以准确确定其成份、温度和重量。这时在熔池表面以下 以一定速度吹入已知混合气体,精炼过程即可进行。由于是埋枪喷吹,氧气可保 证充分利用,而强烈的渣/钢混合致使化学反应达到平衡。因此最终成份和温度 是可预知的,并且整炉钢水是均匀的。

B、碳钢、低合金钢(C/LA)的精炼
碳钢、 低合金钢(C/LA)在 AOD 炉中精炼的首要目的是去 〔C〕 , 脱气和脱 〔S 〕 。 C/LA 钢是以恒定的氧/惰性气比进行脱〔C〕的(如图 1),C/LA 操作的设计是为 了使钢获得最低的气体含量、最低的〔S〕量及准确的出钢温度。去〔C〕阶段 对钢液脱气也起到决定性的作用。 碳钢或低合金钢脱〔C〕是相当简单的,但仍需注意,以防在加发热剂阶段 〔C〕发生偏离。在脱〔C〕一加发热剂一还原这一操作工艺中, 〔C〕通过吹入 3:1 的计算量 O2 去除到目标值。如果过吹,则需在炉内或包内增几个〔C〕 ,另 一方面,如果停吹后〔C〕仍高,则需在加发热剂前或后吹入计算出的补充 O2。 开始还原前〔C〕应等于或小于目标值,据经验,操作者应当掌握把碳脱到比目 标值低几个的好技术,随后在还原搅拌或出钢时加入估计量的碳。 钢中气体可通过吹入惰性气体和脱〔C〕时产生的 CO 气泡带走。AOD 过程 很易达到低的气体含量,然而,钢中最终〔 O〕 、 〔N〕 、 〔H〕含量与操作有很大 关系,最后还原阶段 Ar 搅拌来控制〔O〕 、 〔N〕 、 〔H〕含量是十分有效的。 ……

4、有害气体
钢中〔O〕含量是其纯洁度的一个反映。不锈钢出钢时的典型〔O〕含量为 40~70PPm 碳钢和低合金钢为 20~50PPm。钢的最终〔O〕含量取决于钢的成份 及 Ar 搅拌的效果。出钢前如需要重吹氧,则随后必须有 Ar 搅拌。对于 AOD 过 程,脱氧剂(Al,Si-Ca-Ba 合金,高钙合金(hypercal)等的用量可减少,因为 AOD 钢比电炉钢的〔O〕含量要低。 出钢时正常的〔H〕含量,不锈钢为 2~4PPm,碳钢,低合金钢为 1~3PPm, 除此之外,低合金钢有时需要低〔H〕含量(出钢时<1.5PPm),这可仔细地按照 后面附录 1 所讨论的操作而达到。 〔N〕 含量, 不锈钢可控制到 0.010~0.025%, 碳钢、 低合金钢可控制到 0.003~ 0.005%如图 4 所示,在以 N2 代替 Ar 的吹炼操作中,最终〔N〕量很容易增加。 有意增加〔N〕含量有两个动机:(1)对〔N〕规格较宽的钢的可以减少 Ar 消耗; (2)为了生产高〔N〕(几乎达到饱和)奥氏体不锈钢。对于某些钢(如 CA6NM),建 议只用 Ar 精炼以得到 〔N〕 含量最低的产品。 联合碳化物公司论文 “Ar-O2 脱 〔C 〕 中 N2 的利用”中,对〔N〕的控制作了完整的论述。

5、残余金属元素
AOD 精炼去除某些金属夹杂物基于两个基本机理;氧化和具有高蒸气压元 素的挥发。Al 和 Ti 很易氧化去除,其它元素如 Cr 和 Mn 通过造酸性渣,氧化这 些元素并扒渣去除到某一定范围;去 Cr、Bi 和 Zn 很易去掉,因其具有高的蒸气 压。AOD 精炼中不能去除某些稳定的残余元素如 Cu、Sn、As、Sb。

6、非金属夹杂
非金属夹杂首先是指氧化物、硫化物、硫氧化物和氮化物。降低钢中〔O〕 、 〔S〕 、 〔N〕含量,可大大改善钢的微观纯洁度,从 AOD 炉内出钢时,需要精心操 作,以保持钢的纯洁度,因为在 AOD 炉中精炼之后,钢的纯洁度使其极易受大气 中气体和耐火材料的污染,出钢应尽可能的快,并尽量不散流。为了获得高纯洁度 的钢,应采用下注,钢包应用高铝质或白云石内衬,还应采用适当的钢流保护,以 防二次氧化和吸入 N2、H2。


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