縮短雙相不銹鋼45 t AOD爐冶煉時(shí)間實(shí)踐

張海飛，武 鵬，姚呂金

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司一煉鋼廠，山西 太原 030003）

雙相不銹鋼是一種鐵素體和奧氏體相組織各占約50%的不銹鋼，它的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕機(jī)腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通奧氏體不銹鋼，同時(shí)擁有良好的焊接性能，主要用于石油化工設(shè)備，海水與廢水處理設(shè)備，輸油輸氣管線，制鹽，造船等行業(yè)。

由于雙相不銹鋼要求碳含量低（w（C）≤0.03%），而鉻含量高（w（Cr）為21.00%～23.00%），長(zhǎng)期以來(lái)，這種不銹鋼在45 t AOD爐冶煉環(huán)節(jié)，脫碳慢，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，只能進(jìn)行短澆次生產(chǎn)，效率低、成本高、生產(chǎn)不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約高效率生產(chǎn)。

因此，十分有必要縮短雙相不銹鋼的45 t AOD爐冶煉時(shí)間，滿(mǎn)足高效率生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)力提升。

1 雙相不銹鋼化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝流程

太鋼不銹鋼股份有限公司采用45 t AOD爐生產(chǎn)雙相不銹鋼，雙相不銹鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。生產(chǎn)工藝流程為：原料配料→90 t EAF→45 t AOD→45 t LF→連鑄（模鑄）。

表1 雙相不銹鋼化學(xué)成分 %

2 影響雙相不銹鋼冶煉時(shí)間因素分析及改進(jìn)措施

雙相不銹鋼45 t AOD爐冶煉時(shí)間長(zhǎng)分析主要是以下主要原因：

1）AOD爐兌鋼碳含量偏高，45 t AOD爐頂槍脫碳時(shí)間長(zhǎng)。

2）過(guò)程合金加入量大，且高碳鉻鐵多，同樣兌鋼溫度條件下，過(guò)程溫降多，頂槍期吹氧時(shí)間需要延長(zhǎng)來(lái)升溫。

3）石灰加入量及加入時(shí)機(jī)不當(dāng)，頂槍期及氧化中期石灰加入總量大且一次加入量過(guò)多，造成渣層偏厚且石灰加入后溫降多，均不利于脫碳，由于山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)太鋼）一煉鋼廠AOD爐爐容比小，更加重吹煉過(guò)程噴濺及后期增碳，導(dǎo)致增加氧化后期吹煉時(shí)間。

3 縮短雙相鋼AOD爐冶煉時(shí)間措施

3.1 優(yōu)化AOD兌鋼碳含量

高鉻鋼水脫碳動(dòng)力學(xué)方面的研究，目前為數(shù)還不算多，但所得脫碳速度的變化規(guī)律大體趨于一致。在一定溫度下，脫碳過(guò)程大以可以分作兩個(gè)階段：當(dāng)w（C）為0.05%~0.08%(簡(jiǎn)稱(chēng)高碳區(qū)），脫碳速度與含碳量無(wú)關(guān)，是一個(gè)常數(shù)；而當(dāng)w（C）為0.05%~0.08%（簡(jiǎn)稱(chēng)低碳區(qū)）脫碳速度隨碳含量的減少而減少。

45 t AOD爐高碳區(qū)供氣比例見(jiàn)表2。

表2 45 t AOD爐高碳區(qū)供氣比例 m3/h

在供氣比例不變的情況下，在高碳區(qū)一定時(shí)間內(nèi)氧氣量一定，因此，適當(dāng)降低兌鋼碳可縮短高碳區(qū)脫碳時(shí)間。

對(duì)以往雙相不銹鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將兌鋼碳含量分成5個(gè)不同水平見(jiàn)表3。

表3 兌鋼碳含量分成5個(gè)不同水平

對(duì)5個(gè)不同兌鋼碳水平下的冶煉時(shí)間作箱線圖見(jiàn)下頁(yè)圖1。

圖1 5個(gè)不同兌鋼碳水平下冶煉時(shí)間的箱線圖

兌鋼碳對(duì)冶煉時(shí)間有一定影響，兌鋼碳在2.5%以?xún)?nèi)的冶煉時(shí)間較短，結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際，兌鋼碳控制在1.5%~2.5%對(duì)冶煉時(shí)間降低有利。

3.2 優(yōu)化合金配料值，降低AOD合金加入量

相關(guān)研究表明高碳區(qū)的脫碳反應(yīng)高碳區(qū)的脫碳速度隨溫度升高而增大，圖2所示。

圖2 吹氧時(shí)溫度對(duì)w[C]-時(shí)間關(guān)系的影響

由圖2可知，提高溫度是加快脫碳的一個(gè)重要手段。AOD冶煉過(guò)程中合金主要在高碳區(qū)加入，鋼液隨著合金的加入，除鋼水成分變化外，溫度也會(huì)相應(yīng)降低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，45 t AOD爐冶煉過(guò)程中每加入1 000 kg合金，溫度會(huì)降低30~40℃，隨溫度溫降低脫碳速度也會(huì)降低，因此降低合金加入量，即降低增鋼比例，可以加快高碳取脫碳速度，繼而降低高碳區(qū)吹煉時(shí)間。

對(duì)以往雙相不銹鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將增鋼比例分成3個(gè)不同水平如表4所示。

表4 增鋼比例分成3個(gè)不同水平表

對(duì)3個(gè)不同增鋼比例下的冶煉時(shí)間作箱線圖見(jiàn)圖3。

圖3 3個(gè)不同增鋼比例下的冶煉時(shí)間作箱線圖

增鋼比例大于10%時(shí)，冶煉時(shí)間增加較多，合理的增鋼比例應(yīng)控制在10%以?xún)?nèi)。

因此，結(jié)合原料配料和AOD鎳鐵含量綜合考慮，調(diào)整了雙相鋼配料，AOD爐合金總量在3 t左右。

配料方案見(jiàn)表5。

表5 雙相鋼配料成分 %

3.3 優(yōu)化石灰加入時(shí)機(jī)及加入量，提高脫碳速度

不銹鋼脫碳過(guò)程存在著兩個(gè)氧化反應(yīng)，幾乎同時(shí)發(fā)生：

在普通噴吹純氧情況下，除了在一定溫度下與一定的鉻相平衡的碳外，其余的碳都以CO氣體形式逸出。將上面兩式合并可得脫碳反應(yīng)：

碳-鉻的平衡關(guān)系如圖3所示。

圖3 碳-鉻的平衡關(guān)系圖

由圖3可見(jiàn)，最終含碳量隨著鉻含量的降低、溫度的提高和一氧化碳的降低而降低。

降低一氧化碳分壓可更好地保證脫碳保鉻的進(jìn)行，在氧化前期降低渣料加入量可減少渣層厚度，更有利于一氧化碳的釋放，降低了一氧化碳分壓，促進(jìn)脫碳保鉻反應(yīng)的進(jìn)行，因此進(jìn)行了氧化前期石灰加入量對(duì)比試驗(yàn)，主要思路是氧化前期降低石灰加入量，比正常少1 000 kg，后期根據(jù)氧化終點(diǎn)碳分析結(jié)果，確認(rèn)可以還原后再補(bǔ)加低碳石灰，保證還原堿度需要，試驗(yàn)方案如下頁(yè)表6所示。

表6 氧化前期石灰加入量對(duì)比試驗(yàn) kg

試驗(yàn)方案中AOD爐氧化期石灰加入量均衡穩(wěn)定，且比之前降低1 000 kg，過(guò)程溫度始終保持在1 700℃以上，提高脫碳速度，降低的鉻的氧化，氧化末期取樣時(shí)間控制在50~60 min，實(shí)際操作過(guò)程中根據(jù)過(guò)程碳取樣結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整取樣時(shí)間，盡可能縮短氧化期吹氧時(shí)間。

對(duì)試驗(yàn)冶煉時(shí)間數(shù)據(jù)與正常爐次冶煉時(shí)間數(shù)據(jù)作箱線圖，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)冶煉時(shí)間數(shù)據(jù)與正常爐次冶煉時(shí)間數(shù)據(jù)作箱線圖

采用試驗(yàn)方法加入石灰，將氧化前期石灰加入量減少，冶煉時(shí)間均值比正常石灰加入降低約7 min。

4 結(jié)論

1）AOD兌鋼碳對(duì)冶煉時(shí)間有影響，兌鋼碳控制在1.5%~2.5%，既有利于冶煉過(guò)程穩(wěn)定順行，也有利于縮短冶煉時(shí)間。

2）通過(guò)優(yōu)化配料，AOD爐合金加入量穩(wěn)定在3 t左右，增鋼量控制在10%以?xún)?nèi)，可適當(dāng)為冶煉過(guò)程中鋼液降溫，同時(shí)避免溫度劇烈波動(dòng)，影響脫碳速度。

3）通過(guò)優(yōu)化氧化期石灰加入，降低氧化前期石灰量，加快脫碳過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳釋放，繼而加快脫碳反應(yīng)。

4）通過(guò)實(shí)施上述措施，45 t AOD爐雙相不銹鋼平均冶煉時(shí)間縮短至125 min以?xún)?nèi)，為板坯連鑄增加連澆爐數(shù)創(chuàng)造條件。