摘  要  簡(jiǎn)要論述北海誠(chéng)德壓延精煉AOD爐體設(shè)備、供配氣系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)配置等相關(guān)設(shè)施的設(shè)備并結(jié)合其工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總結(jié)了AOD工藝原理及操作過(guò)程。

關(guān)鍵詞  AOD爐  設(shè)備  工藝原理  爐渣 

1  主要設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)

AOD主要工藝設(shè)備由爐體設(shè)備、供配氣系統(tǒng)、上料系統(tǒng)以及煙氣凈化系統(tǒng)組成。不銹鋼冶煉的特點(diǎn)決定了該設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)方面的特殊性，從以下幾方面加以論述。

1.1  爐體設(shè)備設(shè)計(jì)

AOD爐體設(shè)備主要由爐殼、懸掛機(jī)構(gòu)、托圈、傾動(dòng)裝置等組成。

（1）爐殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。包括：①爐容比與同容量的碳鋼轉(zhuǎn)爐相比較小，僅為 0.55～0.62m。/t；②無(wú)出鋼口，直接從爐口鋼渣混沖出鋼，有利脫硫和合金的還原，特別是對(duì)脫硫非常有利；③爐口上方裝有兩支頂槍一備一用，頂槍主要吹入氧氣和氮?dú)?，槍管配有高壓循環(huán)冷卻水護(hù)槍；而爐殼下部一側(cè)安裝有側(cè)吹風(fēng)槍，風(fēng)槍采用雙層套管型式，內(nèi)管通氧氣或氧氣與氮?dú)?、氬氣的混合氣體，外層套管通入冷卻氣體氮?dú)饣驓鍤?；④設(shè)有連續(xù)測(cè)溫裝置，確保操作控制爐內(nèi)溶液溫度；⑤ 爐襯耐火材料分為永久層、工作層，綜合考慮爐襯壽命、經(jīng)濟(jì)性等各方面因素，大多采用鎂鈣磚；⑥AOD采用活爐座型式，爐殼上帶有吊耳，以便爐殼的吊運(yùn)和更換。

（2）AOD爐襯維護(hù)。AOD與碳鋼轉(zhuǎn)爐不同，強(qiáng)烈的攪拌加速耐火材料的浸蝕，爐襯壽命低，視實(shí)際操作情況僅70爐不等，因此需多個(gè)爐殼更換。其爐襯壽命的高低和爐殼更換時(shí)間的長(zhǎng)短，直接影響到生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，所以 AOD爐襯的維護(hù)對(duì)于生產(chǎn)上是一項(xiàng)很重要的工作。

AOD爐襯的維護(hù)包括在線烘烤和離線修砌干燥烘烤。在線烘烤用于生產(chǎn)間隙爐襯保溫、防止?fàn)t襯激冷激熱、提高爐襯壽命。離線修砌區(qū)設(shè)置拆爐站和修砌干燥烘烤區(qū)，主要用于一個(gè)爐役結(jié)束后，離線拆、砌、烘爐殼。主要環(huán)節(jié)是：拆除風(fēng)槍連接管，由行車將爐殼吊運(yùn)至砌筑區(qū)；冷卻、拆除爐帽；將下部爐殼吊運(yùn)至拆爐站拆除廢磚；修砌、安裝爐帽；干燥、預(yù)熱，準(zhǔn)備待用；再由行車吊運(yùn)至工作位，連接風(fēng)槍軟管線等。1個(gè)爐殼的修砌周期約3天左右，故每座AOD一般設(shè)3個(gè)爐殼用于周轉(zhuǎn)。為適應(yīng)更換爐殼的需要，在生產(chǎn)中改換在砌筑好時(shí)把風(fēng)槍提前裝上以便降低安全危險(xiǎn)性和縮短換爐時(shí)間保住生產(chǎn)。

（3）托圈及懸掛機(jī)構(gòu)。由于AOD采用活爐座，比較成熟的托圈結(jié)構(gòu)型式主要有“U”型托圈其形狀為U”型開(kāi)口式；換爐殼操作時(shí)有專門(mén)的更換爐殼臺(tái)車，臺(tái)車將爐殼運(yùn)出，由車間起重機(jī)將爐殼吊運(yùn)至砌筑區(qū)；換爐殼周期為（60～120/min）

（4）傾動(dòng)裝置與碳鋼轉(zhuǎn)爐的基本相同。

1.2  供配氣系統(tǒng)

近年來(lái)，由于頂槍的引入和底吹供配氣系統(tǒng)和制度的不斷完善，使 AOD氬氣消耗明顯降低，進(jìn)一步奠定其在不銹鋼生產(chǎn)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。AOD供配氣系統(tǒng)：在氧氣、氬氣、氮?dú)饪偣苌暇O(shè)置有快速切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥和止回閥，根據(jù)鋼種對(duì)氮的要求和精煉過(guò)程中鋼液溫度和鋼中碳的情況，控制頂槍供氧量及供氧時(shí)間；同時(shí)，控制風(fēng)槍供氧量及供氧時(shí)間、氮?dú)馀c氬氣的比例，從而節(jié)省昂貴的氬氣、準(zhǔn)確控制熔池溫度、降低一氧化碳分壓避免鉻的氧化。

在每支風(fēng)槍的支路上均設(shè)有流量控制和調(diào)節(jié)以及壓力檢測(cè)，保證每支風(fēng)槍具有足夠的冷卻氣體量、提高風(fēng)槍壽命、降低耐火材料消耗和操作成本。不銹鋼合金含量高，為盡量減少合金的氧化，一般A0D的供氧強(qiáng)度不超過(guò)2m3/（t?min），正因?yàn)槿绱?，A0D頂槍壽命相對(duì)于碳鋼轉(zhuǎn)爐要高、且每 1個(gè)爐次內(nèi)頂槍非作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 60min以上，可在線換槍。

1.3  加料系統(tǒng)設(shè)置

為準(zhǔn)確控制合金含量和造渣脫硫，A0D需設(shè)置1套加料系統(tǒng)，北海誠(chéng)德壓延精煉設(shè)置了高位料倉(cāng)，每套爐座設(shè)有12個(gè)倉(cāng)，主要存儲(chǔ)造渣料石灰、氟化鈣、廢鋼、Fe-Si、高碳鉻鐵、微碳鉻鐵、Si-Mn等。為準(zhǔn)確配料，每個(gè)料倉(cāng)下部均應(yīng)安裝電子磅、電磁式或交流變頻振動(dòng)給料機(jī)，通過(guò)溜管送至爐旁料斗，系統(tǒng)配置了卸錯(cuò)料系統(tǒng)。

1.4  煙氣凈化系統(tǒng)配置

AOD的煙氣凈化系統(tǒng)包括：①汽化冷卻系統(tǒng)。AOD在吹煉過(guò)程中產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓捎诓讳P鋼冶煉的特殊性，其人爐預(yù)熔體中（C）一般僅為1.7～2.0，產(chǎn)生的煤氣量少，回收價(jià)值不高，因而一般均是采用燃燒法，即煙氣中所含一氧化碳要求在汽化冷卻煙道內(nèi)完全燃燒，不回收煤氣。AOD汽化冷卻裝置主要作用是降低煙氣溫度、回收高溫?zé)煔庵杏酂幔瑸锳OD煙氣除塵創(chuàng)造條件。②除塵系統(tǒng)。AOD一次除塵系統(tǒng)多采用燃燒法、干式布袋除塵，避免了濕法除塵水中帶有鉻離子，污染環(huán)境。為有效控制AOD作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的大量煙塵，設(shè)一次除塵、門(mén)形罩、屋頂罩、加料系統(tǒng)除塵相結(jié)合的排煙方式，實(shí)現(xiàn)AOD冶煉全過(guò)程的煙塵控制。一次除塵捕集AOD冶煉過(guò)程 中從爐內(nèi)排出的煙塵；門(mén)形罩捕集加料、冶煉和出鋼過(guò)程中從A0D爐口外逸的二次煙塵；屋頂罩捕集在兌鐵初期和結(jié)束時(shí)瞬間產(chǎn)生的大量煙氣。AOD內(nèi)排煙的高溫含塵煙氣經(jīng)強(qiáng)力風(fēng)冷器降溫后，與門(mén)型罩、屋頂罩和加料除塵系統(tǒng)排出的煙氣混合、并經(jīng)混風(fēng)冷卻至 120℃以下進(jìn)人布袋除塵器過(guò)濾、收塵，通過(guò)風(fēng)機(jī)、消聲器、煙囪排人大氣。凈化后的氣體排放濃度小于35mg/m3。

2  工藝原理流程及其特點(diǎn)

2.1  AOD技術(shù)的基本原理

AOD是氬氧脫碳法（ArgonOxygenDecarburi—zation）的簡(jiǎn)稱，1968年由美國(guó)碳化物公司開(kāi)發(fā)，采用常壓操作，通過(guò)爐體一側(cè)設(shè)置的多支風(fēng)槍向爐內(nèi)輸送氧氣、氬氣和氮?dú)猓僮髦锌筛鶕?jù)不同的操作階段，通過(guò)調(diào)節(jié)供給的氣體種類和氣量降低一氧化碳的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)降碳保鉻的目的。該法具有優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)設(shè)備要求不高、基礎(chǔ)投資較低、經(jīng)濟(jì)效益大

（2）可用來(lái)生產(chǎn)低碳和超低碳不銹鋼

（3）原材料價(jià)格低廉，可用高碳鉻鐵作為原材料，成本較低 

吹氧脫碳原理:吹入的氧氣與鋼水中的碳和鉻以及其他微量金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。即：?2C+O2↑=2CO↑、?4Cr+3O2↑=2Cr2O3, 其反應(yīng)生成的氧化鉻會(huì)進(jìn)入渣層中與鋼水中的碳反應(yīng)?3C+Cr2O3=2Cr+3CO↑.由上述的三個(gè)反應(yīng)可充分體現(xiàn)出碳與鉻在氧化與還原中形成的平衡關(guān)系。通過(guò)控制熱力學(xué)條件促進(jìn)反應(yīng)?向正方向進(jìn)行，達(dá)到脫碳保鉻的目的。從化學(xué)反應(yīng)角度分析，提高反應(yīng)環(huán)境的溫度（使平衡常數(shù)增大）以及分壓的手段可促進(jìn)反應(yīng)?向正方向移動(dòng)。

2.2  工藝流程

主要工藝流程分為氧化階段和還原階段以及微調(diào)成分溫度三個(gè)階段，氧化階段可根據(jù)熔爐渣的形態(tài)細(xì)分成化渣期和造渣期，也可根據(jù)碳含量的高低分為高碳期與低碳期。

氧化階段：在入爐的鐵水輸送氧氣進(jìn)行脫碳、脫硅并通過(guò)CO的二次燃燒快速把鋼液溫度提升，在化渣過(guò)程中加入所需的高碳鉻鐵以及造渣所需的石灰以及其他調(diào)渣劑，待加入的高鉻完全化完后把熔池中的酸性渣通過(guò)爐傾扒掉，加入適量的石灰造和調(diào)渣，調(diào)節(jié)熔爐中渣的堿度以及通氣性。進(jìn)入造渣期，繼續(xù)脫碳和通過(guò)CO的二次燃燒把溫度提升至1650℃-1700℃，根據(jù)鋼液中的碳含量以及鋼液溫度，適當(dāng)調(diào)節(jié)O2和（N2/Ar）的比例輸入，以降低CO的分壓確保在脫碳過(guò)程中避免鉻的氧化。

還原階段：在鋼液中的碳含量降到成品要求范圍內(nèi)之后進(jìn)入還原期，加入FeSi還原鋼液中的鉻、錳和鐵，加入適量的石灰、CaF2造渣脫硫，最后加入必須的合金進(jìn)行成分的調(diào)整，爐傾倒掉部分渣，調(diào)整溫度出鋼。至此鋼水在AOD部分冶煉結(jié)束。

2.3  工藝操作特點(diǎn)

AOD工藝操作的核心是脫碳保鉻，提高金屬收得率，降低生產(chǎn)成本。為滿足 AOD工藝操作要求、達(dá)到不銹鋼精煉的各項(xiàng)冶金目標(biāo)，AOD在設(shè)備配置及工藝設(shè)計(jì)等方面均具其特點(diǎn)。如配置連續(xù)測(cè)溫裝置 監(jiān)測(cè)熔池溫度，并通過(guò)爐口鋼渣混沖出鋼，提高合金收得率；配置容量大、數(shù)量多的合金及散狀料系統(tǒng)進(jìn)行合金化和造渣脫硫操作；優(yōu)化供配氣系統(tǒng)以降低氬氣消耗；配置氧槍系統(tǒng)縮短冶煉周期，改善與前后工序的匹配關(guān)系；配置爐襯維護(hù)系統(tǒng)及爐殼快速更換系統(tǒng) ，提高爐襯壽命，降低耐火材料消耗，縮短更換爐殼時(shí)間，提高作業(yè)率；配置煙氣凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源回收及環(huán)境保護(hù)。

3.1  爐渣的來(lái)源、組成、作用

（1）爐渣又叫熔渣，是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的。爐渣的主要來(lái)源有：

①由造渣材料或爐料帶入的物質(zhì)。如加入石灰、白云石、螢石等，金屬材料中的泥沙或鐵銹，也將使?fàn)t渣中含有（FeO）、（SiO2）等。這是爐渣的主要來(lái)源。

②元素的氧化產(chǎn)物。含鐵原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物，如Si02、Mn0、Fe0、P205等。

③爐襯的侵蝕和剝落材料。由于高溫、化學(xué)侵蝕、機(jī)械沖刷等方面原因使?fàn)t襯剝落，則耐火材料進(jìn)入渣中。

④合金元素脫氧產(chǎn)物及爐渣脫硫產(chǎn)物。 如用Al脫氧化生成的（Al2?O3），用Si脫氧生成的（SiO2），以及脫硫產(chǎn)物（CaS）等。

（2）爐渣的組成

化學(xué)分析表明，煉鋼爐渣的主要成分是：Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等，這些物質(zhì)在爐渣中能以多種形式存在，除了上面所說(shuō)的簡(jiǎn)單分子化合物以外，還能形成復(fù)雜的復(fù)合化合物，如2Fe0?Si02、2Ca0?Si02、4Ca0?P205等。

（3）爐渣的作用

煉鋼中常講：煉鋼就是煉渣。煉鋼過(guò)程中熔渣的主要作用可歸納成如下幾點(diǎn)：

①通過(guò)調(diào)整爐渣的成分、性質(zhì)和數(shù)量，來(lái)控制鋼液中各元素的氧化還原反應(yīng)過(guò)程，如脫碳、脫磷、脫氧、脫硫等；

②吸收金屬液中的非金屬夾雜物；

③覆蓋在鋼液上面，可減少熱損失，防止鋼液吸收氣體；

④能吸收鐵的蒸發(fā)物，能吸收轉(zhuǎn)爐氧流下的反射鐵粒，可穩(wěn)定電弧爐的電弧；

⑤沖刷和侵蝕爐襯，好的爐渣能延長(zhǎng)爐襯壽命。

所以，造好渣是實(shí)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的重要保證。

3.2  爐渣的理化性質(zhì)

熔渣的物理性質(zhì)主要是指爐渣的熔點(diǎn)和黏度。

熔渣的化學(xué)性質(zhì)主要是指熔渣的堿度、氧化性和還原性。

為了準(zhǔn)確描述反應(yīng)物和產(chǎn)物所處的環(huán)境，規(guī)定用“[  ]”表示其中的物質(zhì)在金屬液中，“（  ）”表示在渣液中，“{  }”表示在氣相中。

（1）熔渣的物理性質(zhì)

①熔渣的黏度:

黏度是表示熔渣內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力的大小。黏度的單位是泊（P），1P=0.1Pa?S（帕?秒）。

黏度與流動(dòng)性正好相反，黏度低則流動(dòng)性好。

冶煉時(shí)，若熔渣的黏度過(guò)大，則物質(zhì)在鋼液及熔渣之間的傳遞緩慢，不利于煉鋼反應(yīng)的迅速進(jìn)行；但若黏度過(guò)小，又會(huì)加劇爐襯的侵蝕。所以在煉鋼時(shí)，希望獲得適當(dāng)黏度的爐渣。

影響熔渣黏度的主要因素是熔渣成分和溫度。凡是能降低爐渣熔點(diǎn)的成分均可以改善熔渣的流動(dòng)性，降低渣的黏度；熔池溫度越高，渣的黏度越小，流動(dòng)性越好。實(shí)際操作中，黏度的調(diào)節(jié)主要是靠控制渣中的Fe0、堿度和加入螢石等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

②熔渣的熔點(diǎn)

熔渣是多元組成物，成分復(fù)雜，當(dāng)它由固相轉(zhuǎn)變成液相時(shí)，是逐漸進(jìn)行的，不存在明顯的熔點(diǎn)，其熔化過(guò)程有一個(gè)溫度范圍。通常熔渣的熔點(diǎn)是指爐渣完全轉(zhuǎn)變成均勻液體狀態(tài)時(shí)的溫度。

不同的氧化物熔點(diǎn)是不同的，爐渣中各種氧化物的熔點(diǎn)見(jiàn)下圖1

爐渣中最常見(jiàn)的氧化物大部分都有很高的熔點(diǎn)。煉鋼溫度下，這些氧化物很難熔化。但實(shí)際上，它們相互作用生成了各種復(fù)雜化合物，這些化合物的熔點(diǎn)低于原氧化物的熔點(diǎn)，從而降低了熔渣的熔點(diǎn)。降低爐渣熔點(diǎn)的主要措施是：加入一定的助熔劑，如礦石（Fe203）、螢石（CaF2）等，以便形成低熔點(diǎn)的多元系化合物。 

（1）爐渣的化學(xué)性質(zhì)

①熔渣的堿度

爐渣中常見(jiàn)的氧化物有酸、堿性之分，其分類如下圖2：

堿度主要對(duì)煉鋼過(guò)程中的脫硫和脫磷有重要作用。因?yàn)榱蚝土椎难趸锞仕嵝?，所以要保證去除磷硫，熔渣必須有足夠多的堿性氧化物。熔渣中堿性氧化物濃度總和與酸性氧化物濃度總和之比稱為熔渣堿度。常用符號(hào)R表示。

堿度是判斷熔渣堿性強(qiáng)弱的指標(biāo)。去磷、去硫以及防止金屬液吸收氣體等都和熔渣的堿度有關(guān)，它還決定著熔渣中許多組元的活度，因此堿度是影響渣、鋼反應(yīng)的重要因素。

由于熔渣中Ca0和Si02的數(shù)量最多，約為渣量的60%以上，所以常以Ca0與Si02濃度之比表示熔渣的堿度如下公式（1）：

R  

根據(jù)堿度高低，熔渣可分為酸性渣、中性渣、堿性渣。

②熔渣的氧化性

熔渣的氧化性是指其氧化能力，即釋放氧的能力，通常以渣中的FeO含量（FeO）表示。（FeO）對(duì)鋼液中[S]、[P]等有害雜質(zhì)元素的去除、[Si]和[C]的氧化以及保存鋼液中的有用元素起重要作用。它對(duì)煉鋼過(guò)程中的成渣速度、去磷、去硫、噴濺、金屬收得率和終點(diǎn)鋼水含氧量等均有重大影響。

Fe0能同時(shí)存在于渣—鋼之中，并在渣—鋼之間建立一種平衡（FeO）/ [FeO]，所以一般認(rèn)為渣中的氧是通過(guò)Fe0傳遞到鋼液中的。因而熔渣中的FeO含量便可代表熔渣所具備的氧化能力的大小，即熔渣的氧化性通常用渣中氧化亞鐵總量Σ（Fe0）表示。

渣的氧化性對(duì)熔渣的反應(yīng)能力及物理性能有重要的影響。冶煉過(guò)程中常見(jiàn)的渣稀現(xiàn)象就是因?yàn)槿墼麱e0過(guò)低，造渣困難，爐渣的反應(yīng)能力低。熔渣Fe0過(guò)高，又會(huì)造成噴濺，增加金屬損失及爐襯侵蝕。因此，渣中氧化鐵的含量應(yīng)適當(dāng)，在冶煉過(guò)程中，一般控制在10%～20%為好。

③熔渣的還原性

熔渣的還原性是指其還原能力，強(qiáng)還原渣中（FeO）含量很低（小于0.5%），而堿度又很高，另外往往還向這種熔渣中加入還原物質(zhì)，用來(lái)深度脫氧，通常還原渣下鋼液中的氧含量都很低（<0.01%）。

4 結(jié)語(yǔ)

AOD作為不銹鋼生產(chǎn)線中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，工藝的冶煉可以有效的提高金屬的收得率，降低耐材和Ar的消耗從而降低成本，所以為提高AOD經(jīng)濟(jì)效益設(shè)計(jì)中要充分考慮AOD工藝特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)施的配置，這樣才可以使得AOD在冶煉不銹鋼的市場(chǎng)爭(zhēng)取到一定的生存空間，從而為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)不銹鋼創(chuàng)造條件。

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