CN104152634A - Aod炉冶炼过程中温度的稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述AOD炉生产不锈钢时，首先将母液兑入AOD炉后，然后加入的合金和渣料，利用公式计算母液有效温度；当母液有效温度为正值时，加入固态返回废钢进行降温；当母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位以增加CO气体的二次燃烧量。本方法在降低整个冶炼过程铬元素的氧化量的同时将返回物料灵活应用，达到缩短冶炼周期、降低AOD炉物料消耗、提高炉龄、释放资金的目的。本方法可实现AOD炉在冶炼过程中温度的平稳控制，最大限度的减少铬元素的氧化，降低还原硅铁、石灰等消耗；在完成快速脱碳、不额外增加工序间能耗要求的同时也能够消耗大量的固态返回废钢，从而有效降低生产成本。

Description

AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法

技术领域

本发明涉及一种AOD炉冶炼方法，尤其是一种AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法。

背景技术

AOD炉是氩氧脱碳炉(Argon Oxygen DeCarburization)的简称。在目前的不锈钢生产流程中，AOD炉扮演着重要的角色，据统计全世界有超过70％的不锈钢产品是通过AOD炉冶炼的。它依托于侧吹良好动力学条件基础上，通过提升过程温度和降低CO气体分压的方式实现脱碳保铬，具有设备构成简单、操作方便、可使用廉价的高碳铬铁和返回不锈钢、容易生产低碳和超低碳不锈钢等诸多优点。

但是，对于AOD炉来说，入炉母液(脱磷铁水、含Cr半钢水等)的有效温度(有效温度：母液的物理和化学温度之和，减去目标温度、减去所加入合金渣量降温、再减去烟尘炉衬的散热)直接影响着脱碳保铬的效率。入炉有效温度不足无法满足吹炼前期脱碳保铬的条件要求，势必会增加铬元素的氧化，继而引发石灰、硅铁消耗增加的恶性循环。同时在脱碳末期，随着溶液中碳元素的逐渐降低，铬元素不可避免的出现氧化，导致温度持续升高，个别时间段能够超过耐材砖的荷重软化点，造成AOD耐材侵蚀加剧。因此，在AOD炉冶炼过程中需要在初炼前期进行快速提温，在脱碳末期需要保持在相对稳定状态才能降低石灰、硅铁等物料消耗，同时能够提高安全运行系数和单炉役的不锈钢产能。

而实际生产过程中，如果有入炉有效温度不足，通常采用增加上道工序能耗或者添加硅铁的方式提高母液的有效温度，该种方式在一定程度上能够避免铬元素的氧化，但是会影响上道工序的正常操作和降低AOD炉前期炉渣碱度影响炉龄寿命。

综上所述，对于AOD炉来说，它依托于良好的动力学条件基础上，通过提升熔池温度、调节氧和惰性气体比例降低CO分压等将脱碳保铬的原理进行完美的演绎。在初始母液的有效温度为负数不能满足脱碳保铬的高温要求时，会出现铬元素的大量氧化，而温度如果出现较大的波动同样会引起Cr氧化增加，继而引发石灰、硅铁、萤石消耗的增加，引发炉龄降低的恶性循环。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效的减少铬元素氧化的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述AOD炉生产不锈钢时，首先将母液兑入AOD炉后，顶枪脱碳期加入高碳合金和渣料，利用公式Ⅰ计算母液有效温度T₁，

T₁＝T₀+T_C、Si-T_合金-T_渣料-T_散热-T_氧枪目标  Ⅰ

式Ⅰ中：

T₀—母液初始温度，℃；

T_C、Si—母液中碳和硅氧化放热后折算的温度，℃；

T_合金—合金的温降值，℃；

T_渣料—渣料的温降值，℃；

T_散热—烟尘、炉衬砖散热损失，℃；

T_氧枪目标—氧枪结束时的目标温度，℃；

当母液有效温度为正值时，加入固态返回废钢进行降温；当母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位以增加CO气体的二次燃烧量。

本发明所述母液有效温度为正值时，固态返回废钢的加入量M₁按式Ⅱ计算，

$M_1=\frac{T_1}{K_1}\×1000---\left(\mathrm{II}\right)$

式Ⅱ中：

M₁—固态返回废钢的加入量，kg；

T₁—母液有效温度，℃；

K₁—1吨固态返回废钢的加入炉内的温降℃，其取值范围为30～40℃，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

本发明所述母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位在2.9～3.3米；所述CO气体二次燃烧所提供的温度T₂按式Ⅲ计算，

$T_2=\frac{(W_1\×C_1\%+W_2\×C_2\%)}{W_1+W_2}\×100\×240\×K_2---\left(\mathrm{III}\right)$

式Ⅱ中：

W₁—母液初始重量，kg；

W₂—顶枪期所加入高碳合金的重量，kg；

C₁—母液初始碳含量，wt％；

C₂—顶枪期所加高碳合金中碳的含量，wt％；

K₂—二次燃烧系数，K₂取值为10％～15％；当母液初始碳含量≤2wt％时取下限，母液初始碳含量≥3wt％时取上限；

所述CO气体二次燃烧补充T₂温度后超出目标温度时，超出温度≥40℃时按照公式Ⅱ计算加入返回废钢；超出温度＜40℃时减少100～200m³吹氧量，且只使用侧吹进行吹氧。

本发明所述在顶枪脱碳期与脱碳末期之间，使用氧氮大比例或加入≤500kg石灰的方式调整温度。

本发明所述脱碳末期当AOD炉内溶液中碳含量达到0.10wt％以下时，将单重超过500kg的大块固态返回废钢加入炉内，同时继续进行吹氧脱碳直至碳含量小于目标要求0.005～0.02wt％，随后停止吹氧加入硅铁、萤石进行还原。所述大块固态返回废钢加入量M₂(kg)采用公式Ⅳ计算，

$M_2=\frac{Q1}{100}\×K_3\÷K_4\×1000---\left(\mathrm{IV}\right)$

式Ⅳ中：

Q₁—脱碳末期的吹氧量，m³；

K₃—末期吹氧升温系数，取值范围为25～35，出钢量为下限时取最大值，出钢量为上限时取最小值；

K₄—大块固态返回废钢温降系数，取值单位30～40，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

本发明所述AOD炉出钢量在45～65吨，配备有三孔或四孔拉瓦尔型枪头、以及三支侧吹风枪。

在炼钢所使用的发热元素中，碳元素氧化生成CO₂所产生的热量远大于生成CO的热量，接近于Si、Al等元素的发热量，具有良好的性价比。吹炼过程中，尤其是在前期快速脱碳时，碳元素往往只生成CO气体，该部分气体随高温烟尘混合外排进入余热回收***，未能在炉内充分发挥有效价值，通过改良枪头参数、提高枪位的方式增加CO气体二次燃烧比例来实现吹炼前期快速提升熔池温度的目的。同时，在不锈钢生产过程中会产生占总产量5～15％的固态返回废料，如果电炉不生产只能造成积压，不利于资金的周转，而其中的大块固态返回废钢由于致密度较高，熔化速度较慢，可以利用其缓慢剥皮式的熔化方式来吸收脱碳末期吹氧的升温量，使实时温降值略小于等于升温值，实现末期温度不增加，解决废旧物资二次使用的问题，达到缩短冶炼周期、降低AOD炉物料消耗、提高炉龄的目的。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明可有效的解决不增加上道工序能耗时AOD炉冶炼前期有效温度不足或富余的问题，同时解决在吹炼末期吹氧时引发的熔池温度持续升高的问题，在降低整个冶炼过程铬元素的氧化量的同时将返回物料灵活应用，达到缩短冶炼周期、降低AOD炉物料消耗、提高炉龄、释放资金的目的。

本发明可实现AOD炉在冶炼过程中温度的平稳控制，最大限度的减少铬元素的氧化，降低还原硅铁、石灰等消耗；在完成快速脱碳、不额外增加工序间能耗要求的同时也能够消耗大量的固态返回废钢，从而有效降低生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，主要针对在冶炼不锈钢钢时的顶枪脱碳期、顶枪脱碳期与脱碳末期之间、脱碳末期三个主要阶段的温度进行合理控制；其控制工艺为：采用的AOD炉出钢量在45～65吨，配备有三孔或四孔拉瓦尔型枪头、以及三支侧吹风枪。

(一)顶枪脱碳期：

首先将母液兑入AOD炉后，顶枪脱碳期加入高碳合金和渣料，利用公式Ⅰ计算母液有效温度T₁，

T₁＝T₀+T_C、Si-T_合金-T_渣料-T_散热-T_氧枪目标   Ⅰ

式Ⅰ中：

T₀—母液初始温度，℃；

T_C、Si—母液中碳和硅氧化放热后折算的温度，℃；计算参考为[C％]*110+[Si％]*340，其中C％为母液中碳的质量百分含量，Si％为母液中硅的质量百分含量；

T_合金—合金的温降值，℃；计算参考为：(T_氧枪目标-合金的初始温度)/W₁-[W₂*C₁/(W₁+W₂)*110+W₂*C_Si/(W₁+W₂)*340]，其中C_Si为合金中Si的质量百分含量；

T_渣料—渣料的温降值，℃；计算参考为(T_氧枪目标-渣料的初始温度)/W₁；

T_散热—烟尘、炉衬砖散热损失，℃；计算参考为80～100，炉次间停顿时间＞30min时取上限，20～30min时取中限，＜20min时取下限；

T_氧枪目标—氧枪结束时的目标温度，℃；

W₁—母液初始重量，kg；

W₂—顶枪脱碳期所加入高碳合金的重量，kg；

C₁—母液初始碳含量，wt％；

(1)当母液有效温度为正值时，加入固态返回废钢进行降温；当母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位以增加CO气体的二次燃烧量。

所述母液有效温度为正值时，固态返回废钢的加入量M1按式Ⅱ计算，

$M_1=\frac{T_1}{K_1}\×1000---\left(\mathrm{II}\right)$

式Ⅱ中：

M₁—固态返回废钢的加入量，kg；

T₁—母液有效温度，℃；

K₁—1吨固态返回废钢的加入炉内的温降℃，其取值范围为30～40℃，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

(2)所述母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位在2.9～3.3米；所述CO气体二次燃烧所提供的温度T₂按式Ⅲ计算，

$T_2=\frac{(W_1\×C_1\%+W_2\×C_2\%)}{W_1+W_2}\×100\×240\×K_2---\left(\mathrm{III}\right)$

式Ⅱ中：

W₁—母液初始重量，kg；

W₂—顶枪脱碳期所加入高碳合金的重量，kg；

C₁—母液初始碳含量，wt％；

C₂—顶枪脱碳期所加高碳合金中碳的含量，wt％；

K₂—二次燃烧系数，K₂取值为10％～15％；当母液初始碳含量≤2wt％时取下限，母液初始碳含量≥3wt％时取上限；

所述CO气体二次燃烧补充的温度T₂与补充前的温度之和，超出所要达到的目标温度时，超出温度≥40℃时按照公式Ⅱ计算加入固态返回废钢；超出温度＜40℃时减少100～200m³吹氧量，且只使用侧吹进行吹氧。

(二)顶枪脱碳期与脱碳末期之间：

所述在顶枪脱碳期与脱碳末期之间，使用氧氮大比例或加入≤500kg石灰的方式调整温度；所述的氧氮大比例是指氧气和氮气的体积比在5:1～12:1之间。

(三)脱碳末期：

所述脱碳末期当AOD炉内溶液中碳含量达到0.10wt％以下时，将单重超过500kg的大块固态返回废钢加入炉内，同时继续进行吹氧脱碳直至碳含量小于目标要求0.005～0.02wt％，随后停止吹氧加入硅铁、萤石进行还原。所述大块固态返回废钢加入量M₂(kg)采用公式Ⅳ计算，

$M_2=\frac{Q1}{100}\×K_3\÷K_4\×1000---\left(\mathrm{IV}\right)$

式Ⅳ中：

Q₁—脱碳末期的吹氧量，m³；

K₃—末期吹氧升温系数，取值范围为25～35，出钢量为下限时取最大值，出钢量为上限时取最小值；

K₄—大块固态返回废钢的温降系数，取值单位30～40，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

实施例：(1)本方法经邢钢某车间试用，经统计，采用原一步法生产0Cr13C钢种工艺，与采用本方法工艺的石灰、硅铁、萤石等消耗量见表1。

表1：初始物料的成分及相关条件

(2)按照上述条件计算有效温度为：

T₁＝-85℃，为负数，顶枪枪位应该控制在2.9～3.3米之间，选取3.15米，同时由于母液初始C为3.5％(＞3％)，故K₂取15％，按照T₂公式计算T₂＝159℃，温度富余量为T₁+T₂＝-85+159＝74℃。

(3)顶枪期返回废钢加入量：

上述温度富余量为94℃其值＞40，故按照公式Ⅱ计算固态返回料的加入量为M₁＝(74/30)*1000＝2460kg。

(4)脱碳末期的固态返回料加入量：

脱碳末期取样碳含量为0.06％，脱至目标0.02％时需要吹氧量为100m³，其在末期加入的固态返回料M₂的重量按照公式Ⅳ进行计算为：M₂＝1000kg；

(5)在按照上述方式计算前后过程温度成稳定控制，同时各物料消耗明显降低，如表2所示：

表2：原工艺与本工艺的原料消耗量对比

	石灰加量kg	固态返回废钢kg	萤石kg	硅铁kg
					原工艺	5000	0	800	1500
本工艺	4500	3000	680	1200

Claims (7)

1.一种AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述AOD炉生产不锈钢时，首先将母液兑入AOD炉后，顶枪脱碳期加入高碳合金和渣料，利用公式Ⅰ计算母液有效温度T₁，

T₁＝T₀+T_C、Si-T_合金-T_渣料-T_散热-T_氧枪目标  Ⅰ

式Ⅰ中：

T₀—母液初始温度，℃；

T_C、Si—母液中碳和硅氧化放热后折算的温度，℃；

T_合金—合金的温降值，℃；

T_渣料—渣料的温降值，℃；

T_散热—烟尘、炉衬砖散热损失，℃；

T_氧枪目标—氧枪结束时的目标温度，℃；

当母液有效温度为正值时，加入固态返回废钢进行降温；当母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位以增加CO气体的二次燃烧量。

2.根据权利要求1所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述母液有效温度为正值时，固态返回废钢的加入量M1按式Ⅱ计算，

$M_1=\frac{T_1}{K_1}\×1000---\left(\mathrm{II}\right)$

式Ⅱ中：

M₁—固态返回废钢的加入量，kg；

T₁—母液有效温度，℃；

K₁—1吨固态返回废钢的加入炉内的温降℃，其取值范围为30～40℃，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

3.根据权利要求1所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述母液有效温度为负值时，调整氧枪的枪位在2.9～3.3米；所述CO气体二次燃烧所提供的温度T₂按式Ⅲ计算，

$T_2=\frac{(W_1\×C_1\%+W_2\×C_2\%)}{W_1+W_2}\×100\×240\×K_2---\left(\mathrm{III}\right)$

式Ⅱ中：

W₁—母液初始重量，kg；

W₂—顶枪期所加入高碳合金的重量，kg；

C₁—母液初始碳含量，wt％；

C₂—顶枪期所加高碳合金中碳的含量，wt％；

K₂—二次燃烧系数，K₂取值为10％～15％；当母液初始碳含量≤2wt％时取下限，母液初始碳含量≥3wt％时取上限；

所述CO气体二次燃烧补充T₂温度后超出目标温度时，超出温度≥40℃时按照公式Ⅱ计算加入返回废钢；超出温度＜40℃时减少100～200m³吹氧量，且只使用侧吹进行吹氧。

4.根据权利要求1所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述在顶枪脱碳期与脱碳末期之间，使用氧氮大比例或加入≤500kg石灰的方式调整温度。

5.根据权利要求1所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述脱碳末期当AOD炉内溶液中碳含量达到0.10wt％以下时，将单重超过500kg的大块固态返回废钢加入炉内，同时继续进行吹氧脱碳直至碳含量小于目标要求0.005～0.02wt％，随后停止吹氧加入硅铁、萤石进行还原。

6.根据权利要求5所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述大块固态返回废钢加入量M₂(kg)采用公式Ⅳ计算，

$M_2=\frac{Q1}{100}\×K_3\÷K_4\×1000---\left(\mathrm{IV}\right)$

式Ⅳ中：

Q₁—脱碳末期的吹氧量，m³；

K₃—末期吹氧升温系数，取值范围为25～35，出钢量为下限时取最大值，出钢量为上限时取最小值；

K₄—大块固态返回废钢温降系数，取值单位30～40，出钢量为上限时取最小值，出钢量为下限时取最大值。

7.根据权利要求1－6任意一项所述的AOD炉冶炼过程中温度的稳定控制方法，其特征在于：所述AOD炉出钢量在45～65吨，配备有三孔或四孔拉瓦尔型枪头、以及三支侧吹风枪。