关于45 t AOD 脱碳过程的探讨

姚吕金， 谭建兴， 张海飞

（太钢不锈钢股份有限公司炼钢一厂， 山西 太原 030003）

太钢不锈钢股份有限公司（全文简称太钢）45 t AOD 炉于2004 年经过奥钢联改造后，结合当时生产条件制定了专门的二级冶炼系统，通过十几年的运行，总体指标良好，但也存在还原Si 耗高、氩耗高、CRE（脱碳用氧利用率）偏低的问题，本文就通过与先进钢厂顶枪期冶炼以及气体比例对标，结合实际情况对AOD 炉顶枪期冶炼做了分析研究和优化，并在实践中进行运用，取得效果明显[1]。

现代科技的创新，虽然不排除单打独斗的成功，但更多的是来自不同学科的交叉融合和集智攻关。在市场经济的大环境下，不同学科领域甚至不同单位的高效协作，既对科技工作者的素质提出了要求，也对管理模式，诸如学术民主、大协作、保护知识产权，切实加强基础研究、提高国际化水平，解决好科技成果转化“最后一公里”的问题等，提出了新的要求。

1 AOD 脱碳基础理论

1.1 AOD 脱碳机理

不锈钢中含有大量的铬、镍元素，铬、镍等元素可极大的提高钢的耐蚀性能，而不锈钢中的碳降低了钢的耐腐蚀性能，对于大部分不锈钢其含碳量都是很低的。因此，不锈钢的化学组成中要求较低的含碳量和较高的的含铬量。

“我和小表姐商量：偷偷接近柴垛，然后突然出现在二表哥面前，吓他一跳。我们踮着脚尖来到柴垛旁，但却并未见到二表哥，只有一个未完工的木筏和散落在地上的工具。

在AOD 精炼过程中，经顶枪、侧枪向熔池内吹入氧气和惰性气体(氩气或氮气)，吹入的氧气先后与溶于钢液中的Ti、Al、Si、Nb、Cr、Fe、Ni 等元素发生反应生成各种氧化物，生成Cr2O3等其他氧化物吸附在惰性气体形成的气泡表面，随气泡在熔池内上下运动。与此同时，钢液中的C 向附着着Cr2O3的气泡表面传递并发生脱碳反应，生成的CO 进入气泡内。由于气泡内存在惰性气体，使得气相中的CO 气体得以稀释，其分压相应降低，从而有效促进碳氧反应的进行，并防止了Cr 的大量氧化，由此达到脱碳保铬的目的。随着气泡的搅拌运动，脱碳反应不断进行，直到气泡离开熔池逸出。在此过程中，各主要精炼反应发生在钢液和气泡表面，并在竞争中达到平衡。

1.2 脱碳的热力学

不锈钢脱碳过程存在着两个氧化反应：

在普通喷吹纯氧情况下，除了在一定温度下与一定的铬相平衡的碳外，其余的碳都以CO 气体形式逸出。将式（1）与（2）合并可得脱碳反应：

目前，45 t AOD 脱碳过程中，以304 钢种为例，在前三步完成主要金属冷料（高铬、镍铁、高锰等）添加后，下二级操作，根据计算C 进行跳步（停顶枪），同时关注计算温度不超过1 800 ℃。只是在选择跳步时的计算C 方面，配气工不统一，0.15%～0.30%不等，存在顶枪吹炼时间相对较长，氧气利用率不高的情况。

难度动作是成套动作中观赏力最高的部分之一，其创新建立在运动员出色的技术水平基础之上。如，男单项目中，日本运动员难度动作在稳定的基础上，选择新增加的A290动作，以高质量的优美姿态完成，不仅难度分很高，其创新大胆的选择更让评委眼前一亮，艺术分高达9.225，最终以总分22.425的分数夺得冠军。

a为活度，pθ标准气压从上述两式可以看出：

反应的平衡常数Kθ为：

1）一氧化碳分压pco的影响。降低体系中的pco，也可以获得较低的aC，从而实现“脱碳保铬”，在AOD 精炼不锈钢过程中主要通过吹入惰性气体（Ar、N2），以降低pco。

路遥说过，真正万古长青的是普通人的无名纪念碑——生生不息的人类生活自身。去除虚火与邪火之后，来源于生活的“土味”注定会火，而且会一直火下去。任何内容生产都试图实现两个基本功能，一是记录，二是传播。在媒体融合的时代，感动我们的依然是真实的东西，是生活本身。这也是为何在直播热度有所下降的情况下，愿意把流量贡献给记录者的平台，仍能保持强有力的用户黏性。

2）温度的影响：Kθ是温度的函数，提高熔池温度，可以使Kθ升高，使反应式（3）向右进行，实现“脱碳保铬”，但过高的熔炼温度，使耐火材料的寿命降低。

接下来的两期漫谈，我们来聊一聊钢琴二重奏在教学上的应用。分别针对教学条件只有一台钢琴和两台钢琴的不同情况，来设计一些教学的方案 。首先谈一谈关于一台钢琴上的四手联弹。

1.3 脱碳的动力学

2）提高钢水温度。

图1 AOD 脱碳的Fruehan 模型

2 “临界含碳量”

根据脱碳阶段别目标[C]，气体比和脱碳速度如表1 所列。

在AOD 精炼过程中，在一定温度下，脱碳速度随碳含量的减少而减少，此时碳在钢液内的扩散是脱碳反应的限制环节，而我们习惯把高碳区与低碳区的界限称为临界含碳量。

当然“临界含碳量”并不一定是一个固定值，它一般也随钢水含铬量、温度和真空度（VOD 精炼时）的变化而改变。即当钢水温度升高，铬含量降低和真空度增高时，临界含碳量是降低的，反之，则是增高的。在AOD 脱碳过程中，比较受到公认的临界含碳量为0.15%。

3 提高高碳区脱碳速度应采取的措施

1）增大供氧速度。

在众多AOD 脱碳模型中，Fruehan 模型是最经典的脱碳模型[2]。在模型中作者假想：反应最初产物为Cr2O3。它作为氧的传递者使熔池中碳在气泡表面氧化；碳的氧化为液体金属中碳向气泡表面的扩散控制；熔池中铁的氧化量为铬氧化量的十分之一；硅优先氧化而不考虑锰的氧化。同时，在吹炼第一期，采用过程的平均温度来计算脱碳曲线，完全忽略了碳和铬的相对氧化速度与温度强烈的依赖关系。此外，模型还认为在高碳区的脱碳速率由供氧量控制，在低碳区的脱碳速率由碳向气泡表面的扩散控制。

3）改变氧枪高度，改进氧枪结构和改进吹氧方式等以增大氧气与钢水的接触面积。

4 提高低碳区脱碳速度应采取的措施

1）加强对钢水的搅拌，以增大反应界面积和扩散速度。

为了满足自己的好奇心，我拿起浇花的水壶，轻轻地朝它身上洒了一些水。在我看来的“涓涓细流”，对于小蚂蚁来说，无异于“山洪暴发”。瞬间，小蚂蚁便被歪歪斜斜地冲到了一边，接着又陷入了“汪洋大海”之中。身陷险境的小蚂蚁并没有被突如其来的困难所打倒，只见它不停地划动着六条腿，拼命地朝着水的边缘挪去。

2）提高钢水温度，以增大碳的扩散速度和降低临界含碳量。

“互联网+教育”突破了学习时间、学习地点的限制，随时随地可以学习，学生可以根据自己的学习程度，自主规划和安排学习内容；根据自身情况，安排学习地点，有助于学生进入高效学习的状态。通过被动学习向自主学习的转变，真正有效完成学习目标，从而使学习“随心所欲”。

3）通过气体比例转换，降低CO 分压。

5 太钢45 t AOD 吹炼模式

控制热力学条件，使反应向右进行，其综合效果为“脱碳保铬”，这对AOD 精炼不锈钢来说是至关重要的。

在一定温度下，AOD 脱碳过程大以可以分作两个阶段：当w（C）＞0.15%（简称高碳区），脱碳速度与含碳量无关，是一个常数；而当w（C）＜0.15%（简称低碳区）脱碳速度随碳含量的减少而减少。

表1 太钢45 t AOD 设定吹炼模式

6 对目前45 t AOD 顶枪冶炼工艺的改进

笔者之前对比分析过太钢45 t AOD，太钢180 t AOD 以及张浦150 t AOD 吹炼气体比例，得出如下结论：

1）45 t AOD 顶枪期供氧量偏大，尤其是顶氧枪流量与侧氧枪流量的氧流量合理分配，对高碳期脱碳氧利用率影响较大。

2）45 t AOD 顶氧枪结束的目标碳含量偏低，导致冶炼前期Cr 的氧化偏高。

3）45 t AOD 低碳区氧/氩比例偏大，直接影响到氩耗的升高。

研究资料显示，纺织、服装、食品加工、家具制造业等属于低进入壁垒的行业[13](见表1).服装及其它纤维制品制造业、纺织业、家具制造业在较低进入壁垒行业中分别排在第1、第8和第10位.

改进措施：

1）304 系列钢种，DEC 3 顶枪跳步计算w（C）按目标0.25%（范围0.22%～0.28%）执行，综合考虑炉壳、炉龄影响，同时注意计算温度不超过1 800 ℃。

2）后续对顶枪流量、底枪流量设定进行优化试验。