摘     要    針對誠德在AOD+LF爐+連鑄機(jī)生產(chǎn)1Cr13Mn10不銹鋼過程中AOD 爐的冶煉時(shí)間遠(yuǎn)長于連鑄機(jī)澆鋼的處理時(shí)間，導(dǎo)致整個(gè)不銹鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率受到限制這個(gè)問題進(jìn)行研究。研究入爐冷鋼比例、高碳鉻鐵硅含量對 AOD 爐提槍碳含量、提槍溫度以及冶煉時(shí)間的影響。研究得出，降低 AOD 爐1Cr13Mn10冶煉時(shí)間的思路主要是控制提槍碳含量；包含成本在內(nèi)，當(dāng)入爐高碳鉻鐵硅含量不小于3.0%、廢鋼加入量為3.0-3.5t時(shí)，可以縮短AOD 爐1Cr13Mn10的冶煉時(shí)間到80min左右，提槍溫度和提槍碳含量分別為1680℃和0.5%，并且爐齡和物料消耗等綜合指標(biāo)較好。

關(guān)鍵詞    1Cr13Mn10不銹鋼  AOD 冶煉時(shí)間  高碳鉻鐵硅含量

1Cr13Mn10是不銹鋼的一種，其具有不銹性，而且具有良好的耐蝕性和塑韌性。誠德在AOD+LF爐+連鑄機(jī)生產(chǎn)1Cr13Mn10的過程中，由于 AOD爐的冶煉時(shí)間遠(yuǎn)長于連鑄機(jī)澆鋼的處理時(shí)間，雖然目前3~4套AOD爐在趕連鑄生產(chǎn)，但AOD爐的冶煉時(shí)間太長依然會(huì)導(dǎo)致整個(gè)不銹鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率受到限制，而且該模式經(jīng)常是通過澆次前3包在LF爐進(jìn)行長時(shí)間壓鋼來實(shí)現(xiàn)的，這對后續(xù)處理過程鋼液增碳、LF爐電耗、鋼包周轉(zhuǎn)情況極為不利。本文就誠德的工藝、裝備特點(diǎn)來分析1Cr13Mn10在提高澆次不穩(wěn)定的現(xiàn)象，達(dá)到縮短AOD爐的冶煉時(shí)間、降低生產(chǎn)成本及減少物料的目的。

1   1Cr13Mn10 不銹鋼冶煉流程及工藝參數(shù)

誠德1Cr13Mn10的生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→混鐵爐→AOD→LF爐→連鑄機(jī)→鑄坯緩冷→攤檢、修磨→軋制。1Cr13Mn10不銹鋼的化學(xué)成分見表1。

2   1Cr13Mn10不銹鋼生產(chǎn)過程機(jī)理分析

AOD爐冶煉不銹鋼通常分為2個(gè)階段：脫碳和還原。其中脫碳期的主要任務(wù)是盡可能地實(shí)現(xiàn)“脫碳保鉻”，還原期的主要任務(wù)是 在側(cè)吹強(qiáng)攪拌下依靠硅、鋁等強(qiáng)脫氧劑對鋼水進(jìn)行脫氧，盡可能地把脫碳期所氧化的鉻、鐵、錳等還原到鋼水中，同時(shí)兼顧脫氣、去除夾雜等任務(wù)［１］。

不銹鋼冶煉過程中，“脫碳保鉻”反應(yīng)見式（1）。

（Cr2O3）+3[C] →2[Cr]+3CO↑   △G=737  670-471.57T          （1）

還原期硅脫氧的反應(yīng)為式（2）

2MxOy（s）+ySi →2xM+ySiO2   （2）

當(dāng)碳脫到一定程度時(shí)就可還原，還原期一般固定在8min，因此，AOD爐冶煉時(shí)間的長短主要取決于脫碳期的長短。影響 AOD爐脫碳期的主要因素是脫碳速度，而脫碳速度主要取決于“脫碳保鉻”溫度的選擇和控制。尤其是在脫碳期頂槍階段，在溫度、提槍、碳和渣況都穩(wěn)定情況下，后期操作也相對穩(wěn)定。

2.1    脫碳期 AOD爐“脫碳保鉻”溫度的選擇和控制

由式（1）可知，促進(jìn)反應(yīng)向右進(jìn)行、實(shí)現(xiàn)“脫碳保鉻”的關(guān)鍵因素是降低氣相中的 CO 分壓、提高冶煉溫度。通常情況下，只能依靠氧化溶液中的硅元素、鉻元素或額外加入硅鐵進(jìn)行提溫，所以在鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，靠增加入爐硅的總量來提溫，但入爐硅總量增加使?fàn)t渣堿度降低，反而增加了石灰用量，且溫度太高使?fàn)t襯侵蝕增加，這就要求在綜合成本最低情況下，根據(jù)入爐合金中的硅含量合理配比入爐合金。隨著脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，通過調(diào)節(jié)氧氣／氮?dú)獾谋壤墒剐纬傻拇罅康獨(dú)馀輼?gòu)成 CO的假真空室來降低 CO的氣體分壓。合理的爐渣黏度能讓多余的 CO 氣體順利排出，降低CO 的氣體分壓，當(dāng)渣中SiO2含量很高且渣黏度小時(shí)，不利于CO 氣體順利排出。但是在堿度達(dá)到1.8-2.2 時(shí)，增 加 石 灰 用 量 既 不 利 于 脫碳，也會(huì)造成在高堿度情況下對爐襯的侵蝕加劇，并且增加成本。這就要求在操作時(shí)入爐硅不能太高，在保證溫度控制為1660 -1700℃時(shí)，留一部分氧去氧化少量鉻，造塊狀渣。

所以保持綜合成本最低情況下，應(yīng)根據(jù)入爐合金中的硅含量合理配比入爐合金。而在201系生產(chǎn)中，當(dāng)鐵水中硅含量一定的情況下，影響入爐硅的主要因素就是高碳鉻鐵中的硅含量。在結(jié)合低 CO分壓的操作后，對于1Cr13Mn10 鋼種來說，其整個(gè)吹煉期的溫度控制為1660-1700℃。但是受到快速脫碳、提高高碳鉻鐵中硅含量、降低低碳區(qū)CRE(脫碳效率)值、設(shè)備量程以及惰性氣體供應(yīng)量等多方面的影響，其在吹煉過程中不可避免地發(fā)生溫度很高不脫碳的現(xiàn) 象，造成提槍碳含量高、冶 煉時(shí)間增加。本文探討在控制提槍碳含量較低、不增加冶煉時(shí)間的前提下，通過適時(shí)加入適量冷態(tài)返回料   (渣鋼或切頭)的方式，達(dá)到合理控制脫碳期與原期溫度目的［2］。

2.2    AOD還原操作

AOD爐還原期常用的脫氧劑為硅鐵和鋁塊，其中鋁的脫氧效果強(qiáng)于硅，同時(shí)不銹鋼中加入鋁還具有細(xì)化晶粒、提高連鑄坯中等軸晶比例、減少固溶體中的氮、改善冷成型性能等諸多優(yōu)點(diǎn)［3］。但是脫氧產(chǎn)物 Al2O3 易在澆鑄過程中聚集形成結(jié)瘤，影響澆鑄性能，同時(shí)，Al2O3 與 MgO 反應(yīng)生成脆性夾雜物鎂鋁尖晶石，容易對最終產(chǎn) 品造成無法彌補(bǔ)的缺陷［4］。所以，在冶煉1Cr13Mn10時(shí)，選擇使用硅鐵進(jìn)行還原和脫氧。

多家不銹鋼廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示［5-8］，AOD 爐還原渣的二元堿度一般控制為1.5~2.2。在對鋼種使用條件日趨苛刻的環(huán)境下，鋼中一些雜質(zhì)元素的含量要求極低。此時(shí)，部分不銹鋼廠采用雙渣法進(jìn)行還原和脫硫，該種操作模式具有超強(qiáng)的脫硫效果，能夠有效地去除MnO、FeO 等有害物質(zhì)，但是其存在3方面問題：一是脫硫后的堿度常常為2.3-2.7，增加了渣黏度和固態(tài)化趨勢；二是延長了整體的冶煉時(shí)間，使本來爐機(jī)不匹配的不銹鋼生產(chǎn)效率更加降低；三是在二次脫硫時(shí)需要補(bǔ)加部分石灰進(jìn)行二次造渣，不可避免地發(fā) 生石灰增碳現(xiàn)象［9］，對于冶煉超低碳鋼十分不利。為保證質(zhì)量，煉鋼廠要求 AOD 出鋼前硫含量小于0.008%。綜 上所述，在不增加石灰量和影響精煉爐攪拌強(qiáng)度的情況下，如果出現(xiàn)硫含量偏高，則出鋼前加入從外部采購的優(yōu)質(zhì)石灰，以縮短冶煉周期、減少還原后石灰增碳，還原期終點(diǎn)硫含量合適就可以直接放鋼。

3   討論

3.1   工業(yè)改進(jìn)方案

綜合第２部分關(guān)于 AOD 爐1Cr13Mn10冶煉時(shí)間的機(jī)理分析，對入爐高碳鉻鐵硅含量、入爐冷態(tài)廢鋼加入量等進(jìn)行對比試驗(yàn)研究，從而找出降低AOD爐1Cr13Mn10冶煉時(shí)間的工藝制度，具體試驗(yàn)如下。

入爐高碳鉻鐵硅含量對 AOD 爐提槍碳含量、提槍溫度以及平均冶煉時(shí)間的影響見表2。從表3可見，在冷態(tài)返回料2.5t、鐵 水量為47t時(shí)，隨高碳鉻鐵硅含量增加，提槍碳含量、AOD 爐平均冶煉時(shí)間、提槍溫度都增大。發(fā) 現(xiàn)當(dāng)高碳鉻鐵硅含量為 2.50% 時(shí)，提 槍碳含量較低，為 0.45%，平均冶煉時(shí)間較短，為75min，但是提槍溫度為1662℃時(shí)，不利于加入不銹鋼返回料。

入爐冷態(tài)廢鋼加入量對 AOD 爐提槍碳含量、提槍溫度以及平均冶煉時(shí)間的影響見表3。由表3可得，高碳鉻鐵硅含量為 4.39%、鐵水量為46.5t時(shí)，隨冷態(tài)廢鋼加入量的增加，AOD爐1Cr13Mn10的平均冶煉時(shí)間變短，提槍碳含量和提槍溫度降低。冷態(tài)廢鋼加入量為3.5t、提槍溫度為1680℃時(shí)，比較合適，冶煉時(shí)間較短，為80min。

還原時(shí)間也可以進(jìn)行優(yōu)化，將原來還原8min 取樣改為大氣量還原5min取樣，這樣可以減少3min，上述試驗(yàn)也是在還原時(shí)間優(yōu)化后進(jìn)行的。

3.2  結(jié)果分析

由表2、表3可得，當(dāng)入爐高碳鉻鐵硅含量不小于3.0%、渣鋼或切頭加入量為3.0~3.5t時(shí)，爐齡和物料消耗等綜合指標(biāo)較好，冶煉時(shí)間能控制為80min左右，將以前AOD爐第 3爐放鋼后連鑄機(jī)開澆的時(shí)間提前約40min，不但可以降低LF爐電耗，還可縮短連鑄機(jī)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性及產(chǎn)能。

 4   結(jié)論

（1）降低 AOD爐1Cr13Mn10 冶煉時(shí)間的思路主要是控制提槍碳含量。

（2） 考慮成本在內(nèi)，當(dāng)入爐高碳鉻鐵硅含量不小于3.0%、渣鋼或切頭等冷態(tài)返回料加入量為3.0-3.5t時(shí)，可以縮短 AOD爐1Cr13Mn10冶煉時(shí)間到80min左右，提槍溫度和提槍碳含量分別為1680℃和0.54%，并且爐齡和物料消耗等綜合指標(biāo)較好。

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