太t技术导报1990··4AOD冶金物理化学原理和计算机程序概述太原重机厂锻冶处折宽伟摘要本文用冶金物理化学原理对AOD冶炼不锈钢过程的一些规律进行了分析，并对描述AOD吹氧脱碳过程的计算机程序进行了简析。一、前言、‘不锈钢冶炼中的～个技术关键就是既要把碳含量降到很低(0．10％以下)，又不使铬烧损过多。为此目的人们做了大量工作。从早期的矿石氧化脱碳法、不锈钢返回吹氧法到最近的炉外精炼技术，发明了不少冶炼方法。美国联合碳化物公司的Kriysky于1954年提出了稀释气体脱碳法’即AOD法，这是一种比较简单而又经济的生产低碳铬钢的方法。它是依靠吹入惰性气体氩来降低熔池中的一氧化碳分压以达到脱碳的目的。近二十年来，AOD法以其独特的优点获得了迅速发展。在许多工业发达国家如美国、日本，英国等都建有AOD炉，其中到目前为止最大容量的是美国Armco公司的175吨AOD炉。热加工性，可焊性以及防止一些常见的不锈钢冶金缺陷，在冶炼过程中，必须保持较高的铬含量，最大限度地使钢液脱碳。AOD法冶炼不锈钢过程中，吹入熔池内的氧气与碳、铬、锰、硅、铁等元素发生下列反应()：(C)+(O)=CO(g)⋯⋯(1)3(Cr)+4(O3=(Cr3O‘)⋯⋯(2)(Si)+2(O)=(SiO2)⋯⋯(3)(Mn)+(O)=(MnO)⋯⋯(4)(Fe3+(O3一(FeO)⋯⋯(5)各反应的△G。一一T关系见图l。re一-6r1¨01‘一兰一8Ul．／l01／—／‘／L：矿-_一二z．．，，nd、．．tn1二=：)4"一r一一，＼^乙tLf／IB．。一、J0＼：—／—0l!干一—，一fci|In1，哼2—_一一我厂于1988年从美国联合碳化物公司引进了一台7．5吨的AOD炉，其冶炼过程采用了电子计算机控制。二、冶金物理化学原理为保证不锈钢具有优良的抗腐蚀性冷fg，／97凄f#l§图1自由能一一温度关系图由图1知，在炼钢温度下，各元素与氧结合能力的大小顺序为碳、硅、铬、锰、铁等。在吹炼初期，硅和碳的热力学性质相近，为了促进碳的氧化，就要创造条件抑制硅的氧化。由于硅的氧化反应是放热反应维普资讯http://www.cqvip.com太重技术导报1990·№·435通过限制开吹时的硅含量，既可使熔池不过热，又可使碳含量迅速降低。同时还使炉渣中的SiO含量不过高，以免相应加入过多的石灰等造渣材料。因此AODT_艺上要求入炉粗钢水的硅含量不能过高。铬和锰与氧的结合能力相当，在不锈钢精炼中，_由于吹入一定量的惰性气体，抑制了铬的大量氧化，而锰将氧化到较低含量，因而入炉的锰含量也不宜过高。不锈钢冶炼中的化学反应主要是碳和铬之间的竞争氧化反应，由(1)、(2)式可得：4(cr3ot)+(c)==：(cr)十co(g)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯··(6)△G。：55850+36．88T()该反应的平衡常数为：由于高铬钢液吹氧时，渣中(Cr。O。)很快饱和，有固体(Cr8O。)析出，可以认为8(Cr$“J≈1，所以上式可写为：K：=a}(口，)．P口。根据化学反应的等温方程式可知：△G。=一RTLak：一RTLn⋯⋯“⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·(8)(8)式中的T就是碳一一铬竞争氧化的转化温度。熔池温度必须高于转化温度，才能达到脱碳保铬目的。在大气条件下冶炼不锈钢时，当钢液中(C)一O．35％，(Or3一Z8％，(Ni)一9％时，由理论计算可得T转一1622℃。这就是说在冶炼不锈钢时，当碳含量降到0．35％时，钢液温度必须高于1622℃才能一丘吹氧时迅速地氧化掉碳而较少地氧化掉铬。随着碳含量的降低，碳铬转化温度逐渐升高。计算表明，当碳含量降到O．1％以下时，转化温度将超过1800℃，一般炉衬材料承受不了这么高的温度。我们知道，一定温度下的平衡常数是定值，由(T)式可知，要想保持铬含量不变而使碳含量降低，必须相应降低Pco。利用抽真空原理可以达到这个目的，但其设备投资较AOD法昂贵，AOD法是以惰性气体作稀释剂，在大气条件下同氧气混合吹炼以降低PCO，从而使碳含量降到很低。混合吹炼时，氧气与惰性气体比例不同，相应的碳一一铬转化温度也不同。例如，熔池中(c)一O．35％，【Cr)=18％，(Ni)一9％，当O2：Ar一3：1时；由理论计算可得T转一i602℃，当．O2Ar一1：1时，T转一1571℃当O2：Ar—l：时，T转一1511℃。惰性气体所。占．比例越高，碳一一铬转化温度越低。所以，‘一般AOD过程中，既不使熔池温度过高，又不使铬烧损过多，通常采用分阶段逐步增加惰性...
