AOD氬氧精煉爐脫碳保鉻的基本原理

2022-10-07 12:09:03 字數 1267 閱讀 9312

氬氧脫碳精煉的基本原理

不鏽鋼的特點是含有較高的鉻,較低的碳。近幾年技術發展和工業進步,對不鏽鋼的耐蝕性能要求越高,不鏽鋼的品種結構發生了很大的變化,低碳、超低碳、超純鐵素體等不鏽鋼使用量逐漸佔到相當的比例,給電弧爐生產帶來壓力。大家知道碳鉻氧化反應的熱力學平衡是不鏽鋼冶煉的理論基礎。

當熔池中間時存在著鉻及碳時,氧化的特徵表現為兩者的競爭氧化,其主要氧化反應式是:

n[c]+(crmon)=m[cr]+n(co)(1)

其平衡式為:

am[cr]*pn(co)

k= an[c]*a(crmon)(2)

式 1)就是鋼液中碳、鉻競爭氧化的表示式,若能控制熱力學條件,反應向右進行,其綜合效果為「降碳保鉻」,這對於不鏽鋼精煉來說是完全需要的。將平衡常數表示式做些變換,則碳的平衡活度為:

4a3a[cr]a3/4[cr]

a[c]=pco*=pco*(3)

kk1/4

式(3)明確地表示了碳與鉻競爭氧化的熱力學條件:因此各冶金工作者在不鏽鋼生產中所要考慮就是這些問題,特別是當用氧氣吹煉高鉻鋼水進行脫碳時,它們的各自平衡隨著碳含量下降,鉻會迅速燒損,大量的貴重合金轉移入爐渣中。要想解決,一般選擇下面二個途徑:

一定含鉻量的條件下,只要提高熔池溫度,使k值增大,同時增加供氧強度。就是人們一般以往所選擇第乙個途徑,在常壓和一定的含鉻量下,提高鋼液溫度,增加供氧強度,雖然對「降碳保鉻」有利(國內多數鋼廠此方法生產)但對爐體耐火材料侵蝕極其嚴重,另外生產產品質量較差,高要求產品難以(甚至無法)生產,產品生產成本較高,目前國內外均減少採用。

至於另乙個途徑 ---即目前國內外不鏽鋼普遍所應用:降低式(3)中pco.

(2) 在一定的溫度和鉻含量下,降低系統一氧化碳分壓,其措施是使用氣體稀釋法和真空法,但真空法裝置費用,生產條件苛刻,不像氣體稀釋法實用,故目前世界上70%以上不鏽鋼均用此法生產。我們目前新上的aod法生產不鏽鋼就是此方法的典型。它用惰性氣體ar來降低系統一氧化碳分壓,以達到「降碳保鉻」的目的。

隨著pco的下降與a[cr%]相平衡的a[c%]值也隨之降低。這就有利於「降碳保鉻」,可以用不高的溫度進行不鏽鋼生產,使鋼中[cr%]降至到需要的數值,同時舍使鉻不被大量氧化。

那麼aod爐是如何來降低一氧化碳分壓?

aod 爐就是從爐底側面吹入,按不同比例,流量,配製混合的氬氣,氮氣,和氧氣,大家知道一摩爾的氧氣與熔池中的碳反應後生成二摩爾的一氧化碳,但是一摩爾的氬氣通過熔池後沒有變化,仍作為一摩爾的廢氣從熔池中逸出,當熔池吹入混合氣後,使氣泡內和熔池上部的一氧化碳分壓力降低,這時熔池平衡碳含量是鉻含量的3/4次方和稀釋後的一氧化碳分壓力二者的函式關係。