摘     要    针对诚德在AOD+LF炉+连铸机生产1Cr13Mn10不锈钢过程中AOD 炉的冶炼时间远长于连铸机浇钢的处理时间，导致整个不锈钢生产线的生产效率受到限制这个问题进行研究。研究入炉冷钢比例、高碳铬铁硅含量对 AOD 炉提枪碳含量、提枪温度以及冶炼时间的影响。研究得出，降低 AOD 炉1Cr13Mn10冶炼时间的思路主要是控制提枪碳含量；包含成本在内，当入炉高碳铬铁硅含量不小于3.0%、废钢加入量为3.0-3.5t时，可以缩短AOD 炉1Cr13Mn10的冶炼时间到80min左右，提枪温度和提枪碳含量分别为1680℃和0.5%，并且炉龄和物料消耗等综合指标较好。

关键词    1Cr13Mn10不锈钢  AOD 冶炼时间  高碳铬铁硅含量

1Cr13Mn10是不锈钢的一种，其具有不锈性，而且具有良好的耐蚀性和塑韧性。诚德在AOD+LF炉+连铸机生产1Cr13Mn10的过程中，由于 AOD炉的冶炼时间远长于连铸机浇钢的处理时间，虽然目前3~4套AOD炉在赶连铸生产，但AOD炉的冶炼时间太长依然会导致整个不锈钢生产线的生产效率受到限制，而且该模式经常是通过浇次前3包在LF炉进行长时间压钢来实现的，这对后续处理过程钢液增碳、LF炉电耗、钢包周转情况极为不利。本文就诚德的工艺、装备特点来分析1Cr13Mn10在提高浇次不稳定的现象，达到缩短AOD炉的冶炼时间、降低生产成本及减少物料的目的。

1   1Cr13Mn10 不锈钢冶炼流程及工艺参数

诚德1Cr13Mn10的生产工艺流程为：高炉铁水→混铁炉→AOD→LF炉→连铸机→铸坯缓冷→摊检、修磨→轧制。1Cr13Mn10不锈钢的化学成分见表1。

2   1Cr13Mn10不锈钢生产过程机理分析

AOD炉冶炼不锈钢通常分为2个阶段：脱碳和还原。其中脱碳期的主要任务是尽可能地实现“脱碳保铬”，还原期的主要任务是 在侧吹强搅拌下依靠硅、铝等强脱氧剂对钢水进行脱氧，尽可能地把脱碳期所氧化的铬、铁、锰等还原到钢水中，同时兼顾脱气、去除夹杂等任务［１］。

不锈钢冶炼过程中，“脱碳保铬”反应见式（1）。

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

还原期硅脱氧的反应为式（2）

2MxOy（s）+ySi →2xM+ySiO2   （2）

当碳脱到一定程度时就可还原，还原期一般固定在8min，因此，AOD炉冶炼时间的长短主要取决于脱碳期的长短。影响 AOD炉脱碳期的主要因素是脱碳速度，而脱碳速度主要取决于“脱碳保铬”温度的选择和控制。尤其是在脱碳期顶枪阶段，在温度、提枪、碳和渣况都稳定情况下，后期操作也相对稳定。

2.1    脱碳期 AOD炉“脱碳保铬”温度的选择和控制

由式（1）可知，促进反应向右进行、实现“脱碳保铬”的关键因素是降低气相中的 CO 分压、提高冶炼温度。通常情况下，只能依靠氧化溶液中的硅元素、铬元素或额外加入硅铁进行提温，所以在铬质量分数一定时，靠增加入炉硅的总量来提温，但入炉硅总量增加使炉渣碱度降低，反而增加了石灰用量，且温度太高使炉衬侵蚀增加，这就要求在综合成本最低情况下，根据入炉合金中的硅含量合理配比入炉合金。随着脱碳反应的进行，通过调节氧气／氮气的比例，可使形成的大量氮气泡构成 CO的假真空室来降低 CO的气体分压。合理的炉渣黏度能让多余的 CO 气体顺利排出，降低CO 的气体分压，当渣中SiO2含量很高且渣黏度小时，不利于CO 气体顺利排出。但是在碱度达到1.8-2.2 时，增 加 石 灰 用 量 既 不 利 于 脱碳，也会造成在高碱度情况下对炉衬的侵蚀加剧，并且增加成本。这就要求在操作时入炉硅不能太高，在保证温度控制为1660 -1700℃时，留一部分氧去氧化少量铬，造块状渣。

所以保持综合成本最低情况下，应根据入炉合金中的硅含量合理配比入炉合金。而在201系生产中，当铁水中硅含量一定的情况下，影响入炉硅的主要因素就是高碳铬铁中的硅含量。在结合低 CO分压的操作后，对于1Cr13Mn10 钢种来说，其整个吹炼期的温度控制为1660-1700℃。但是受到快速脱碳、提高高碳铬铁中硅含量、降低低碳区CRE(脱碳效率)值、设备量程以及惰性气体供应量等多方面的影响，其在吹炼过程中不可避免地发生温度很高不脱碳的现 象，造成提枪碳含量高、冶 炼时间增加。本文探讨在控制提枪碳含量较低、不增加冶炼时间的前提下，通过适时加入适量冷态返回料   (渣钢或切头)的方式，达到合理控制脱碳期与原期温度目的［2］。

2.2    AOD还原操作

AOD炉还原期常用的脱氧剂为硅铁和铝块，其中铝的脱氧效果强于硅，同时不锈钢中加入铝还具有细化晶粒、提高连铸坯中等轴晶比例、减少固溶体中的氮、改善冷成型性能等诸多优点［3］。但是脱氧产物 Al2O3 易在浇铸过程中聚集形成结瘤，影响浇铸性能，同时，Al2O3 与 MgO 反应生成脆性夹杂物镁铝尖晶石，容易对最终产 品造成无法弥补的缺陷［4］。所以，在冶炼1Cr13Mn10时，选择使用硅铁进行还原和脱氧。

多家不锈钢厂的生产数据显示［5-8］，AOD 炉还原渣的二元碱度一般控制为1.5~2.2。在对钢种使用条件日趋苛刻的环境下，钢中一些杂质元素的含量要求极低。此时，部分不锈钢厂采用双渣法进行还原和脱硫，该种操作模式具有超强的脱硫效果，能够有效地去除MnO、FeO 等有害物质，但是其存在3方面问题：一是脱硫后的碱度常常为2.3-2.7，增加了渣黏度和固态化趋势；二是延长了整体的冶炼时间，使本来炉机不匹配的不锈钢生产效率更加降低；三是在二次脱硫时需要补加部分石灰进行二次造渣，不可避免地发 生石灰增碳现象［9］，对于冶炼超低碳钢十分不利。为保证质量，炼钢厂要求 AOD 出钢前硫含量小于0.008%。综 上所述，在不增加石灰量和影响精炼炉搅拌强度的情况下，如果出现硫含量偏高，则出钢前加入从外部采购的优质石灰，以缩短冶炼周期、减少还原后石灰增碳，还原期终点硫含量合适就可以直接放钢。

3   讨论

3.1   工业改进方案

综合第２部分关于 AOD 炉1Cr13Mn10冶炼时间的机理分析，对入炉高碳铬铁硅含量、入炉冷态废钢加入量等进行对比试验研究，从而找出降低AOD炉1Cr13Mn10冶炼时间的工艺制度，具体试验如下。

入炉高碳铬铁硅含量对 AOD 炉提枪碳含量、提枪温度以及平均冶炼时间的影响见表2。从表3可见，在冷态返回料2.5t、铁 水量为47t时，随高碳铬铁硅含量增加，提枪碳含量、AOD 炉平均冶炼时间、提枪温度都增大。发 现当高碳铬铁硅含量为 2.50% 时，提 枪碳含量较低，为 0.45%，平均冶炼时间较短，为75min，但是提枪温度为1662℃时，不利于加入不锈钢返回料。

入炉冷态废钢加入量对 AOD 炉提枪碳含量、提枪温度以及平均冶炼时间的影响见表3。由表3可得，高碳铬铁硅含量为 4.39%、铁水量为46.5t时，随冷态废钢加入量的增加，AOD炉1Cr13Mn10的平均冶炼时间变短，提枪碳含量和提枪温度降低。冷态废钢加入量为3.5t、提枪温度为1680℃时，比较合适，冶炼时间较短，为80min。

还原时间也可以进行优化，将原来还原8min 取样改为大气量还原5min取样，这样可以减少3min，上述试验也是在还原时间优化后进行的。

3.2  结果分析

由表2、表3可得，当入炉高碳铬铁硅含量不小于3.0%、渣钢或切头加入量为3.0~3.5t时，炉龄和物料消耗等综合指标较好，冶炼时间能控制为80min左右，将以前AOD炉第 3炉放钢后连铸机开浇的时间提前约40min，不但可以降低LF炉电耗，还可缩短连铸机停机时间，提高生产稳定性及产能。

 4   结论

（1）降低 AOD炉1Cr13Mn10 冶炼时间的思路主要是控制提枪碳含量。

（2） 考虑成本在内，当入炉高碳铬铁硅含量不小于3.0%、渣钢或切头等冷态返回料加入量为3.0-3.5t时，可以缩短 AOD炉1Cr13Mn10冶炼时间到80min左右，提枪温度和提枪碳含量分别为1680℃和0.54%，并且炉龄和物料消耗等综合指标较好。

5    参考文献

[1]  冯聚和.铁水预处理与钢水炉外精炼[M].北京:冶金工业出版社,2006.

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[3]  康喜范.铁素体不锈钢[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[4]  俞海明.转炉钢水的炉外精炼技术[M.北京:冶金工业出版社,2011.

[5]  陈家祥.钢铁冶金学:炼钢部分[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[6]  黄西祜.钢铁冶金学[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[7]  李士琦,路俊萍,吴华峰,等.AOD冶炼不锈钢的脱碳保铬模型分析[C]//第七届冶金工程科

学论坛论文集.北京:北京科技大学,2008.

[8]  池和冰.AOD全铁水冶炼铁素体不锈钢工艺研究[J].宝钢技术,2008(2):16.

[9]  邹勇,孙铭山.AOD 冶炼16%Cr铁素体不锈钢洁净度的提高[J].太钢译文,2005(2): 17.