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(1)脫碳工藝的改進 新日鐵光制鐵所當w([C])≥0.7%時,在60 t AOD采用純氧吹煉,溫度>1 580℃時,w(Cr)20%,首先氧化碳,當w([C])≤0.7%,采用O2;Ar(N2)連續變化方式脫碳,當w([C])≤0.10%用純氬吹煉,用鋼中余氧及渣中的Cr2O3進一步脫碳。光制鐵所采用這種方法,前期氧利用率與傳統方法一致,但脫碳速度得到提高,氧槍沒有出現熔損加大問題,后期氧利用率CRE提高6%,結果FeSi消耗降低了0.7 kg/t。
(2)深脫硫工藝按照傳統的AOD操作,脫碳終了加入FeSi進行Cr2O3的還原操作,然后扒去85%以上的渣子再加入CaO、CaF2及粉狀FeSi或CaSi進行脫硫的精煉操作,這樣對成本、精煉時間、操作條件都十分不利。新日鐵光制所采用Al代替FeSi進行脫硫,取得滿意的效果,w(S)<10×10-6,還原精煉時間縮短5～17 min。
(3)以N2代Ar及供氧強度的提高Ar作為AOD精煉的主要氣體,因其價格較高,在不銹鋼精煉時用N2代Ar,其代Ar率達到20%～40%,對于w([N])為400×10-6～800×10-6的鋼可以在脫碳一期、二期代Ar,產品w([N])要求1 500×10-6～2 500×10-6,脫碳期全部用N2代Ar,產品w([N])要求3 000×10-6,可以全程用N2代Ar。日本太平洋金屬八戶廠在生產304鋼時代Ar率達到80%,產品w([N])<580×10-6,小于該鋼允許w([N])650×10-6的要求。AOD供氧強度提高:供氧強度Nm3/min?t是提高脫碳速度,縮短精煉時間,廢鋼加入量多少及降低成本的關鍵工藝參數。經過不斷研究,供氧強度已由過去0.8 Nm3/min?t提高到1～1.5Nm3/min?t, 有頂槍時應大于2Nm3Πmin?t。供氧強度提高后,熔池溫度的控制,國際上普遍采有加入5%～10%的清潔廢鋼或鐵合金的辦法,這樣初煉爐(電爐)的冶煉時間及電耗也得到了改善。
(4)AOD 頂槍(AOD-CB法)(KCB-S法)
日本大同特殊鋼公司星崎工場,依據不同元素與氧反應產生的熱量及相對成本進行比較,發現只有碳生成CO后再氧化為CO2時,其反應熱最高,相對成本最低。這是鋼水中Si、Mn、Cr、Al、Fe氧化結果所不如。于是發明了AOD-CB工藝,與傳統工藝相比,升溫速度由7℃Πmin提高到17.5℃/min。CRE提高5%,脫碳速度由0.055%Πmin提高到0.087%Πmin,電耗降低78 kW?hΠt,FeSi減少25%,時間減少11 min,爐齡達到235爐。頂吹工藝有軟吹硬吹兩種方式,硬吹即進入熔池的氧全部與鋼水進行反應,軟吹即60%進行反應,40%與CO進行二次燃燒生產CO2。硬吹工藝比傳統的AOD工藝其脫碳時間縮短44%。軟吹可縮短31%,但是軟吹可以提高廢鋼加入量,降低FeSi消耗及電耗。日本往友金屬和歌山工廠90 t AOD在1982年即進行復吹技術,精煉時間縮短20 min,FeSi降到7.5 kgΠt,氬耗降到11.3 Nm3/t。由于頂吹氧突出的優點,新建或改造AOD都把頂吹作為必備的工藝手段。
(5)AOD-VCR法(V-AOD法)
AOD精煉工藝在生產w([C])≥300×10-6的不銹鋼時,優越性十分突出,但是生產w([C N])≤300×10-6時就非常困難,其結果是精煉時間長,氬氣消耗高,爐襯壽命低,FeSi消耗高。經濟性差。日本新日鐵光制鐵廠,日本大同特殊鋼公司經過研究開發了AOD 真空的精煉方法,大同制鋼于1990年在澀川廠投產20 t AOD-VCR,1992年在知多廠投產70 t AOD-VCR,光制鐵廠于1996年投產60 t V-AOD。其工藝技術為,當鋼中w([C])>0.1%時按傳統工藝由底側處風槍吹入O2/Ar(N2),當w([C])<0.1%時停止吹氧改由Ar(N2),同時將真空罩套在AOD爐帽上,真空度為2.0～2.67 kpa,底吹Ar/(N2)流量為20～30 Nm3/min,在強大的攪拌下,鋼水中的余氧及渣中的氧化物,進行脫碳, 經過10～20 min,熔池溫降50～70℃,鋼中w([C N])達到100×10-6以下。不同鋼種應用AOD-VCR的碳、氮濃度見表3。AOD-VCR其底吹攪拌能力是SS-VOD的13～20倍,是VODC的32～44倍,因此創造了脫碳、脫氮動力學及熱力學條件,若達到同樣[C]、[N]質量分數,SS-VOD需40 min以上。若要求w([C])≤150×10-6,w([N])≤300×10-6,采用AOD—VCR比AOD可以縮短精煉時間21%。
(6)使用不同原料的AOD精煉工藝
HM-AOD法:用經過脫磷,脫硅的鐵水直接入AOD的精煉方法,要求鐵水w(P)≤0.015%,w(Si)≤0.20%,鐵水溫度> 300℃。第一階段CRE達到90%與LD-AOD比,生產成本降低4%。用液態FeCr、FeNi直接生產不銹鋼方法:日太平洋公司八戶工場為了節約原料,降低能耗研制這種方法。通過調查不同爐型的熱效率發,電弧爐為47%,LD為68%,相反AOD則為0%,所以把初煉爐定為AOD。通過把液態FeCr、FeNi兌入AOD-CB中進行煉取得了明顯效果,鉻回收率達到99%,脫碳速提高0.018%Πmin,升溫提高20%～70%,FeSi耗減少10%～15%,以N2代Ar率達到84%。
AOD吹煉過程中加鉻礦石法:日本往友金屬和歌山廠采用脫磷,脫硅鐵水兌入AOD中,同時加入鉻礦,最大加入量為50 kgΠt,鐵水中的碳可以還原40%～80%的氧化鉻,其余加入FeSi還原,不足的鉻用FeCr調整,實踐證明生產成本明顯降低。
(7)不同能源介質的AOD—TH法
日本大同特殊鋼采用頂槍油 氧燒咀產生2 600℃高溫,升溫速度提高140%,Cr損失明顯減少。
(8)AOD精煉方法在不銹鋼脫磷研究方面也取得進步。目前正在開展的工作還有濺渣護爐,風口噴粉(石灰、Fe2O3)技術,風口蘑菇頭的控制技術,風口不規則形狀的研究,側吹流體力學的研究,使爐體幾何尺寸、風口位置、供氣等達到優化。
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