太钢炼钢二厂AOD工艺培训教材(最终)

山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢二厂,AOD冶炼工艺,黎宝锋,不锈钢及AOD装置设备介绍,AOD冶炼模型基础,目录,AOD冶炼不锈钢工艺基础,目录,AOD与工序间的联系,AOD事故及处理方法,AOD异常处理方法,第一章AOD装置设备介绍,AOD及不锈钢的发展简介,不锈钢定义,在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的通常称为不锈钢耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的通常称不锈耐蚀钢耐高温环境中介质腐蚀的通常称为不锈耐热钢不锈钢在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械、电器、汽车等方面应用广泛,AOD及不锈钢的发展简介,不锈钢历史,1904-1906年，法国人吉耶（L.B.Guillet）首先对Fe-Cr-Ni合金进行了基础研究1907-1911年，法国人波特万(A.M.Portevin)和英国人吉森(W.Giesen)分别发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金耐蚀性1908-1911年，德国人蒙娜尔茨(P.Monnartz)揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念19121913年，英国人布里尔利（H.Brearly）发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利1911-1914年，美国人Dantsizen发明了含14-16%Cr,0.07-0.15%C的铁素体不锈钢19121914年，德国人毛雷尔(E.Maurer)和施特劳斯(B.Strauss)发明了18-8奥氏体不锈钢，并于1929年取得专利权1931年，在法国的Uniex实验室开发了双相不锈钢,AOD及不锈钢的发展简介,不锈钢分类,按美标标准分200系、300系、400系。如201、301、304、321、316、317、309、310、410、409、430、429、436、439、443、445、446、447；按组织分：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢奥氏体不锈钢：普通301、304、含Ti321、含Mo钢316、含Cu钢SUS304J1、高氮钢316LN、高CrNi钢0Cr25Ni20、超级奥氏体不锈钢904L等双相钢：00Cr22Ni5Mo3N、00Cr23Ni4N,S32750,S32101，典型特征高铬高氮低碳马氏体不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、5Cr15MoV。典型特征高碳铁素体不锈钢：普通410、430、409，超纯铁素体(极低C+N)Cr10-14%：409L、410LCr14-18%：429、430Nb、Ti稳定化型Cr14-18%：430Nb、430Ti、439、441、加Mo型Cr14-18%：434、436、444、Cr19-24%：445、445J1、445J2、443Cr25-32%：446、447、448,深入掌握钢种的特点、难点，挖潜设备的功能效率，提高质量并降低成本是工序技术人员或操作人员的工作本质；,不锈钢的用途,不锈钢的用途,不锈钢生产工艺简介,常见的不锈钢生产工艺,2不锈钢冶炼流程,不锈钢生产工艺简介,3不锈钢热轧及退火酸洗,不锈钢生产工艺简介,4不锈钢冷轧工艺,不锈钢生产工艺简介,不锈钢生产工艺简介,不锈钢生产工艺简介,不锈钢生产工艺简介,不锈钢生产工艺简介,常见的不锈钢炼钢工艺路线,注：与AOD工艺类似的有KOBM、MRP、GOR、CLU等，区别为底吹位置和底吹气体差异太钢炼钢一厂不锈钢线、炼钢二厂南区、北区均具备了三步法工艺,AOD及不锈钢的发展简介,AOD的发明及历史,AOD工艺的发现源于1954年在尼亚加拉瀑布城联合碳化公司的金属研究实验室里。WKrivsky当时正在研究碳铬温度之间的关系，并试图协调以前联合碳化公司Hilty和CrafteQk以及英格兰Dennis所得到的某些不同的结果。这些实验包括有向100磅融熔的铬合金熔池表面上吹氧。由于该实验反应的高放热特性，在等温条件下是难于完成实验的。Krivsky就向氧中加氩以控制熔池温度。他发现用氩稀释可使融熔的金属脱碳水平比以前所得到的结果低得多。且不使铬过多地氧化。注意到这些结果和对该系统基本物理化学现象的回顾引导出一种思想观念，即应用这种原理或许可能开发一种对铁铬合金和不锈钢的精炼工艺来。随着就进行了一些年的研究与开发，最初是在铁合金分部而后是在林德（Linde）分部。AOD发明时专门用于不锈钢制造的，75%的不锈钢是使用普莱克斯的AOD工艺生产的。现在它已经被用于生产军工级别特殊钢，工具钢，碳钢和低合金钢，镍基合金，钴基合金，超级合金等，,AOD及不锈钢的发展简介,AOD的发明及历史Argon-OxygenDecarburization（氩氧脱碳）,1967年稍晚些时候印地安那州Joslyn不锈钢公司设计和建立第1台工业用AOD反应装置，并于1968年4月起投产1970Cabot公司（印第安纳州，Kokomo）开始精炼镍基超级合金。1971Joslyn公司（印第安纳州，FtWayne）和ILLSA公司（意大利，Pt，St.Martin）着手采用以氮代氩。1972Cartech公司（宾夕法尼亚州，Reading）用AOD法进行大吨位低合金钢生产。1973Krupp公司（德国，Bochum）采用超声顶部喷枪。1973ESCO公司（俄勒冈州，Portland）成为该工艺的首家铸造用户。1978Daido公司（日本大同特殊钢公司星崎工场）开始采用“弱吹”顶部喷枪。由于顶吹氧突出的优点,新建或改造AOD都把顶吹作为必备的工艺手段1978ESCO公司(密西西比州Newton)成为“全部低合金”用AOD法生产的第一家。1985Wollasten合金公司(马萨诸塞州Braintree)第一家采用小型2吨AOD炉。1985太钢第三炼钢厂建成国内第1座AOD5T。2006年太钢第二炼钢厂北区建成全球最大的AOD炉180t,AOD的基本原理,AOD法的冶金原理是用Ar（N2）稀释CO，使其分压降低，从而使碳脱到很低的水平。AOD原料为初炼炉熔化的钢水。吹炼过程分为氧化期、还原期、精炼期。粗钢兑入AOD炉后，向熔池中吹入氧气和氩气，随着钢中碳含量的降低，铬的氧化增加。为在铬烧损较低的前提下实现快速脱碳，并节约氩气，吹炼初期Ar:O2比较低。随着熔池中碳含量的降低，Ar:O2比逐渐提高。脱碳结束后加入硅铁，同时加入石灰、萤石等造渣剂，并通过吹氩加强搅拌，促进还原和脱硫反应的进行,AOD设备介绍,气体球罐O2、N2、Ar,配气用气阀站,辅助系统上料系统炉壳修砌出渣系统炉前平台除尘系统炉壳烘烤,炉体，倾动系统,神经中枢：一级、二级控制系统,AOD系统的基本组成,AOD设备介绍,4.1AOD炉体及炉型,AOD炉的炉体由炉身和炉帽两部分组成，炉身为圆柱体及一倒置的截头圆锥体，其尺寸的比例大致为：熔池深度：钢渣面直径：炉膛总高1：2：3。炉身下部侧墙的倾角为2025，风口装置在侧墙下部。炉身部分的耐火衬分两部分：内层是工作层，由各种特性的铬镁质耐火砖砌成，厚度为300400毫米；外层为保温衬，一般是用厚度为115毫米的耐火粘土砖砌筑。近来在欧洲与日本，采用镁白云石质耐火材料的工厂正在日益增多。炉帽一般由耐火混凝土捣打成型，也可以用砖砌筑。它的作用是防止吹炼过程中产生激烈喷溅，并在装入钢水和出钢时，保护风口不受钢水侵蚀。,AOD设备介绍,4.2托圈及倾动机构,与氧气转炉一样，AOD炉的炉体是安放在托圈中的。托圈上带有耳轴，承担着支承和倾动炉体的双重任务。托圈平面的位置高于炉体内钢液面水平，因而当炉子倾动机构发生故障时，炉体受钢液重力力矩的作用，会自动转回垂直位置，保证了安全。托圈上的耳轴放置在两侧支承架上轴承内，其中驱动侧的轴承是固定的，另一侧上的轴承则可随托圈膨胀而滑动，不致受热卡死。目前多数AOD炉的炉龄还较低，因而为了进行连续生产，通常采用多个炉体更换使用，即当炉体严重损坏时，用吊车将该炉体吊出拆修，而把另一个已修砌好的，并已经过干燥和预热的炉体吊入托圈。更换时间一般只需45分钟至1小时。炉子倾动机构可使炉子前倾或后倾108。倾动速度大小可变。出钢或出渣时，为了摇炉乎稳，采用低速(大约每分钟0.250.32转)，空炉摇动或复位，采用高速(一般是每分钟0.50.7转)。倾动装置由电动机、减速器和联轴器组成。,AOD设备介绍,4.2托圈及倾动机构,AOD设备介绍,4.3气体喷枪,气体喷枪的构造：氧枪内管采用的紫铜管；氧枪外管采用不锈钢管；枪把和气体分配器。气体喷枪工作原理冷却气由配气包经过钢管和高压皮管，从枪把侧进入紫铜管和不锈钢管中间间隙，进入炉内。主气由混气包经过钢管和高压皮管从枪把正面有又经紫铜管内进入炉内。当工作气停用后，冷却气经过二次阀站进入主气管道内，也可以冷却芯管。AOD炉的气体喷枪，一般安装在炉底附近侧墙上的风口砖内。目前绝大多数AOD炉采用气体冷却消耗式喷枪。风口砖采用优质的再结合60%镁铬砖，喷枪的外套管与风口砖紧密配合，冶炼中的消耗速度基本一致。风口及喷枪的数目随炉子容量递增，目前我厂180tAOD喷枪数量为9支，分布在120度范围。,AOD设备介绍,4.3气体喷枪,非传动侧旋转接头:传动侧旋转接头：Ar/N2套管925mm介质冷却水O2/Ar/N2中心管1100mm水流量45m3/h压力等级4.0MPa入口温度3550管道材料：氧气不锈钢温升10惰性气碳钢入口压力max0.80MPa,AOD设备介绍,4.3气体喷枪,AOD设备介绍,4.3气体喷枪,AOD设备介绍,4.5气体阀站,AOD炉的气体控制系统包括：供气系统、一次阀门站、二次阀门站供气系统气体介质由制氧厂经过处理，确认后，用管道送到用气单位的缶内进行贮存，即：02、Ar、N2分别输入为200m3、120m3三个球缶内(缶内压力最高允许为3.0Mpa)一次阀门站供给AOD炉02、Ar、N2冶炼气体，分别由三个球缶，管道、阀门、减压阀组成。经过一次阀门站减压，按输出压力进行压力调节，即：O21.4、Ar、N21.6Mpa。二次阀门站的作用及操作二次阀门站是将一次减压后的02、Ar、N2气源进一步减压，调整，并根据工艺规程要求进行气体配比。经混气包输入炉内进行吹炼。在送氧、氩、氮空气前必须检查各切断阀是否处于关闭状态，如不是关闭状态，应检查操作室的切断阀是否在关闭位置，确认无误后开启二次阀门站各气源，第一道截止阀，开启时应缓慢旋转阀门，严禁快速开启，尤其送氧气时应绝对按上述规定进行操作。,AOD设备介绍,AOD炉衬耐材介绍,AOD炉体耐材,炉底,镁铬系(使用少)缺点：不连续蚀损和剥落性不理想；对温度很敏感，1700以上时，温度提高40，蚀损增加12MgO-Cr2O3中的铬会被钢水吸收；渣中CaO高能溶解铬尖晶石；镁钙系(广泛使用)抗氧化还原反应很强；抗剥落性很强抗热震性，有较好的塑性,5AOD炉体耐材,5.2AOD耐材烘烤曲线,AOD炉衬耐材介绍,AOD炉体耐材,底吹风口区,AOD炉衬耐材介绍,AOD炉衬耐材寿命评价方法,炉龄：直接用冶炼炉次评价炉体寿命。优点：简单易统计；缺点：不同钢种冶炼过程对耐材侵蚀严重程度有差异，侵蚀时间有差异，无法区分品种结构变化的影响；折算炉龄：预先评价不同钢种的侵蚀系数，按侵蚀系数加权计算出折算炉龄。优点：较炉龄科学。缺点：无法跟细致的分析过程变化。按实际冶炼时间或加权实际冶炼时间(氧化期、还原期、等待时间分别定义折算系数,通常为0.3,0.6,0.1，更为细致的做法是增加高温区时间、出钢后低温等待时间)优点：可以更为科学的区分耐材的寿命，实际上是将炉龄转换为直接关联的冶炼过程参数。缺点：统计复杂。受冶炼钢种、炉容、耐材质量、炉衬厚度的差异，不同炉之间的炉衬寿命不容易准确比较。,AOD炉衬寿命是非常重要的指标，炉衬寿命的高低和炉壳更换时间直接影响着不锈钢生产线的生产节奏，因此AOD炉衬的维护对于不锈钢的生产而言是很重要的一项工作。并综合体现生产组织、造渣水平、过程温度控制的水平。追求高炉龄或经济炉龄是操作人员提升操作水平、技术人员设计或改善工艺的重要指导；,AOD炉衬耐材介绍,AOD在线监测设备-副枪,副枪的起源和发展副枪硬件的技术诀窍源于日本新日铁公司，其首次在1980年应用于荷兰康利斯公司2号转炉车间的23号转炉上。为提高转炉炼钢的效率，实现对转炉过程的动态控制，副枪的运用很广泛，特别是在100吨以上的大转炉上。通过副枪探头，可以不倒炉连续或单独地测定温度、碳、氧、液面并取样，很大程钢铁提高转炉的作业率，通过建立模型，可实现全自动炼钢。,副枪的作用,副枪设备是转炉在垂直状态不间断吹炼的情况下对钢水进行测温取样的有效工具。现代炼钢技术依靠副枪的测量来调节吹氧量和转炉原料的添加量。副枪系统具备以下主要功能：在测量前自动选择探头并连接到副枪探头的夹持器上；用TSO探头可测量冶炼终点温度、氧活度(仅在吹炼终点时测量)、取样，同时可测量吹炼后的熔池液位；用TSC探头可测量冶炼过程温度、定碳、取样；将传感器信号传给信号处理器，再经PLC传给过程计算机，实现自动控制；在转炉控制室的工作站上可直接显示结果和质量代码；从副枪上可自动取下探头；使用副枪的优点：减少出钢时间（减少8分钟炉）降低铁耗（降低10公斤吨钢）增加废钢消耗（增加10公斤吨钢）减少氧气消耗（减少1.0立方米吨钢，动静态模型下）节省能源（相当于20）减少耐材损耗（减少20）改善工作环境,副枪的工作描述,转炉上有一烟罩系统。在接近吹炼终点碳含量约为3000ppm时，副枪将穿过活动烟罩进入转炉进行过程检测，测量结果经处理后传到过程计算机中来计算吹氧量及冷却剂的添加量并具体实施，以满足钢水终点碳含量和温度的要求。同时试样被回收并分析以判断终点的钢水成份。在修正后的吹炼结束时，副枪可再次进入转炉取样并获得其它信号以确定终点碳含量，温度和氧含量。如果需要补吹，也可进行三、四次甚至更多次的测量。在回收试样时，副枪设备可自行取下探头放入直通操作平台的探头收集槽。试样被从探头上自动分离出来并送到化验室进行分析。,副枪的结构,卷扬平台,副枪枪体,密封帽，副枪入口（测量位）,探头自动安装装置（连接维护位）,探头收集槽,主氧枪,浸入熔池中的副枪,旋转框架和旋转设备,气动刮渣器,副枪的结构,信号电缆,枪体冷却水导管,副枪提升驱动系统,副枪枪体,探头存储箱,副枪导向辊,主氧枪孔,副枪升降速度表,副枪的探头综述,副枪探头分类：T：单测温探头，可在后吹后只需测温时使用，相比其他两种副枪探头，可节约成本。TSC：用于测定冶炼过程温度、定碳、取样。采用高精度的定碳盒，通过测定钢水的凝固温度，计算出钢水中的碳含量，以决定后吹的时间及供氧量。同时取出一个双厚度样，可做光谱和气体分析。可用在温度和碳的动态控制。TSO：用于测定冶炼终点温度、氧活度、取样。采用氧电池精确测定终点钢水的氧活度，根据转炉钢水的碳氧平衡计算钢水中的碳含量，以决定出钢时的配碳及脱氧剂和合金的加入量，并可测定溶池的液面高度。同时取出一个双厚度样，可做光谱和气体分析。特点：高精度，定碳精度达到0.02%,完全可以依靠副枪的数据，进行全自动冶炼。,副枪的探头综述,副枪的探头综述,入口,入口,测熔池温度的热电偶,保护帽,预装钢水的管腔,脱氧剂,用于测钢水凝固温度的管腔,脱氧剂,为光谱分析和燃烧分析取的双厚度样,TSC探头吹炼过程用，测定冶炼过程熔池的T和C含量和取样；为调整终点控制，提供依据,用于光谱分析的样表面,降低氧枪供氧强度和底吹流量；吹炼终点前2分钟使用；副枪探头插入深度500700mm；测量时间6.5秒。,副枪的探头综述,TSO吹炼终点用.测量熔池T和O含量；取终点成份样；计算脱氧剂加入量；测量熔池液面,测熔池温度的热电偶,保护罩,脱氧剂,Samplesurfaceforspectroanalysis,氧电池,为光谱分析和燃烧分析取的双厚度样,氧枪提枪后停留3050秒使用；副枪插入深度700mm；测量时间9.5秒,副枪的使用过程的问题,第二章AOD冶炼模型基础,VAI二级模型介绍,一级PLC化验室,二级系统结构:,VAI二级模型介绍,冶炼模型工作图示:,C含量,钢液温度,DEC4测温取样,氧化终点测温取样,兑钢取样,还原,取样调成分,VAI标准冶炼操作SMP介绍,SMP构成:,钢种元素成分设置：最小值、目标值、最大值工艺路线设置：两步法、三步法冶炼步骤设置：氧化期：DEC1-DEC8，还原期：RED1-RED2，脱S期：DES、成分调整期：ADJUST，反吹期：REBLOW，出钢期TAP每个冶炼步骤的过程参数设置冶炼时间：最小值、最大值C含量：最小值、目标值、最大值钢水温度：最小值、目标值、最大值开始加料时间及是否取样SOP、B1、B2、B3设置每个冶炼步骤的物料分配设置设置每种料在不同冶炼步骤的分配比设置禁用料设置强制用料,VAI二级模型介绍,二级系统结构:,二级模型核心由各种冶金模型组成，并根据冶炼状态分为预计算模型和在线计算模型预计算根据设定值计算工艺参数及分步骤的状态参数，在线计算模型在冶炼过程中根据实际控制情况动态计算实时状态参数；冶金模型核心包含:装料模型、成分模型、合金化模型、热模型、还原模型、造渣模型、脱S模型二级模型服务处理模型结果与数据库之间的数据通信，以及一级、三级与二级的通信,基本模型参数介绍,氧化期:,CRECarbonRemovalEfficiency脱C利用系数；CRE=O2C/(O2totalO2Si-O2AlO2CO-CO2)O2C以生成CO计算脱C用氧量。O2totalO2Si-O2AlO2CO-CO2)总氧量-脱Si、Al用氧量-CO二次燃烧用氧；PRC顶枪供氧二次燃烧率PRC=O2CO-CO2/O2toplanceO2CO-CO2二次燃烧生成CO2的用氧量。O2toplance顶枪总氧量；B1、B2、B3碱度定义公式B1=(CaO)/(SiO2+Al2O3)B2=(MgO)/(SiO2+Al2O3)B3=(CaF2)/(CaO+MgO)SOP氮氩切换点switchofpoint临界C含量在一定的气体配比，脱碳速度显著降低时对应的C含量就是临界碳含量。达到临界浓度时，必须改变气体比降低CO分压，否则造成Cr大量氧,4AOD工艺模型,工艺模型能够适应不同的装入制度和原料条件，例如上面提到的使用热铁水冶炼不锈钢。与传统的基于废钢冶炼不锈钢的生产线的主要不同是，使用的预溶液中的碳和高碳铬铁中的碳更高。AOD二级系统考虑到这种特殊条件，并给出高碳和低溶池温度范围的热量和物料平衡描述。由于可以利用的冷却废钢的限制，工艺模型允许使用海绵铁或矿石进行冷却，这种冷却模型在其它炼钢厂有成功的经验（主要是取决于冷却剂的含P量是否满足工艺的要求）。AOD冶炼的全过程都可以通过L2模型来实现，工艺模型的组成如下：,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.1预计算模型：预计算模型计算在AOD炉中各个工艺步骤的处理时间，达到最终的出钢成分以及钢液熔池的温度和质量所需要加入的材料、气体量，同时为了达到各个不同的工艺步骤的工艺温度，该模型优化了在各个冶炼步骤中冷却料和造渣剂的分配和次序（根据SMP中的配料表）。预计算模型包括五个不同的方面：预熔体的混合比的计算为了达到目标的重量，成分和碱度对合金、废钢和熔剂的计算和分配为了预测钢，渣和废气的重量和成分以及每一工艺步骤之后的钢水温度对正在进行的反应进行计算。为了优化工艺修改阶段设定值（碳含量和温度的目标值，气体流量，添加料的分配）。如果一个工艺阶段没有达到目标值，给操作员提供信息和警告。注：预计算可以被重复，当一旦操作员对准备生产炉次的温度曲线满意时，他可以将设定值发送到一级预计算模型可以作为一个选项被提供用作冶金专家的模拟工具。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.2成分模型：合金模型的目的是计算为了达到目标的出钢成分和出钢重量所需要的合金和废钢的量，该功能是预计算模型的一部分，在吹氧之前应用，计算得出的材料根据SMP被分配给各个工艺步骤。为了在冶炼结束时达到目标的钢水成分和重量，合金模型自动从可使用的材料（来自一级）和不被禁止的材料（来自SMP）中找出合金和废钢的最经济的混合比。它包括强制材料和经过计算来自废钢料槽中的材料，尽可能的计算得出合适材料达到SMP中的目标成分和重量要求，如果不能同时满足钢水成分和重量，则钢水成分优先。计算得出的材料根据SMP的分配表分配到各个不同的工艺阶段，加料时间、加料速度来自SMP，添加料的重量以及分配，加料时间和加料速度也可以由操作员来改变。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.3热模型：循环计算实际的热量平衡。这种计算是基于先前计算的热量温度、反应的热焓和转炉热辐射和热传导引起的热损失。分析模型是将热力学和动力学的原理应用来计算AOD炉内的冶金反应，能周期性地计算AOD炉内正在发生的反应，包括添加料的溶解，氧化和还原反应，钢液熔池中氮、氧和氢的增加，钢渣之间硫和磷的分配，CO和H2的二次燃烧和钢渣中的元素和氧化物的蒸发。分析模型根据来自一级系统的信息，计算渣和金属熔池钢水的成分的变化，实际吹入的气体流量，合金辅料的重量和成分以及在开始计算时的冶炼状态都将会在计算时考虑。热模型周期性地计算冶炼的实际热平衡。计算以先前计算的冶炼温度，反应焓和由转炉辐射和传导引起的热损失为基础。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.4合金化模型：合金模型是计算需要的合金和废钢数量以便能够达到钢种要求的目标成分和目标重量。计算的原料的重量根据标准的冶炼经验分配到不同的工艺步骤中。合金模型计算为达到钢种的目标成分和目标重量所能够达到的最便宜的合金和废钢的组合。计算的组合包括必须加入的原料和废钢（必须加入原料的重量不需要任何改变由于价格和钢种的成分）以及调整的原料最终达到要求的重量和成分。计算的原料的结果根据SMP分配到各个工艺过程中。加入原料的重量和如何分配，加入的实际时间和速度都可以手动干预。假如手动干预，模型不再进行复算，即使目标成分达不到。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.5复吹模型：复吹模型的作用是在复吹之前，计算所需要的吹氧量和原料。复吹模型可以在还原前（温度和碳的调整）和还原以后（温度、碳、硅、氮气的调整）开始。操作工必须选择复吹原因指示并选择适当的菜单。模型开始计算需要的硅铁、石灰数量和持续时间和氧气消耗等。二次吹炼模型的目的是计算为了在二次吹炼后达到目标条件所需要的气体和材料的量。该模型可以在还原之前（用于温度和碳的调整）和还原之后（用于温度，碳，硅和氮的调整）开始。操作员必须在启动模型时指出二次吹炼的原因并选择一个适当的吹气方案。然后模型会计算所需要的FeSi和石灰的量以及吹炼的持续时间和气体消耗。需进行二次吹炼的五个不同的原因：在氮含量过高的情况下模型计算脱氮的二次吹炼。在氮含量过低的情况下模型计算增氮的二次吹炼。在温度过低的情况下模型计算升温的二次吹炼。在碳含量过高的情况下模型计算脱碳的二次吹炼。在硅含量过高的情况下模型计算脱硅的二次吹炼。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AOD工艺模型,4.6溶池高度模型：溶池高度模型计算装入预溶体后液体溶池表面的位置（定义为溶池表面到炉壳底部）。这个位置用于调整在吹炼过程中氧气距溶池表面的高度和计算溶池的静态压力，分析模型的这一功能周期性地进行。AOD炉的简化的几何形状：耗损指数被分配给每一层的四点，从初始中线算起每过90一个点（从重新砌衬开始冶炼若干炉不锈钢之后以m计的耗损）。也考虑转炉底部的耗损。AOD炉容积在每冶炼一炉之后重新计算，在下一炉的预熔体被兑入之后相应地计算熔池液位。,VAI标准冶炼操作SMP介绍,4AODL2工艺模型,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.1AODSMP,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.1AODSMP,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.2钢种及原料编辑,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.2钢种及原料编辑,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.3模式及参数编辑,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.3模式及参数编辑,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.4预计算,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.4预计算,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.5生产步骤计算,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.5生产步骤计算,VAI标准冶炼操作SMP介绍,冶炼步骤进入下一步的规则,各冶炼步骤的步骤的跳步规则，实质是控制脱C速度、冶炼过程温度、过氧化的平衡。二级SMP设置、实际操作时氧化期动态控制跳步是体现冶炼水平关键；,C设置过低将导致高氧氩比吹炼时间过长，导致过程温度太高；C设置高温度导致冶炼时间延长；当CAim=0时，如DEC1-DEC2，满足以下条件之一：T=TAim且CminTmaxCTmin当CAim0时，DEC3以后，满足以下条件之一：C=CAim且TminTmaxCTmin,5AOD过程控制实绩,5.5生产过程计算,VAI标准冶炼操作SMP介绍,5AOD过程控制实绩,5.6还原控制,还原加Fe-Si功能脱氧还原渣中Cr2O3、氧化铁等合金化,Fe-Si计算根据吹入钢中氧气反应的平衡理论，由吹入的氧气量、入炉C含量、氧气利用率、还原Si含量等参数推算出还原用Fe-Si量，配气工根据炉况等因素可调整加入量（100Kg）。还原用Fe-Si量计算公式:=消耗总氧量（m3）-脱碳消耗氧量（m3）-脱硅消耗氧量（m3）1.66+合金化硅铁量=消耗总氧量-兑入Si含量1280-加入合金量合金含Si量0.008-(兑入C含量1492.8-予计终点C含量1679.4)-加入合金量合金含C量0.00932X1.66+予还原目标Si含量2400,VAI标准冶炼操作SMP介绍,第三章AOD冶炼不锈钢工艺基础,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD预溶液:,预溶液是精炼钢水纯洁度、生产效率、冶炼成本，以及成品成分精准度的保证；预溶液的要求：钢水温度、钢水成分、钢水重量、渣重、钢水到站节奏的精准度；不同钢种的生产工艺路线对预溶液的要求不同：C脱C反应放热作为AOD精炼的部分热源。初始C含量过高导致吹氧时间长，过程温度高；而C含量过低导致还原硅消耗增加，容易造成温度低后升温或反吹；预溶液来源EAF：根据不同钢种的AOD生产周期要求，通常控制在1.5-2.5%之间；由于电炉使用廉价资源，且电炉几乎不脱C，预溶液C含量也可以达到2.5-3.5%。预溶液来源脱P铁水：预处理脱P铁水C含量约4%，转炉脱P铁水？%；冶炼过程需补加C。在确定C含量时，除考虑全工序的生产节奏匹配、综合成本要求外，在两步法生产时，要重点考虑AOD的还原Si消耗，渣量，渣氧化性、脱S等质量控制要素；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD预溶液:,Si脱C反应前首先进行脱Si反应。初始Si含量过高导致吹氧时间延长，石灰消耗增加，氧化期渣量上升对耐材寿命和脱C反应造成不利影响；而Si含量过低导致预溶液氧化性强，影响前工序的金属收得率；预溶液来源EAF：根据AOD炉龄和电炉金属收得率的要求通常控制在0.1-0.3%之间；由于电炉使用廉价资源配Si量上升，电炉脱Si不良；预溶液Si含量上限也可能达到0.4%。预溶液来源脱P铁水：预处理脱P铁水、转炉脱P铁水的Si含量为0。当预溶液的钢水温度且C含量很低时，为促进脱C反应，可在预溶液中加FeSi补充热量；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD预溶液:,MnMn的氧化还原性质介于Cr和Si之间，除高Mn钢外AOD通常对预溶液的Mn含量不做要求，考虑到电炉生产效率及Mn收得率问题，Mn合金化通常在AOD完成；P考虑到分析波动、补加合金增P，普通品种预溶液P含量需控制在规程成品上限-0.003%以内，特殊要求钢种需控制在规程成品上限-0.005%以内；由于AOD冶炼不锈钢不脱P，因此发现预溶液P含量高时，AOD需准确计算预测成品P含量，特别时加入低P合金，但造成成本升高；SS含量与电炉原料及造渣有关，通常预溶液的S含量在0.02%以内；要根据所炼钢种成品S要求及工艺路线确定预溶液S含量的要求。特殊情况下AOD可进行换渣操作满足S的要求；CrCr是不锈钢的主元素。要考虑前工序预溶液Cr含量的控制能力及生产效率，以及AOD所冶炼钢种的质量要求设计预溶液的Cr含量。通常为控制范围为(成品目标成分-1，成品目标成分)，高Ni、高Mo钢要提高Cr含量。,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD预溶液:,NiNi是300系不锈钢的主元素，也是最重要的成本构成要素。从成本方面考虑，一方面确保成品Ni成分下限控制，另一方面AOD使用纯Ni要少，AOD要控制合理的调Ni量。通常预溶液Ni成分控制范围为（规程成分下限-0.5，规程成分下限)，对于高Cr、Ni含量的耐热钢，由于AOD出钢温度更低，Ni金属通常要作为降温料来使用，Ni成分可比规程目标低1-2%；MoMo是含Mo不锈钢如316L、317L、双相钢、436L、444等成本构成要素，由于EAF的Mo收得率低，因此Mo完全在AOD内进行合金化，预溶液对Mo含量不作要求；Cu非含Cu要求预溶液Cu含量尽量低；含Cu钢的Cu元素尽量从废Cu、废钢中带入，预溶液对Cu含量不作要求；N不做要求；As、Sn、Pb、Sb、Bi无害元素尽量少；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用辅料（石灰、萤石、白云石、轻烧镁球),堆密度0.95t/m3CaO含量约90%避免生烧，生烧容易降温及增C活性度高，确保成渣速度和反应能力粉率高易被除尘系统抽走,石灰保持一定的炉渣碱度从而促进还原脱S脱O以及保护碱性耐火材料。石灰的质量对炼钢至关重要；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用辅料（石灰、萤石、白云石、轻烧镁球),堆密度1-1.2t/m3CaF2含量约85%SiO2含量尽量低，控制炉渣碱度时应考虑萤石中带入的SiO2,萤石促进渣中各种氧化物溶解成渣，提高炉渣流动性，强化还原、脱S反应。易加重耐火材料侵蚀,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用辅料（石灰、萤石、白云石、轻烧镁球),堆密度1t/m3轻烧镁球MgO含量约70%,白云石、轻烧镁球主成分MgO。使渣中MgO含量与炉衬耐火材料的MgO达到平衡，减少炉衬MgO侵蚀。,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用合金纯镍、镍铁、高碳铬铁、低碳铬铁、普通硅铁、微碳硅铁、高碳锰铁、电解锰、钼铁、氧化钼、电解铜板、钒铁、钛铁、铌铁,镍豆堆密度3.3t/m3，剪切镍板4.8t/m3镍豆含量分别在96%，镍板通常在99%,镍通常在氧化期加入，还原后进行微调；镍豆容易碎，剪切镍板易堵料仓；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用合金纯镍、镍铁、高碳铬铁、低碳铬铁、普通硅铁、微碳硅铁、高碳锰铁、电解锰、钼铁、氧化钼、电解铜板、钒铁、钛铁、铌铁,堆密度3.6t/m3Cr含量67%粉率高影响收得率,高碳铬铁通常在氧化期加入；低碳铬铁对于低碳钢还原后微调Cr使用；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用合金纯镍、镍铁、高碳铬铁、低碳铬铁、普通硅铁、微碳硅铁、高碳锰铁、电解锰、钼铁、氧化钼、电解铜板、钒铁、钛铁、铌铁,堆密度2t/m3Si含量75%,硅铁通常在还原期加入；微C硅铁用于超低碳钢种；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用合金纯镍、镍铁、高碳铬铁、低碳铬铁、普通硅铁、微碳硅铁、高碳锰铁、电解锰、钼铁、氧化钼、电解铜板、钒铁、钛铁、铌铁,堆密度4.7t/m3Mo60%,钼铁通常在氧化期前期加入；因钼铁熔点高,比重大9.0t/m3，在钢包内调整收得率低，因此Mo成分在炉内调整要调整好；为节约成本，AOD使用氧化钼替代钼铁,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,AOD用合金纯镍、镍铁、高碳铬铁、低碳铬铁、普通硅铁、微碳硅铁、高碳锰铁、电解锰、钼铁、氧化钼、电解铜板、钒铁、钛铁、铌铁,高碳锰铁：堆密度3.6t/m3，Mn含量70%，P含量高0.18%，使用时注意增P；电解锰：Mn含量99%；硼铁：B含量16%，堆密度3.1t/m3,了解合金的主元素成分、有害元素成分、并掌握收得率、降温系数有助于避免出现废品，提高成分、温度控制能力，当然这些参数的数值会随原料质量、分析偏差、钢水计量的波动而变化，具体控制成分时要随时注意理论计算值与分析值的偏差，保留空间避免问题发生；,AOD用预溶液、原辅料及能源介质要求,能源介质O2、N2、Ar,不同的炉容量对AOD使用气源的压力要求不同压力太高，造成气体放散浪费压力太低，吹氧流量降低，烧损风枪对Ar气的成分主要是含N的要求，避免增N冷却水流量不足时导致停吹,理论基础知识,钢液及熔渣的密度,铁碳熔体的密度（kg/m3）=8523-0.8358(T+273)-210%C-164%Al-60%Si-55%Cr-7.5%Mn+43%W+6%Ni,副枪设备是转炉在垂直状态不间断吹炼的情况下对钢水进行测温取样的有效工具。现代炼钢技术依靠副枪的测量来调节吹氧量和转炉原料的添加量。副枪系统具备以下主要功能：在测量前自动选择探头并连接到副枪探头的夹持器上；用TSO探头可测量冶炼终点温度、氧活度(仅在吹炼终点时测量)、取样，同时可测量吹炼后的熔池液位；,理论基础知识,原辅料降温系数,钢水中每加入原辅料的重量为钢水重量1%造成钢水温度的变化。/%-Steel,元素氧化发热及升温系数,钢液中每0.1%的元素氧化放出的热量及对钢水升温的温度；,理论基础知识,金属收得率的计算方法,金属收得率的准确定义和计算是精准控制钢水量、成分的基础描述金属收得率的指标有：金属收得率、净金属收得率、各合金元素的收得率（Cr、Ni、Mo等)，不同指标有不同的意义，根据需要灵活应用；金属收得率=出钢量/（装入钢水量+总合金补加量)，统计简便，未考虑脱C、脱Si、还原剂的消耗，用于简单的估算；净金属收得率=出钢量*(100-C-Si)/(装入钢水量*(100-C-Si)+合金补加量*(100-C%-Si%)，剔除C、Si元素后的金属收得率，主要用于描述钢水流失的影响；合金M元素收得率=出钢量*M/（装入钢水量*M/+合金补加量*M%),与净金属收得率结合使用评价金属元素的收得率水平；还原剂单耗，主要是还原Si或Al消耗，kg/t。还原剂单耗=还原剂总量/钢水量-Si*10,特指用于还原的Si或Al的消耗，不包含合金化部分；还原剂消耗与预溶液条件、冶炼过程控制、还原是否充分、还原剂的质量(如粉率)、还原后钢液中Si的分析偏差有关,1钢液中碳与铬的竞争氧化,当熔池中同时存在着铬及碳时，氧化的特征表现为两者的竞争氧化。这两个主要的氧化反应是：nC+nO=nCO（式1）K1=PnCOanCanOmCr+nO=(CrmOn)（式2）K2=a(CrmOn)(amCranO)将式（1）与（2）相减，可得：nC+(CrmOn)=mCr+nCO（式3）式(3)就是钢液中碳、铬竞争氧化的表达式。若能控制热力学条件，使反应向右进行，则其综合效果为“降碳保铬”。相反，若在一定的热力学条件下反应向左进行，则综合效果为“脱铬保碳”。显然，对于不锈钢精炼来说，需要的是前者，而“脱铬保碳”只用于含铬铁水炼钢前的预处理摇包脱铬中。,AOD冶炼基础理论,1钢液中碳与铬的竞争氧化,如果将式3)的平衡常数表达式作些变换，则就可以直接给出钢液中平衡的碳的活度：考虑到Cr9%时，m3,n4，并认为在钢液氧化过程中生成的铬的氧化物Cr3O4在渣中饱和析出，a(Cr3O4)1，则钢液中平衡的碳的活度可表示为：(式4)式(4)明确地示出了碳与铬竞争氧化的热力学条件，即在一定含铬量的条件下，只要提高熔池温度，使K3增大，就可使平衡的碳活度降低；同理，降低Pco，也可获得较低的碳活度。式(4)也表明，在同样的温度和压力条件下(K3及Pco一定)，钢液含铬量越高，则其对应的平衡含碳量也越高。这就是说，如果钢液含铬量提高，则要使含碳量降至同样的水平，就必须有更高的温度或更低的压力条件。,AOD冶炼基础理论,1.1钢液中碳与铬,竞争氧化的实验关系DCHilty根据渣中(Cr3O4)趋于饱和时a(Cr3O4)1，以及大气下冶炼Pco1大气压的情况，对大量实验数据进行了整理，作了不同温度下的%C%Cr)平衡图，如图24所示。他发现在Cr330%的情况下，1gCr%C与温度有近似直线的关系，提出了以下实验关系式：lg(%Cr/%C)=15200T+9.46(式5)以后作者又将此实验关系式修正为至今常用的经典近似式：lg(%Cr/%C)=13800T+8.76(式6)式(5)及(6)，除了假设Pco=1及a(CrmOn)1以外，还作了m=n1以及fcr=fc的近似。然而对于18-8型铬镍不锈钢的冶炼，由于钢中存在大量的镍，这将明显提高碳的活度而对铬的活度影响不大，从而导致fcrfc，故上述两式应做相应的修正。镍对钢中%Cr/%C)和温度关系的影响，见下图1。,AOD冶炼基础理论,1.1钢液中碳与铬,显然，在铬镍不锈钢脱碳精炼时，如果钢液中已含有10%左右的镍，对降碳保铬是有利的。,AOD冶炼基础理论,1.2C、Cr的选择性氧化,向高铬钢液中吹入氧气时，钢中碳与铬的氧化反应分别为：3/2Cr+O2(g)=1/2(Cr3O4)(s)（式7）FCr-O=178400+53.42T2C+O2(g)=2CO(g)（式8）FC-O=6670020.34T两式合并，即得到熔池中C、Cr的竞争氧化反应式：3/2Cr+2CO(g)=2C+1/2(Cr3O4)(s)（式9）FCr-O=111200+73.54T式（9）的平衡常数可表达为：KCrC=(a1/2(Cr3O4)a2C)(a3/2CrP2CO)（式10）O4)很快饱和，有固体(Cr3O4)析出，故可以认为a(Cr3O4)1。这样，式（10）可改写为：KCrC=a2C(a3/2CrP2CO)根据化学反应的等温方程式并将相互作用系数代入，即可得出温度、压力对碳、铬选择氧化的基本关系式如下：0.46%C+0.0237%Ni0.0476%Cr+2lg%C1.5lg%Cr2lgPco=24300T16.7（式11）这样，就可以根据相应的%C、%Ni含量，求出在此条件下，不同终点碳所对应的温度与压力值。,AOD冶炼基础理论,AOD脱碳模型,AOD脱碳反应理论；,结论：要使碳优先氧化，同时避免铬的氧化可采取两种措施：一是提高钢水温度；二是降低CO气体分压。降低CO气体分压的方法已成为不锈钢精炼的主要方法，按降低CO分压的方法分为减压精炼法和稀释精炼法两大类。AOD通过在O2气中混入氮气或Ar气降低CO分压，数据稀释精炼法。如前所述：在氧化期的不同阶段，设定不同的O2/Ar(N2)比，达到去碳保铬的目的；钢水中含Cr时，影响氧和碳的活度系数值减小,含Ni时轻微增加活度系数值。含Ni300系不锈钢比400系脱碳稍微容易一点,1.2C、Cr的选择性氧化,式(11)给出的温度、压力对不锈钢液中碳、铬选择性氧化的关系式，仅仅是热力学规律的分析，其前题是有关的反应均达到平衡，且熔池处于均匀状态。但实际的精炼过程，往往因各种动力学条件的影响而达不到热力学规定的理想状态。为此，中西等人根据氧气底吹转炉(Q-BOP法)吹炼过程中，装置特性和工艺参数对碳优先氧化程度的影响，提出了一个称为“碳选择氧化指数”的新概念，即所谓的ISCO(IndexforSelectiveCarbonOxidation)。它可以用下式表示：ISCO=2QO2（2QO2+Qd）(QO2W)（式12）式中：QO2供氧速度，标米3/分；QdAr等稀释气体吹入速度，标米3/分；W钢水量，吨；熔池搅拌混合均匀时间，秒。,AOD冶炼基础理论,1.2C、Cr的选择性氧化,分析式(12)就可看出，其中2QO2/（2QO2+Qd）实际上就是熔池中的一氧化碳分压力Pco。因为吹入1摩尔氧气，将产生2摩尔的CO气体，而惰性气体是不参予反应的。(QO2/W)是单位钢液的供氧速度，即供氧强度。而混均时间，反映了熔池形状及风口位置、数量、吹气强度等设备结构与动力学参数，标志着熔池的搅拌条件。因此可以说ISCO是把热力学、动力学条件结合起来判断钢液中碳选择性氧化的程度。实践证明，它在判断QBop过程碳和磷的选择性氧化方面十分有效。ISCO的值越小，则碳的选择性氧化程度越大。磷在氧化、还原反应的热力学特征方面与、铬十分相似，因此有人利用它来判断AOD不锈钢精炼过程的选择性氧化情况，取得了较好的结果。当然，这只是一种终点状态的判断，实际吹炼过程中温度是在不断变化，成分也在不断变化。由于不锈钢吹氧降碳过程无其他热源，因而钢液仅靠元素氧化的反应热而升温。如果假定在此短促过程的热损失可忽略不计，则利用热化学数据可从理论上(而非工程上)计算不锈钢选择氧化过程。,AOD冶炼基础理论,1.2C、Cr的选择性氧化,Cr的氧化反应式为：3/2Cr+O2(g)1/2(Cr3O4)(s),H一178400卡假定Cr3O4的Cp与Cr2O3的相似，则吹入室温的氧气时铬的氧化使钢液升温的程度为：T=（13810.5+1/231.5）=113而C的氧化反应式为：2C+O2(g)=2CO(g),H一67200卡则吹入室温的氧气使钢液中碳氧化时钢液升温的程度为：T=（6720012360）（42.110.5+28.59）=118由以上热力学计算可知，当未考虑炉渣、炉衬升温吸热以及炉子的热损失时，用室温的氧气吹入熔池，每氧化1%的铬，可使钢液升温113，而每氧化1%的碳，可使钢液升温118。,AOD冶炼基础理论,2不锈钢脱碳反应动力学,用插入式吹氧管向钢液中吹入氧气时氧的分配：使钢液脱碳，并形成一氧化碳；使铁氧化，生成渣中的氧化铁；使钢中氧提高。从数据可以看出，在钢液含碳量高时，吹入的氧气中90%。以上用于脱碳，很少一部分用于使铁氧化成氧化铁渣，而钢中溶解氧的增加可忽略不计，在中碳区域(%C0.20.5)，随着含碳量的降低，供氧用于脱碳的比例逐步减小，用于使铁氧化的比例则逐步增大，最后达到约占三分之一，而使钢中氧提高的比例仍不超过5%。在%C0.1的低碳区域内，吹入的氧大部分甚至极大部分是用于铁的氧化，而用以脱碳及使钢中溶