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1Met.Mater.Int,21卷,1号(2015),页118~118Doi:10.1007/s12540-015-1014-8提高奥氏体不锈钢炼钢的脱碳率YoungjoKang1,YongHwanKim1,andHo-SangSohn2,*1POSCO,TechnicalResearchLaboratories,Gyeongbuk790-785,KoreaKyoungpookNationalUniversity,SchoolofMaterialScience,Daegu702-701,Korea(receiveddate:16November2013/accepteddate:29April2014)为了提高碳含量较低地区的脱碳率，在熔融脱碳不锈钢中进行阿甘氧脱碳,惰性气体通过喷枪吹到熔渣和钢液中。在脱碳过程终点，碳含量达到比传统的水平低的值而没有惰性气体顶吹。脱碳率是可以被改进的，可能是由于在渣/金属界面和CO气体的稀释的干扰，脱碳步骤在铬还原渣和脱碳的影响下，对炉渣中的氧化物进行了实验和理论研究。在含氧化铬渣的存在下建立的动力学模型，进行熔融不锈钢脱碳。渣液的部分出现对一个更有效的脱碳反应来说是必不可少的。为了更好地控制渣，为此也提出了防止增碳的生石灰的措施。关键词：氧化，脱碳，界面，传质1.引言现代不锈钢生产主要包括EAF（电弧炉）—AOD（氩氧脱碳）-炉外精炼。在这里，AOD工艺在不锈钢冶炼中扮演着非常重要的角色，几十年来，AOD工艺已经成为提高生产力的主要关注对象。由于AOD工艺最重要的功能是不锈钢钢水脱碳，所以就要促进缩短脱碳反应的时间。在脱碳初期，由于碳含量高吹氧气是比较高效的脱碳。这一阶段用吹氧速率来控制脱碳速率。因此，一个巨大的努力研究重点就是如何在碳含量高的地区提高供氧速率。在80年代初，对顶吹氧进行了改进，增加供氧率，从而增加脱碳率[1,2]。出于同样的原因，如侧加装各种活动吹风口和尝试船舶振动的适当控制[3]。相反，当碳含量低时，并不是所有吹的氧气都可以促进脱碳，因此，作为被广泛理解的是，脱碳速度随着碳含量的降低而减少了。由于低碳区过程的时间一般比高碳区的时间长，所以重要的还是提高低碳区的脱碳速率。近年来，对高质量的不锈钢需求提高，例如，低碳级不锈钢和双相不锈钢钢，大幅增长。由于扩展的处理时间，除炭低等是必要的内容，对后期阶段的脱碳速率要求加速。在这个地区，脱碳主要是控制是通过在钢水中碳的传质和Cr2O3还原为公式（1）Cr2O3（s）+3C=2Cr+3CO（g）（1）2直接反应向右边，CO的压力应降低与钢液充分搅拌。一种惰性气体和氧气的混合物，然后再吹入AOD过程中的碳含量低的区域。促进搅拌和CO气体的稀释，一种解决方案是顶吹惰性气体。在以前的报道研究[4]，也缺乏系统的认识对AOD脱碳渣条件。在这项研究中，进行了实验，找出如何提高低碳区脱碳速度。还研究了惰性气体顶吹和渣条件控制的影响。*Correspondingauthor:sohn@knu.ac.krKIMandSpringer提高奥氏体不锈钢的脱碳率图2。典型的扫描电镜照片渣后在不锈钢面形成的初步实图1。实验装置示意图2.实验程序探讨不锈钢钢水脱碳行为，许多实验室规模的进行了实验。如图1所示，在大多数实验，感应炉配有气体入口顶底复吹法。钢样品中所含氧化镁坩埚位于石墨加热元件。温度控制在1923K±2K，通过热电偶置于石墨加热元件的下面。初步实验模拟在AOD渣条件脱碳过程中进行。约2000g的钢样，2wt%C-18wt%Cr—8wt%ni-0.2wt%Si的初始组合物，在感应炉熔炼。一旦熔融，大量的生石灰进行了介入。底部和顶部的钢液吹入氩气和氧气（20立方厘米/秒），分别地，大约20分钟后，渣形成在钢液和样品中。样品的断面在扫描电子显微镜（SEM）下仔细检查，在图2中给出了显微照片。请注意，渣主要由铬3的氧化物和CaO以及小体积的含CaO和SiO2复合液渣。在实际和实践中，可以预期的是，目前顶吹氧后大量的钙铬铁矿是Cr氧化物在低碳区脱碳起着重要的作用。2.1.惰性气体顶吹在低碳范围内研究顶吹对氧化铬的脱碳影响。钢的初始组合物被调整为0.2wt%C-18wt%Cr-8wt%Ni使用在生铁和试剂级金属铬和镍中。熔化2000克不锈钢后，枪底鼓泡插入钢水约从坩埚底部10毫米的间隙。氩气或Ar+O2被选为底吹气体和引入的流量在大多数情况下为10立方厘米/秒，控制底部高压吹氩氧混合气压在0.2atm。在一些实验中，顶枪吹Ar气体通过率达到20或30立方厘米/秒。一旦钢样品熔融，系统保持底吹氩气体只有4至5分钟的均匀度。在最初的样品中，底吹气体需要被交换。在t=0分钟时约40克的合成固体渣被引入钢水，渣通过烧结的颗粒与成分为30wt%CaO—70wt%Cr2O3制备，经初步审查确认，然后再粉碎成颗粒小于2毫米。在吹约90分钟的时候，在每5分钟的时间间隔里，通过石英管化学分析了钢样品。2.2.脱碳渣控制对低碳含量区渣脱碳的影响也进行了研究。虽然实验过程或多或少是跟上一节中描述的一样，合成渣分CaO·Cr2O，纯Cr2O3，和含量少的硅酸钙液态渣Cr2O3三种不同类型。试剂级化学品（纯度为99.99%）被用于制备预熔Cr2O3与55wt%cao-35wt%sio2-10wt%Cr2O3组成的渣液，分别地，对于每种类型的渣，确定了输入量，因此，Cr2O3的数额相当。在介绍了渣，用预先确定的方式进行气吹，和钢样品在每5分钟的化学分析。YoungjoKangetal表1.不锈钢用增碳成分另一方面，关于液体馏分中熔渣影响脱碳变化，通过添加液相膜剂，诸如调查上一节中SiO2进入CaO.Cr2O3渣中指定的预熔渣。2.3．从烧石灰挑碳CSiCrNiWt%0.050.418.08.04在不锈钢生产中，大量的生石灰用于耐火材料的脱硫和保护。但是，有疑问的是，CaO是增碳的来源，特别是在低碳钢种的生产。CaO一般是通过去除CO2的石灰石煅烧法生产，这可能是碳源，它也仍然是CaO的核心。对熔融不锈钢的CaO增碳中，对残余CO2的效果进行了一系列的实验研究调查。约1000克的不锈钢锭，其组成列于表1，被融化的方式类似在上一节中描述的。在达到目标温度后，石灰（CaO＞54重量%），这也就是碳酸钙被引入钢样中。根据一批钢样品的时间间隔来分析各种条件下石灰石的碳含量的变化，如数量、大小。石灰石的大小分为4组，即：0.475~0.9厘米，B：0.17~0.475厘米，C：0.09~0.17厘米，D：0.09厘米（平均0.006厘米）。以及石灰石量调节到约8.6克，4.3克和2.2克。确定一个清晰的增碳机理，对反应的表面钢样品进行电子显微镜仔细检查，液渣和吹惰性气体的影响也是被考虑的。在试验期间通过采取碳硫定量分析仪和氧/氮测定仪以及XRF确定钢铁样品中所含[C]，[O]，[Cr]。另外，渣成分是由光谱仪后玻璃珠饰和湿化学法来分析。图3.由铬的氧化物在不同喷吹脱碳行为条件。3.结果与讨论对于渣吹条件下的一系列的脱碳实验，在表2的几个实验中探讨实验条件的影响，如各类渣，吹炼条件，渣液相。3.1.惰性气体顶吹对脱碳的影响5在低碳区脱碳行为只有底吹和顶底吹惰性气体组合的研究。图3表示在各种吹条件下，熔融不锈钢碳含量变化中CaO·Cr2O3脱碳的过程。当氧气从底部吹入，碳含量下降最快。因为吹氧气可以促进脱碳，所以这一结果可以预期。在只有惰性气体吹的情况下氧气是由铬氧化物提供的，结合顶部和底部的吹，脱碳速度相比于顶部或底部单吹要快。特别是，顶吹对脱碳没有贡献的地方和底吹的一样多。在脱碳时顶吹氧气流量不太有效，然而，采用顶底复吹会有很高的脱碳率。要理解为什么顶底复吹导致一个更好的脱碳率，CO的压力对脱碳的影响是被考虑的。已知平衡和真正的碳含量之间的差是与脱碳速率是成比例的。这可以进一步反向表示随着CO气体的分压比改变，Pco可以被视为一个指标的抑制脱碳的倾向，如前面解释的。在图4中，在单底吹和顶底复吹的结果比较期间，CO气体动态分压比碳含量高。约40分钟时，在估计CO压力值的情况下，在转炉脱碳中单底吹比顶底复吹更有利。由顶吹冲洗，实际发生的分歧可能比估计的要低得多时。另一种解释可能是顶渣搅拌和钢水底吹效果优于顶吹。脱碳过程中，由于铬氧化物的还原，钢液中铬含量的增加。如图5所示，一旦铬含量的增加，碳含量很低，脱碳的收益就更恒定。在早期阶段快速脱碳过程中，大量的铬氧化物在钢液中减少和被提取。表2.选定条件下的脱碳实验渣Metal(g)slag(g)BottomblowngasTopblowngascm3/mincm3/minCr2O3CaO·Cr2O3CSKSiO2Blowning12000-25--0,10(Po2=0,0.2)0,20,30Blowning2--100-0,10(Po2=0,0.2)0,20,30Slag150---0-15(Po2=0,0.2)-Slag250010---0-15(Po2=0,0.2)-Slag3-10--0-15(Po2=0,0.2)-Slag4--50-0-15(Po2=0,0.2)-Liquid1-2050-0,10(Po2=0,0.2)20Liquid22000-25-170,10(Po2=0)20*CSK:CaO-SiO2-Cr2O36图4.在CO对钢水碳含量的分压比的变化。图5.在脱碳过程中不同的喷吹条件下铬含量的变化73.2.渣条件对脱碳的影响自从它被发现，这使在模拟实验过程形成的AOD渣在钢液表面上，以及包括在上一节中，大多数的CaO·Cr2O3，钙，铬铁矿是作为脱碳渣。然而，CaO·Cr2O3可能被认为是不利的，是由于相对高的熔点和Cr2O3活性低。不锈钢生成后,初始碳含量为0.2wt%,熔融,特定数量的三种类型的渣被引入到钢液表面。在渣量确定后,每种情况下Cr2O3的氧气净额等效。钢液中的氩气底吹搅拌钢液样品约每1公斤0.6nl/min。在碳的典型变化中，在图6中，是钢样品中氧和铬的含量。只要加渣，碳含量迅速降低，因为铬氧化物脱碳，所以铬含量的增加。如图6所示，纯铬的氧化物或液态渣（第caosio2-cr2o3系统）出现的钙铬脱碳速率要比这高得多。如前所述，在图7中的是不同类型的含Cr2O3渣脱碳行为的比较。显然，纯Cr2O3和液态渣脱碳比固CaO·Cr2O3更有效。相比其他类型的渣，这是一个现象，稳定的化合物CaO·Cr2O3会减少，只有轻微差异之间的液体纯Cr2O3和Cr2O3渣脱碳效率是足够的好或比氧气更好。其中一个作者提出了一种在铁水脱碳模型吹Ar+O2混合气体[5]。在这项研究中，验证了模型适用在宽的碳含量区域，因为混合的速率控制机制中的反应是边界层法。同样，边界层的概念在两相渣和钢水之间进行的研究，解释了铬氧化物的还原脱碳。在熔融钢和液渣层钢中的Cr和Cr2O3的质量传递率均采用底吹惰性气体搅拌。采用“分区比中铬的铬相，相变在熔融钢中的内容和时间是可以被预测的。随后，Cr钢水和渣Cr2O3的传质系数是可以预测和测量结果的。与钢液的传质相比，渣中的传质率似乎更有影响力，对于Cr2O3渣的脱碳反应来说。当渣存在，更多液相传质系数的Cr2O3渣似乎得到很大的改善，如图8所示。研究者还发现，渣可能会稍微提高了传质修改前的吹流量。尽管如此，在工业实践中添加大量烧石灰石脱硫和耐火保护材料。因此，铬的氧化物形成的吹氧仍然是纯Cr2O3，几乎是不可能的。为了提高脱碳效率，因此，它将是基本窗体液态渣，而不是固体钙铬铁矿。有关Cr2O3的固相将不可避免地在脱碳不锈钢熔体中形成，然而，更大的追求的目标应该是液体馏分的渣脱碳过程。例如，可以适当的练习使用添加剂促进炉渣熔化，如SiO2，虽然可能会在实际中遇到渣的液体馏分局限性的情况，由于保管问题，如耐火材料会被侵蚀。在图9中，当渣被添加到固体Cr2O3固体渣中，脱碳行为被体现8出。如图所示，在图中，从增加流量，调低熔点或炉渣碱度，使这种液态渣、部分脱碳速率增加，因此，渣中的传质系数不断提高。3.