转炉+AOD 两步法冶炼不锈钢物热平衡模型开发与应用

转炉+AOD 两步法冶炼不锈钢物热平衡模型开发与应用

转炉+AOD两步法不锈钢冶炼热平衡模型的开发

杜欣1,龚炜1,蒋周华1,李涛2

(1.东北大学冶金学院，辽宁沈阳；2.福建福州)

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概括

国内近几年流行的两步法不锈钢生产工艺是利用高炉铁水为主要原料，在合金熔炼炉中熔化高碳铬铁、镍铁等合金，在转炉中进行脱磷，然后将混合的不锈钢母液加入AOD炉进行精炼脱碳，生产出430、410以及马氏体等常规400系不锈钢。基于两步法不锈钢工艺，建立了转炉和AOD炉的物料衡算、热平衡计算模型，对转炉+AOD两步法物料衡算、热平衡工艺、物料匹配工艺等方面进行了系统优化，探索了不同炉料组合生产常规400系不锈钢的工艺路径。研究结果表明，使用中频炉(合金熔炼炉)对AOD冶炼热平衡影响很大。 不使用中频炉时，需用焦炭补充热量缺口，用不锈钢废钢作冷却剂，保证出钢温度满足生产要求；进入AOD炉的不锈钢母液中熔融铬的最佳配比为30.0%~32.5%，基本不需要额外添加焦炭和不锈钢废钢。模型计算结果可为转炉+AOD两步法生产不锈钢提供生产指导。

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关键词

不锈钢; 两步法生产工艺; 物料衡算; 热衡算; 数学模型

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介绍

近年来，随着我国不锈钢产能逐年增加，不锈钢市场竞争日趋激烈，因此通过优化工艺、降低生产成本来提高企业的竞争力显得愈发重要。在此背景下，国内不锈钢生产企业在冶炼原料、生产工艺等方面都做了大量的优化调整。典型的例子就是利用高炉普通铁水在转包内脱磷后与AOD工艺相结合生产400系不锈钢，而新工艺的脱磷处理则在转炉内进行。调整后的新工艺在生产效率上具有一定的优势。目前，国内真正规模化利用高炉铁水在转炉内脱磷并添加铬铁合金生产400系不锈钢的企业主要有太钢、酒钢等。

新建生产线设计以高炉铁为主要原料，通过合金熔炼炉熔化高碳铬铁、镍铁等合金，利用转炉对高炉铁进行预脱磷，再将混合后的不锈钢母液加入AOD炉进行精炼脱碳，生产430、410及马氏体常规400系不锈钢。新建生产线需对转炉脱磷技术、转炉+AOD总体热平衡工艺、转炉脱磷与AOD炉工艺匹配、合金熔炼炉与转炉+AOD工艺匹配等进行系统优化研究，提高转炉+AOD两步冶炼工艺的冶炼效率，探索最优成本。为此，本研究以宝钢德盛新建生产线为依托，建立转炉+AOD炉物料衡算、热平衡计算模型，拟对新建生产线的工艺流程、炉料匹配进行计算分析。 国内不少学者对转炉及AOD炉的物质衡算、热量衡算进行了相关研究。张本良、陆娅、王新志等对转炉进行了物理衡算和热衡算分析，通过改变物料结构降低吨钢成本。翟俊等利用AOD物质衡算和能量衡算计算，优化了AOD脱碳前期合金及辅助材料添加量。

本文通过计算转炉和AOD炉的物料衡算和热衡算，优化转炉废钢配比，分析不锈钢母液配比，中频炉对AOD热衡算的影响。物料衡算主要计算加入炉内参与炼钢的所有物质（铁水、废钢、氧气、冷却剂、炉渣及腐蚀的炉衬等）与炼钢产物（如钢水、炉渣、炉气、烟气等）之间的衡算关系；热衡算则是计算炼钢过程的热量收入（如铁水的物理热和化学热）与热量支出（如钢水的物理热、炉渣、炉气、冷却剂的熔化和分解热等）之间的衡算关系。热衡算的基础是物料衡算，通过建立的计算模型，可以分析生产过程中初始条件发生变化时炉内物料衡算和热衡算的变化情况，优化炉料结构。 合理的炉料结构，可以提高热效率，减少物料消耗，有效降低成本。

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精选图表

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综上所述

1）通过转炉、AOD精炼炉的物料衡算、热衡算，结合实际生产工艺和条件，确定炉料用量，指导实际生产，优化不锈钢冶炼工艺。

2）转炉工序，经热平衡计算，余热占总热支出的18%，可以优化废钢添加比例，提高生产效率。

3）全采用转炉脱磷钢液作为AOD原料时，需添加一定量的焦炭来弥补热量的不足；使用同类型的不锈钢废钢作为冷却剂，降低了生产效率，增加了冶炼成本。

4）采用中频感应炉熔炼铁合金，生产熔融铬。不锈钢母液中熔融铬的适宜比例为30.0%~32.5%。采用转炉、中频炉、AOD精炼生产不锈钢，可有效提高生产效率，降低成本。