AFC法(AFC method)是中國鞍山鋼鐵公司開發的一種頂底復吹轉爐煉鋼法。它是以鞍山、複合、吹煉3個詞的漢語拼音第1個字母命名的，於1986年投入使用。爐底供氣元件為雙層套管或集束管。中心管內通O2+CO2，外管道通N2或Ar，底吹氧量占總氧量5.0%以下，底吹供氣強度為0.05-0.15m3(min·t)。頂吹用雙流道氧槍，以增加爐氣的二次燃燒。二次燃燒用氧約占20%。
基本介紹
- 中文名：AFC法
- 外文名：AFC method
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：能源
- 始於：1986年
簡介,工藝特點,工藝原理和設備配置,熔池攪拌,底吹氣體,頂底復吹的類型,
簡介
AFC法(AFC method)是中國鞍山鋼鐵公司開發的一種頂底復吹轉爐煉鋼法。它是以鞍山、複合、吹煉3個詞的漢語拼音第1個字母命名的，於1986年投入使用。爐底供氣元件為雙層套管或集束管。中心管內通O2+CO2，外管道通N2或Ar，底吹氧量占總氧量5.0%以下，底吹供氣強度為0.05-0.15m3(min·t)。頂吹用雙流道氧槍，以增加爐氣的二次燃燒。二次燃燒用氧約占20%。
工藝特點
復吹方法的吹煉特點是：從煉鋼熔池上部通過頂吹氧槍供應煉鋼主要用氧，同時從埋入爐底的噴嘴將氧或惰性氣體，有時伴之必要的粉劑吹入熔池，以增強熔池的攪拌和相應的冶金反應。
頂吹和底吹方法可作互相補充的主要冶金特點分別是：頂吹法熔池上下溫差大，渣中FeO高，易於發生噴濺;脫碳反應在泡沫渣內進行；通過調節氧槍位置，能將爐內部CO燃燒成CO2，可適當提高廢鋼比；頂吹法冶煉超低碳鋼困難，過氧化現象嚴重。底吹法則具有攪拌力遠大於頂吹法，熔池內溫差小；CO燃燒率小，不生成泡沫渣，前期脫磷較困難；熔池接近平衡狀態，過氧化程度低等特點。
工藝原理和設備配置
頂底複合吹煉轉爐基本結構和頂吹轉爐類似，不同處是爐底裝設供氣系統以吹入不同的氣體。調節底吹氣體流量可以按照冶金要求來改變熔池攪拌情況。所以要從熔池攪拌出發，了解複合吹煉的工藝原理和設備配置。
熔池攪拌
在復吹轉爐中，攪拌熔池的動力來源有頂吹氧、底吹氣體和碳氧反應沸騰三者。除碳氧反應的攪拌力決定於脫碳速率外，頂吹和底吹的攪拌力都能根據要求靈活調節。改變頂吹射流攪拌功率的主要因素是氧槍高度(或氧壓)，影響底吹氣體攪拌功率的主要因素是底吹氣體流量。底吹對改變熔池攪拌比頂吹敏感得多，增大底吹氣量的比例能顯著減小混合時間，也就是加強熔池攪拌作用。在底吹氣比例在20%以下時，改變頂槍高度(LH)可以調節對熔池的攪拌能力；但當底吹氣達到20%，熔池的攪拌和混合完全決定於底吹氣流，改變頂吹槍高對熔池混合時間不再有影響。因此，根據底吹氣流量的大小亦即熔池攪拌的強弱，可將複合吹煉轉爐分為強攪拌和弱攪拌兩大類，通常底吹供氣強度在0.5m/(min·t)以上和底吹石灰粉的轉爐稱為強攪拌復吹轉爐;而底吹氣量小又不從底部吹入石灰粉的轉爐稱為弱攪拌復吹轉爐。各種複合吹煉法介於二者之間，並且按底吹供氣強度大小順序，逐步加強熔池的攪拌效果。
底吹氣體
底吹所用氣體有氬、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳以及天然氣等。由於各種氣體的性質及價格不同，在復吹轉爐上大多將不同氣體結合使用。
(1)氮。氮是制氧的副產品，在鋼廠中有大量的便宜的氮氣可用。對於煉鋼過程，氮基本上可看作惰性氣體，它對耐火材料及底吹噴嘴侵蝕輕微，是套用最廣泛的底吹氣體。然而氮可溶於鋼中，用氮氣底吹會造成鋼中含氮量增加。在吹煉過程中，鋼中含氮量的變化由金屬吸氮速率和CO氣泡脫氮速率的差所決定。
(2)氬。在空氣中氬的含量接近1%，是一種稀有氣體。在空氣分離法制氧時，如能增設回收氬的系統，可製取供工業使用的氬。氬是真正的惰性氣體，也不溶於鋼中。在鋼鐵廠中除復吹用氬外，鋼液爐外精煉和保護澆鑄都要用氬，所以只能在吹煉末期以及後攪拌時，用氬作為底吹氣體。
(3)二氧化碳。CO2可由回收的轉爐煤氣轉化生成，來源豐富，成本亦不高。二氧化碳吹入熔池後發生如下反應：CO2+[C]=2CO。體積增加1倍，所以攪拌能力很強。這個反應還有一些冷卻作用。對鋼質量無有害影響。因此CO2也是復吹轉爐中廣泛套用的氣體。但在高溫下CO2有微弱氧化性，對耐火材料的侵蝕比氮氣嚴重。
(4)一氧化碳。它是轉爐煤氣的主成分，吹入CO攪拌熔池和碳氧沸騰作用一樣，從冶金觀點是很好的底吹氣體。但CO是一種毒性很大的氣體，必須保證整個管路系統特別是閥門、接口不泄露，而且在維修管路時要把其中殘餘氣體排除乾淨。由於安全因素，限制了CO氣體的套用。
(5)氧。它不僅用於底吹攪拌，而且也參加冶金反應。底吹氧氣有利於更方便控制冶金過程。特別在冶煉超低碳鋼種時，必須由底部吹入氧。但爐底吹氧時必須同時吹天然氣、丙烷等可裂解的氣體包圍在氧流四周，使噴嘴區局部冷卻。可分解的粉劑如石灰石也有冷卻保護作用。調節冷卻劑吹入量可以使噴嘴出口附近形成蘑菇狀通頭，避免噴嘴被侵蝕。這是用氧作為底吹氣體時要注意的。
頂底復吹的類型
復吹轉爐煉鋼法名稱極多，這些方法大同小異，但也各有特點。一般說可分為以下4種：
(1)頂吹氧占100%，底吹惰性氣體攪拌，頂部加石灰塊造渣;
(2)頂吹氧占90%～95%，底吹氧占5%～10%，頂部加石灰塊造渣;
(3)頂吹氧占70%～80%，底吹氧占20%～30%，底吹石灰粉造渣;
(4)頂吹氧占20%～40%，底吹氧占60%～80%，附加噴吹燃料以預熱廢鋼。
基於以上分類，各種復吹法可據此作如下歸納：
(1)LD-KG，LBE，LD-OTB，NK-CB，LD-AB諸法。它們的特點是靠底吹惰性氣體以攪拌熔池，所用氣體主要為Ar、N2及CO2。由於N2比較便宜，所以使用較多。不過使用N2帶來的問題是鋼液增氮，尤其對氮敏感的鋼種，更要慎重使用。為避免鋼液增氮，有時使用Ar和CO2作為攪拌氣體，或在吹煉全程使用，或於吹煉後期使用。個別場合，還要在吹煉完畢後底吹氬3～5min，以進一步降低鋼液氮含量並促進冶金反應接近平衡。
(2)BSC-BAP，LD-OB，LD-HC，STB及STB-P和STB-S諸法。它們的特點是從爐底吹入O2或其他氧化性氣體來攪拌熔池。使用上述氣體時，都需要採用雙套管噴嘴，使氧流得到禁止，以免氧氣等與爐底耐火材料直接接觸。BSC-BAP法是用N2作保護氣體，STB法通常在中心管中通入O2及CO2，外管通入CO2、N2或Ar。LD-OB和LD-HC法則是用天然氣(或丙烷)為保護氣體，其缺點是鋼液有增氫現象，吹煉結束時需用惰性氣體清洗。STB-P和STB-S法基本仍為STB法，前者在吹煉時由頂部噴石灰粉以增強脫磷;後者則增加底吹氬量以提高Ar/O2比，用來冶煉不鏽鋼。
(3) K-BOP法。該法與OBM法相似。底部吹氧量控制在40%以下，其餘氧氣由頂吹供給熔池。K-BOP法通過使用頂槍，可減少底部供氧量及相應的底吹噴嘴數，從而簡化了爐底結構。因其底部可吹氧有利於脫碳;可用於冶煉超低碳鋼種。
(4)OBM-S，KMS，KS，Hoogovens-BSC，ALCI等法。它們均企圖克服OBM法渣中FeO含量少和CO燃燒量少帶來的爐料中廢鋼比小的缺點。主要措施是增加爐氣在爐內的二次燃燒。ALCI法使用三流道噴槍向熔池噴入煤粉，內流道(即中心流道)噴吹煤粉，中間流道噴吹精煉用氧，外層流道噴入氧氣供二次燃燒爐氣用。OBM-S法在爐帽處裝設側向噴嘴，吹氧供二次燃燒用。另外，從爐底吹入油/氧用來預熱廢鋼。KMS法和OBM-S法相似，只是在爐底增加了噴煤粉設施。Hoogovens-BSC法則從爐口加入煤塊以增加爐內熱量。表中給出各種復吹轉爐煉鋼法的主要特徵及名稱由來。
