Влияние продувки металла инертным газом на уменьшение парциального давления монооксида углерода, образующегося при окислении углерода, использовано при разработке такого процесса, как аргонокислородное обезуглероживание или аргонокислородное рафинирование (АКР). При продувке металла кислородом равновесие реакции [С] + 1/2 О2(г) = СОг определяется парциальным давлением кислорода и образующегося монооксида углерода. При продувке металла смесью кислорода с аргоном происходит "разбавление" пузырей СО аргоном и соответствующий сдвиг вправо равновесия реакции. Окислительный потенциал газовой фазы при этом достаточен для проведения реакций окисления примесей ванны. Метод аргонокислородной продувки широко используется при производстве коррозионно-стойких и других хромсодержаших сталей. Равновесие реакции (Сг2О3) + 3 [С] = 2 [Сг] + 3 СОг при уменьшении парциального давления монооксида углерода Рсо сдвигается вправо, в результате обеспечивается хорошее усвоение кислорода. В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислорода и увеличивая расход аргона. Таким образом, обеспечивают получение сплавов с очень низким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. Метод аргонокислородной продувки реже используют для получения таких особо низких концентраций углерода, как при способе вакуум-кислородного обезуглероживания, степень использования хрома при аргонокислородной продувке несколько ниже. Однако способ аргоно-кислородной продувки позволяет на более простых агрегатах получав более высокую производительность.
Соотношение расходов кислорода и аргона изменяют по ходу продувки, добиваясь максимального окисления углерода и минимального окисления хрома. Обычно соотношение расходов кислорода и аргона по ходу продувки изменяют от 3: 1 до 1: 3. Для снижения стоимости передела в начальной стадии продувки вместо аргона можно вдувать азот. На заключительной стадии ванну продувают чистым аргоном для возможно большего снижения концентрации кислорода и серы (в результате перемешивания металла под высокоосновным шлаком), а также для возможно большего восстановления окисленного в процессе продувки кислородом хрома. Существует ряд разновидностей процесса, одна из последних, процесс KCB-S (Krupp Combined Blowing - Stainless), - разработана фирмой Krupp. В этом процессе продувка расплава в конвертере смесью кислорода и аргона производится сверху и одновременно через четыре фурмы, установленные в нижней части стенки. По достижении ~ 0,15% [С] продувка сверху прекращается, продолжается только нижняя продувка. Высокие температуры и понижение давлений Рсо позволяют получать высокие значения [Сг] / [С] и очень низкие содержания углерода. Сравнительная простота организации аргонокислородной продувки, высокая производительность агрегатов и возможность изменять в широких пределах окислительный потенциал газовой фазы (отношения Ог: Аг) приводят к непрерывному расширению сферы распространения этого метода. Этот метод используют для производства не только коррозионностойких, но также и электротехнических, конструкционных и других сталей. Для производства низкоуглеродистой хромоникелевой коррозионностойкой стали, высоколегированных сплавов и обычной углеродистой стали в 1985 г. использовалось более 100 конвертеров аргонокислородного рафинирования вместимостью от 1 до 175 т [10]. К началу 1990 г. способом AOD производилось около 75% мирового производства коррозионностойких сталей.
Продувка жидкого металла в заключительной стадии процесса чистым аргоном позволяет снизить газонасыщенность металла (контролировать содержание азота) и стабильно получать содержание серы на уровне 50% при выплавке низколегированных и углеродистых сталей. Метод позволяет получать в конвертере высокохромистые стали непосредственно из чугуна с использованием в качестве шихтового материала хромистой руды. Жидкий чугун подвергают вне-доменной обработке (обескремнивание, дефосфорация), после чего заливают в конвертер. В процессе продувки в конвертере осуществляют обезуглероживание, десульфурацию и легирование хромом. Часть хрома вводя в металл с феррохромом, а часть - с хромистой рудой, оксиды которой восстанавливаются углеродом чугуна. С использованием AOD-процесса на одном из заводов Японии (компании Ратсо) организовали производство коррозионностойкой стали из расплава никелевых и хромистых руд. Никелевая руда с высоким содержанием железа подвергается дроблению, обогащению и предварительному нагреву в смеси с углеродистым восстановителем и в нагретом (~ 1000 °С) состоянии загружается в рудовосстановительную печь, где получают Расплав с 13-15% Ni. Хромистую руду также подвергают предварительной обработке и в нагретом (~ 500 °С) состоянии загружают в рудовосстановшельную печь, где получают расплав с 40-43% Сг. Расплавы смешивают в ковше и заливают в AOD-конвертер, где подвергают аргонокислородной продувке для получения специальных высокохромистых никельсодержащих коррозионностойких сталей. По сравнению с известным способом получения таких сталей из скрапа по схеме дуговая электропечь - конвертер аргонокислородной продувки затраты энергии в новом процессе ниже, содержание неметаллических включений и азота меньше, поскольку используется первородная шихта и отсутствует образование атомарного азота в зоне электрических дуг.
Возможности, которые появляются при использовании метода, аргонокислородного рафинирования велики и в мировой практике создаются новые варианты процесса. В частности, разрабатываются варианты использования метода расплавления хромо - и никельсодержащего металлолома при вдувании в конвертер каменноугольной пыли с, последующей аргонокислородной продувкой расплава и получением коррозионностойкой стали.