[发明专利]一种真空氧气脱碳装置冶炼不锈钢氮含量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢冶炼技术，特别与VOD真空氧气脱碳精炼技术有关。

背景技术

随着全球不锈钢产能提升，镍资源日趋紧张，世界各大不锈钢厂纷纷开发以氮代镍的节镍型不锈钢，其中00Cr19Ni10(即304L)就是最典型的钢种之一，从大生产情况来看，目前此类钢种冶炼存在一定难度。譬如，二步法工艺路径冶炼此类钢种时存在如下缺陷：

(1)由于不锈钢冶炼以廉价的铁水作为主原料，造成AOD起始碳含量偏高(＞3％)，冶炼周期偏长，以致生产节奏难以匹配，连浇炉数偏低；

(2)由于终点碳含量要求＜0.025％，AOD脱碳任务都相对比较重，各种介质和耐材的消耗均比较高。

相对二步法，三步法冶炼此类钢种可以缩短AOD冶炼周期，加快生产节奏，且能减少各种能源介质消耗(如Ar)，实现冶炼成本降低。但对VOD来说，冶炼此类钢种也存在一个终点氮含量难以控制的问题，主要是因为：

(1)按照正常VOD真空冶炼工艺，若要求控制终点碳含量＜0.025％，则VOD真空处理结束氮含量必定＜200ppm；

(2)由于钢包底吹透气砖的限制，VOD钢包底吹氮气流量相对较小，以致通过底吹氮气增氮速度有限，若增氮量过大，则冶炼周期相对较长；

(3)由于通过底吹大量氮气增氮会引起钢水严重温降，故VOD通过底吹氮气增氮的幅度有限。

发明内容

本发明的目的是为了解决VOD冶炼低碳控氮型不锈钢氮含量难以控制的问题，提供一种真空氧气脱碳装置冶炼不锈钢氮含量控制方法，它能实现终点碳含量小于0.025％，而且氮含量能在300～900ppm范围内实现灵活稳定的控制。

为实现上述目的，本发明基于对不锈钢精炼VOD控氮过程热力学及动力学分析，以及各工艺参数对VOD控氮影响的研究，通过对VOD整个真空冶炼过程的特殊控制，结合大气下底吹氮气微合金化操作，形成一种新的VOD控氮技术方案，具体技术措施和控制步骤如下：

一、控制VOD来料钢水起始碳和氮含量，要求起始碳为0.20～0.25％，起始氮大于1000ppm。

由于VOD真空脱碳过程伴随着脱氮，且脱氮量与脱碳量成一定的正比关系，故有必要适当控制VOD来料钢水起始碳含量；此外，为了避免VOD真空处理结束钢水氮含量偏低，前工序氩氧脱碳炉AOD可采取全程吹氮冶炼，以提高VOD处理前钢水起始氮含量。通过研究和实践，控制VOD起始碳含量为0.20～0.25％、起始氮含量大于1000ppm最佳，此碳、氮含量范围既能满足VOD正常处理要求，又能最大限度地减少真空氧气脱碳过程中氮的损失和终点氮含量的命中。

二、在VOD真空冶炼过程中应遵循如下步骤及要求：

(1)：吹氧脱碳阶段，VOD真空处理开始后，真空度达到15~20kpa时真空氧气脱碳，至过程废气中CO含量为5~8％时停氧。为了解决低碳控氮型钢种VOD真空处理阶段脱碳和控氮矛盾问题，首先降低起始碳含量；其次应合理控制真空氧气脱碳时间，即合理控制停氧时刻；根据脱碳热力学及动力学分析，在保证终点碳含量小于0.025％的情况下，最佳的停氧时刻为废气中的CO含量降到5~8％。

(2)：自由脱碳阶段，过程废气中CO、CO₂含量均降至5％时或深真空强搅拌10~12min即可结束自由脱碳。VOD吹氧停止后，开启全泵进行深真空自由脱碳。由于VOD自由脱碳是在无渣情况下进行深真空强搅拌处理，故脱氮速率相对比较大；针对此类钢种，应尽可能缩短自由脱碳时间，减少自由脱碳阶段氮的损失。过程废气中CO、CO₂含量均降至5％时或深真空强搅拌10~12min即可结束自由脱碳。

(3)：加料阶段，在添加还原剂硅铁和渣料之前，真空罐内充入氮气复压。氮气进入真空罐后在钢水表面上方形成饱和的氮气气氛，同时进行强搅拌吹氩操作，促进钢水与氮气的充分接触，实现钢水小幅度吸氮。

(4)：还原脱硫阶段，加料结束，继续深真空强搅拌还原脱硫，维持5~10min。由于还原后钢水氧位下降，且脱硫过程采取深真空强搅拌操作，故此阶段脱氮速率也比较大。为了减少脱硫阶段氮的损失，同样应尽量缩短深真空还原脱硫时间，即渣料充分熔化后深真空强搅拌脱硫5~10min即可结束。

(5)：破真空阶段，通过氮气进行破真空，破真空过程中继续采取氩气强搅拌，破真空结束后继续保持吹氩搅拌3~5min，如同加料前真空复压一样实现钢水小幅度吸氮。

三、底吹氮气微合金化处理