[发明专利]一种高效精炼超纯铁素体不锈钢的方法

说明书

技术领域

本发明属不锈钢冶炼领域，涉及利用VOD炉(真空吹氧脱碳炉)精炼超纯铁素体不锈钢的方法。 

背景技术

研究表明，铁素体不锈钢中间隙元素C、N含量的降低有助于提高铁素体不锈钢性能，这些性能包括：室温脆性、耐蚀性和焊接点的延展性，通常将C+N总含量小于150ppm的铁素体不锈钢称为超纯铁素体不锈钢。工业生产中，通常走三步法生产这样的钢种，三步法为：EAF(电弧炉)+AOD(氩氧复吹炉)+VOD(真空吹氧脱碳炉)，VOD炉精炼是控制终点碳、氮含量最为关键的工序。 

VOD常规操作如下：一、经AOD处理完的钢水用钢包运输进入VOD处理工位，测定温度和成分，合格后进入真空处理室，先预抽真空并底搅拌；二、真空条件下开始吹氧脱碳处理，底搅拌条件下顶吹氧脱碳，根据炉气成分来判断是否终止吹氧，当炉气中CO+CO₂含量低于一定值时，停止吹氧；三、超真空条件下自由脱碳处理，采用大搅拌；四、还原过程，加入硅铁、铝、石灰和萤石进行脱氧和硅的合金化；五、破真空；六、大气条件下喂丝并软搅拌，最后送浇铸。 

常规操作在冶炼超纯铁素体不锈钢时，为了将钢中碳氮含量降到极低值，通常采取大吹氧量操作，希望通过多吹氧将碳含量脱得很低，110t VOD炉吹氧量在800-1400Nm³之间，高吹氧量带来的不利影响是氧气利用率(用来脱碳的氧与总吹氧量之比)降低，同时高吹氧量会导致熔池过热严重，停氧时熔池最高温度均在1720℃以上，高吹氧量直接导致真空处理时间变长，另外，高吹氧量还会导致脱氧剂(也称为还原剂)加入量增加，相应冶炼成本增加，也不利于夹杂物的控制。 

常规操作的自由脱碳过程脱碳速率偏低，固然有钢中碳含量已经处于较低水平导致脱碳难度增大的原由，然而从脱碳热力学上分析，受钢水静 压力影响，自由脱碳只能发生在钢液熔池的上层及裸露的钢液表面，从脱碳动力学上分析，钢液熔池内部碳氧自发反应形成脱碳气泡难度很大，为脱碳提供的反应面积主要集中在钢液裸露表面以及底吹氩上升到钢液熔池内部上层形成的大气泡，在相同的反应区域，大气泡提供的反应面积要远小于弥散小气泡提供的反应面积，所以自由脱碳过程的反应面积受到了极大的制约。 

根据以上分析可知，常规操作吹氧量大，吹氧时间偏长，自由脱碳过程的脱碳脱氮效率偏低，导致真空处理时间长，且吹氧量大，还原剂消耗大。针对这些问题，如下专利提出了相应的新方法。 

日本专利公开号JP8209226(A)提出了一种在真空精炼过程中用喷枪向钢液表面喷吹铁矿石、锰矿石等氧化剂，可在高碳区促进脱氮反应，在低碳区强化脱碳反应的方法，此方法也称为VOD-PB法，此方法优点是脱氮效率非常高，然而此方法要求的设备复杂，同时喷吹矿粉可能会导致钢液增磷和增硫。 

日本专利公开号JP11106823通过增大底吹气体流量从而对钢液大搅拌的方法来提高VOD处理过程的脱碳和脱氮效率，本发明方法在全球得到了广泛的应用，然而，过大的底搅拌强度会引发大喷溅，所谓的强搅拌法其实是受到很大制约的。 

韩国专利公开号KR20030003846提出了在停氧后的高真空自由脱碳过程中喷吹石灰来提高脱碳速率并防止石灰向钢液增碳，然而预喷进的石灰很难熔化，会形成坚硬的固体渣，反而影响熔池的流动。 

中国专利公开号CN101058837A提出了VOD冶炼超纯铁素体不锈钢的方法，实际上为常规VOD操作步骤，此专利在钢液深脱氧后处理时间太短，这对钢液脱硫是不利的。 

通过对VOD冶炼过程的氧平衡分析可知，常规方法喷吹的氧仅仅30％-40％用来脱碳，剩余氧大部分以溶解氧和氧化物(主要是Cr₂O₃)的方式留在钢液熔池中，熔池中的氧量足够将钢液碳脱到极低值，如果能提高自由脱碳过程的脱碳脱氮效率，则可减少吹氧脱碳的时间并降低吹氧量，缩短了真空处理时间。本发明专利基于此开发了新的高效率生产超纯净铁素体不锈钢的方法。 

发明内容

本发明的目的提供一种高效精炼超纯铁素体不锈钢的方法，可提高VOD冶炼过程的脱碳脱氮效率，缩短真空处理时间以提高生产效率，降低氧耗及还原剂消耗。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是：