專利名稱：一種超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的冶煉方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的冶煉方法。
背景技術：
鐵素體不銹鋼中存在C、N間隙元素強烈形成并穩(wěn)定奧氏體，對鐵素體不銹鋼十分有害，主要是因為C、N元素在鐵素體不銹鋼中的擴散速度快，約為在奧氏體中的600倍，在高溫加熱后的冷卻過程中會有碳、氮化物沉淀析出，導致了鐵素體不銹鋼475℃脆性、高溫脆性、室溫韌性低、脆性轉變溫度高、對缺口敏感等缺點。因此，冶金工作者長期致力于降低鐵素體不銹鋼中的碳、氮含量，從而克服鐵素體不銹鋼的上述不足。
極低的C、N含量是超純鐵素體不銹鋼最顯著的特征，深度脫碳、脫氮也成為超純鐵素體不銹鋼冶煉的核心技術。超純鐵素體不銹鋼都含有大量的鉻、鉬等元素，和鉬元素對鋼中的碳、氮的相互作用是負數(shù)，從熱力學上考慮，把這類鋼碳、氮含量降低到一個低水平比其它鋼種更加困難。
上世紀七十年代以前，電爐法冶煉超純鐵素體不銹鋼的難度非常大，上世紀七十年代后期，國內外開始研制這類鋼。當減壓脫碳、脫氮法和稀釋脫碳、脫氮法出現(xiàn)后，超純鐵素體不銹鋼得到了較大的發(fā)展。國外先進鋼鐵企業(yè)對超純鐵素體不銹鋼的研究比較早，設備和工藝較為先進，通常采用VOD-PB和SS-VOD法生產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼。VOD-PB法是在真空條件下向熔池表面吹粉狀精煉劑(如鐵礦粉等)，粉劑進入熔池后促進脫碳、脫氮反應進行，雖然這種方法的脫碳、脫氮效果非常好，但是其工藝和設備復雜、成本也高。SS-VOD法是從鋼包底部多個透氣塞吹入大量Ar氣，強烈攪拌熔池來冶煉超純不銹鋼，這種方法在冶煉過程中的噴濺嚴重、氬氣消耗大。我國從上世紀八十年代開始研制這類不銹鋼，主要采用“真空感應爐+電子束重熔爐”的設備和方法冶煉，如公開號CN170366A的《一種頂?shù)讖痛嫡婵崭袘獱t》，和CN1514033A《一種超純鐵素體不銹鋼的真空感應熔煉方法》，這些冶煉方法需要昂貴的高純原料，脫碳、脫氮時間長、而且產(chǎn)量小。目前我國規(guī)模生產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼方法仍處于研究階段，特別是降碳、降氮工藝的開發(fā)還沒見成功的報導。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的上述不足，本發(fā)明提供一種用VOD爐冶煉超純鐵素體不銹鋼的脫碳、脫氮方法，本脫碳、脫氮工藝簡單、冶煉時間短。
本發(fā)明是用VOD爐冶煉超純鐵素體不銹鋼來降低碳、降低氮的方法，主要設備有鋼包、真空罐、吹氧裝置、加料罐與真空系統(tǒng)。
一、設備要求(1)系統(tǒng)負載(即真空罐)極限真空度≤1mbar；(2)鋼包底部氣體最大攪拌強度≥13L/(min.t)。
二、VOD初始技術條件要求(1)鋼液初始溫度T≥1600℃；(2)鋼液初始[Si]≤0.20％；(3)鋼液初始0.40％≤[C]≤0.70％(4)初始渣層厚度d≤50mm；(5)鋼液初始[N]≤200ppm；(6)鋼包自由空間H≥1300mm，可根據(jù)不同的設備調整H。
三、本鐵素體不銹鋼來降低碳、降低氮的方法包括下述的依次步驟(1)將裝有VOD處理前鋼水的鋼包放入真空罐內密閉，抽真空3分鐘，真空罐內的氣壓保持在260-350mbar，一般為300mbar，打開底吹氬氣體；(2)當真空罐內的氣壓降至200-250mbar時開始吹氧脫碳，吹氧脫碳分為六個階段，每個吹氧脫碳階段控制相應的吹氧流量、吹氧量(由脫碳模型控制)、氧槍高度、鋼包底部攪拌強度與真空度；(3)當鋼液中碳的含量降至0.03％-0.05％(由脫碳模型計算)時停止吹氧，進行高真空沸騰，即在高真空下脫碳和高真空下脫氮，真空罐內的真空度不大于1mbar時，沸騰時間≥20分鐘；鋼包底部氣體攪拌強度≥13L/(min.t)；
(4)加入硅鐵，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，硅鐵加入量＝鋼液終點要求硅含量×鋼液重量÷硅鐵含硅量÷硅鐵回收率，同時加入石灰、螢石料(加入的石灰、螢石的量為螢石7kg/t，石灰25kg/t)造渣，還原時間10～15分鐘，底吹攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar；(5)加入鋁深脫氧(Al加入量2.5kg/t)，攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar，脫氧時間5～10分鐘；(6)合金微調，成分均勻時間5～10分鐘；(7)關閉底吹攪拌氣體；(8)待鋼液面平靜后打開真空閥破壞真空；(9)打開真空蓋，測溫、取樣，溫度與成分符合企業(yè)技術要求鋼水中C的含量不大于0.01％，N的含量不大于100ppm。然后進行澆注。如果C、N含量不符合，可以去初煉爐重煉；如果其它成分和溫度不合要求，可去其它精煉爐調整。
本發(fā)明的VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮方法，對處理前鋼水溫度要求≥1600℃，鋼液初始碳在0.40～0.70％；吹氧過程中控制氧槍的高度、流量、真空度以及吹氬強度；吹氧結束后控制沸騰時間、真空度和吹氬強度，可以將鋼液終點C、N含量都降低到100ppm以下。本發(fā)明工藝簡單、冶煉時間較短、短噴濺少、氬氣消耗小。
具體實施例方式
下面結合實施例詳細說明本超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的具體實施方式
，但本超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的具體實施方式
不局限于下述的實施例。
實施例一本實施例的設備和VOD初始條件要求75噸上動式VOD極限真空度≤1mbar，鋼包底吹氬最大攪拌強度17.2L/(min.t)。鋼包自由空間即渣面到鋼包上沿的垂直距離H為1350mm，鋼液初始溫度1649℃，渣層厚度為40mm，鋼水重量為72.1噸，冶煉鋼種為00Cr17Mo。
VOD處理前鋼水的化學成分(重量)為C0.587％Si0.1％Mn0.09％P0.020％
S0.019％Cr17.39％Mo1.13％N(ppm)158其余為鐵和不可避免的雜質。
本實施例的超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的步驟如下(1)將裝有VOD處理前鋼水的鋼包放入真空罐內密閉，抽真空2分鐘，打開底部吹氬管，攪拌強度為2.1L/(min.t)。
(2)當真空室內的氣壓降至205mbar時開始吹氧脫碳，吹氧流量和氧槍高度達涅利公司提供的二級系統(tǒng)自動控制。
吹氧脫碳六個階段，每個階段吹氧流量、吹氧量、氧槍高度、鋼包底部吹氬強度與真空度如下(每一階段的吹氧量根據(jù)初始條件而不同，吹氧量是每個階段的累計，每一階段時間由流量和吹氧量決定，吹氧都劃分階段)

(3)當鋼液中碳含量為0.04時停止吹氧，此時吹氧量達到759Nm3，3分鐘后真空度達到極限值0.5mbar，在此真空度下沸騰21分鐘，鋼包底部吹氬強度為16L/(min.t)；(4)加入硅鐵350kg，石灰1615kg、螢石料420kg，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，還原時間為10分鐘，底吹氬氣強度16.5L/(min.t)，真空罐內的真空度為1mbar；(5)加入180kg鋁深脫氧，底部吹氬氣強度為15.2L/(min.t)，真空罐內的真空度為3mbar，脫氧時間10分鐘；(6)關閉底吹攪拌氣體；(7)2分鐘后鋼液面平靜，打開真空閥破壞真空；(8)打開真空蓋，測出鋼液的溫度為1605℃，取樣，VOD鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮后的化學成分(重量)為C0.003％ Si0.08％Mn0.1％P0.015％S0.0018％Cr17.6％Mo1.14％ N(ppm)65其余為鐵和不可避免的雜質。符合技術要求，出爐澆注。處理時間70分鐘。
實施例二本實施例的設備和VOD初始條件要求75噸上動式VOD極限真空度≤1mbar，鋼包底吹氬最大攪拌強度16.5L/(min.t)。鋼包自由空間即渣面到鋼包上沿的垂直距離H為1400mm，鋼液初始溫度1619℃，渣層厚度為30mm，鋼水重量為70.5噸，冶煉鋼種為00Cr18Mo2。
VOD處理前鋼水的化學成分(重量)為C0.647％Si0.15％ Mn0.20％P0.020％S0.018％Cr18.39％Mo2.13％N(ppm)184其余為鐵和不可避免的雜質。
本實施例的超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的步驟如下(1)將裝有VOD處理前鋼水的鋼包放入真空罐內密閉，抽真空2分鐘，打開底部吹氬管，攪拌強度為2.3L/(min.t)。
(2)當真空室內的氣壓降至200mbar時開始吹氧脫碳，吹氧流量和氧槍高度達涅利公司提供的二級系統(tǒng)自動控制。
吹氧脫碳六個階段，每個階段吹氧流量、吹氧量、氧槍高度、鋼包底部吹氬強度與真空度如下

(3)當鋼液中碳含量為0.03時停止吹氧，此時吹氧量達到748Nm3，3分鐘后真空度達到極限值0.6mbar，在此真空度下沸騰23分鐘，鋼包底部吹氬強度為16.2L/(min.t)；(4)加入硅鐵450kg，石灰1755kg、螢石料500kg，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，還原時間為12分鐘，底吹氬氣強度15.5L/(min.t)，真空罐內的真空度為1mbar；(5)加入180kg鋁深脫氧，底部吹氬氣強度為13.2L/(min.t)，真空罐內的真空度為2mbar，脫氧時間13分鐘；(6)關閉底吹攪拌氣體；(7)2分鐘后鋼液面平靜，打開真空閥破壞真空；(8)打開真空蓋，測出鋼液的溫度為1595℃，取樣，VOD鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮后的化學成分(重量)為C0.004％Si0.11％ Mn0.22％P0.019％S0.001％Cr18.35％Mo2.14％N(ppm)70其余為鐵和不可避免的雜質。符合技術要求，出爐澆注。處理時間72分鐘。
實施例三本實施例的設備和VOD初始條件要求75噸上動式VOD極限真空度≤1mbar，鋼包底吹氬最大攪拌強度15.5L/(min.t)。鋼包自由空間即渣面到鋼包上沿的垂直距離H為1300mm，鋼液初始溫度1609℃，渣層厚度為50mm，鋼水重量為73.5噸，冶煉鋼種為00Cr12Ti。
VOD處理前鋼水的化學成分(重量)為C0.42％ Si0.07％ Mn0.35％ P0.015％S0.009％Cr11.39％N(ppm)195其余為鐵和不可避免的雜質。
本實施例的超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的方法的步驟如下(1)將裝有VOD處理前鋼水的鋼包放入真空罐內密閉，抽真空3分鐘，打開底部吹氬管，攪拌強度為2.0L/(min.t)。
(2)當真空室內的氣壓降至190mbar時開始吹氧脫碳，吹氧流量和氧槍高度達涅利公司提供的二級系統(tǒng)自動控制。吹氧脫碳六個階段，每個階段吹氧流量、吹氧量、氧槍高度、鋼包底部吹氬強度與真空度如下

(3)當鋼液中碳含量為0.03時停止吹氧，此時吹氧量達到440Nm3，2分鐘后真空度達到極限值0.4mbar，在此真空度下沸騰20分鐘，鋼包底部吹氬強度為14.2L/(min.t)；(4)加入硅鐵450kg，石灰1855kg、螢石料520kg，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，還原時間為10分鐘，底吹氬氣強度14.5L/(min.t)，真空罐內的真空度為1mbar；(5)加入185kg鋁深脫氧，底部吹氬氣強度為11.2L/(min.t)，真空罐內的真空度為1mbar，脫氧時間10分鐘；(6)關閉底吹攪拌氣體；(7)2分鐘后鋼液面平靜，打開真空閥破壞真空；(8)打開真空蓋，測出鋼液的溫度為1570℃，取樣，VOD鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮后的化學成分(重量)為C0.002％Si0.35％ Mn0.36％P0.016％S0.001％Cr11.35％N(ppm)50其余為鐵和不可避免的雜質。符合技術要求，出爐進行澆注。本爐處理時間61分鐘本申請文件中氧槍高度 氧槍氧氣出口與鋼液面間的垂直距離。
VOD 真空吹氧脫碳工藝，是Vacuum Oxygen Decarburization鋼包自由空間 渣面與鋼包上沿之間的垂直距離
權利要求
1.一種超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的冶煉方法，它包括下述的依次步驟(1)將裝有VOD處理前鋼水的鋼包放入真空罐內密閉，抽真空，真空罐內的氣壓保持在260-350mbar，打開底吹氬氣體；(2)當真空罐內的氣壓降至200-250mbar時開始吹氧脫碳，吹氧脫碳分為六個階段，每個吹氧脫碳階段控制相應的吹氧流量、吹氧量、氧槍高度、鋼包底部攪拌強度與真空度；(3)當鋼液中碳的含量降至0.03％-0.05％時停止吹氧，進行高真空沸騰，在高真空下脫碳和高真空下脫氮，真空罐內的真空度不大于1mbar時，沸騰時間≥20分鐘；鋼包底部氣體攪拌強度≥13L/(min.t)；(4)加入硅鐵，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，硅鐵加入量＝鋼液終點要求硅含量×鋼液重量÷硅鐵含硅量÷硅鐵回收率，同時加入石灰、螢石料，加入的石灰、螢石的量為螢石7kg/t，石灰25kg/t，造渣，還原時間10～15分鐘，底吹攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar(5)加入鋁深脫氧，Al加入量2.5kg/t，攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar，脫氧時間5～10分鐘；(6)合金微調，成分均勻時間5～10分鐘；(7)關閉底吹攪拌氣體；(8)待鋼液面平靜后打開真空閥破壞真空。
全文摘要
一種超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的冶煉方法，其步驟如下(1)將鋼包放入真空罐內抽真空，氣壓保持在260－350mbar，打開底吹氬氣；(2)真空罐內氣壓降至200－250mbar時吹氧脫碳；(3)當鋼液中碳的含量降至0.03％－0.05％停止吹氧，真空度不大于1mbar時，沸騰時間≥20分鐘；鋼包底部氣體攪拌強度≥13L/(min.t)；(4)加入硅鐵，將吹氧階段氧化的鉻及其它金屬元素還原，攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar；(5)加入鋁深脫氧，攪拌強度大于10L/(min.t)，真空度≤5mbar，脫氧時間5～10分鐘；(6)合金微調；7)關閉底吹攪拌氣體；(8)破壞真空。本超純鐵素體不銹鋼脫碳、脫氮的冶煉方法工藝簡單、冶煉時間較短。
文檔編號C21C7/06GK101058837SQ20071006203
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權日2007年5月30日
發(fā)明者孫銘山, 趙大同, 鄒勇, 范光偉, 張衛(wèi)紅, 張霞, 候東濤 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司