CN105734203A - 一种超纯铁素体不锈钢的双工位真空吹氧脱碳冶炼方法 - Google Patents

一种超纯铁素体不锈钢的双工位真空吹氧脱碳冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超纯铁素体不锈钢的双工位VOD冶炼方法，其包括以下步骤：（1）1号钢包进入VOD的1号真空罐，根据钢包渣厚，加入0?500kg石灰；（2）抽真空并顶吹氧脱碳：（3）VCD阶段处理；（4）还原；（5）破空。1号钢包顶吹氧脱碳结束转入VCD阶段后，2号钢包进入VOD的2号真空罐进行上述（1）?（5）的操作。该方法通过低、高两套真空系统，成功实现了超纯铁素体不锈钢的双工位VOD同时处理，在保证终点C+N≤150ppm的前提下缩短了VOD平均冶炼周期，解决了超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。

Description

一种超纯铁素体不锈钢的双工位真空吹氧脱碳冶炼方法
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种超纯铁素体不锈钢的双工位真空吹氧脱碳（VOD）冶炼方法。
背景技术
超纯铁素体不锈钢通常是指间隙元素C、N的总含量小于150ppm的铁素体不锈钢，其工业生产过程包括铁水预处理、AOD（氩氧复吹炉）阶段、VOD（真空吹氧脱碳炉）阶段+LF(钢包精炼炉)阶段、和CCM（连铸）阶段，其中VOD阶段是控制终点C、N含量最为关键的工序。
VOD阶段的工艺过程包括以下4个步骤：（1）脱硅；（2）吹氧脱碳：①主吹阶段；②动态吹氧阶段；（3）真空碳脱氧（VCD）阶段；（4）渣还原。国内外专利为了缩短该VOD阶段的处理时间、降低超纯铁素体不锈钢冶炼成本，对其工艺过程作了进一步改进，其中日本专利（公开号JP11106823）使用增大底吹气体流量对钢液进行大搅拌的方法来提高VOD阶段的脱碳和脱氮效率，在全球得到了广泛的应用；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的方法来提高脱碳速率并防止石灰向钢液增碳；中国专利（申请号201410025984.9）提出了一种少渣冶炼超纯铁素体不锈钢的方法，通过缩短真空处理时间，并稳定控制钢液碳含量小于60ppm，实现了超纯铁素体不锈钢的低成本高效率VOD 冶炼；中国专利（申请号201110124649.0）涉及一种镁钙质不锈钢钢包真空精炼炉的精炼方法，可将不锈钢钢包的使用寿命提高到12 次至14 次，从而降低不锈钢冶炼成本，但上述工艺均使用单一VOD炉处理，不锈钢冶炼周期仍然较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种超纯铁素体不锈钢的双工位VOD冶炼方法，以解决超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。
本发明利用双工位VOD冶炼超纯铁素体不锈钢的方法，当装满不锈钢钢液的1号钢包进入VOD阶段后放入1号真空罐，利用由3台水环泵和一个蒸汽喷射器组成的低真空度部分进行静态和动态吹氧脱碳，然后停止真空泵，转换液压开关的连接位置，将1号真空罐连接到由常规5级蒸汽喷射泵和水环泵（水环泵做为后备）组成的高真空度部分抽真空进行VCD和还原阶段，与此同时，当2号钢包进入VOD阶段后放入2号真空罐，进行前述的静态和动态吹氧脱碳后转入后高真空度部分进行VCD和还原阶段；如此便可实现双工位同时操作，通过如上技术改进，在保证终点C+N≤150ppm的前提下，可以缩短VOD平均冶炼周期。其具体步骤如下：
（1)1号钢包进入真空吹氧脱碳阶段后放入1号真空罐，设置罐压＜100Pa，以质量百分比计算，钢液初始铬含量为11.5-21.0%，碳含量为0.25-0.40%，氮含量≤0.01%，钢液初始温度≥1620℃，渣厚≤40mm，根据渣厚，加入0-500kg石灰，钢包净空＞1250mm；
（2）抽真空并顶吹氧脱碳：
①初吹3-4min，真空度120-130torr，氧枪流量1000-1200m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量200-300L/min；
②主吹氧10-15min，真空度100-120torr，氧枪流量1400-1450m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量250-300L/min；
③动态脱碳期1：吹氧12-15min，真空度70-80torr，氧枪流量1400-1500m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量300-350L/min；
④动态脱碳期2：吹氧3-5min，真空度50-55torr，氧枪流量1300-1500m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量400-450 L/min；
⑤动态脱碳期3：吹氧3-5min，真空度40-45torr，氧枪流量1300-1400m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量450-550L/min；
⑥动态脱碳期4：吹氧10-12min，真空度20-30torr，氧枪流量1250-1350m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量550-650L/min；
（3）VCD阶段：继续抽真空，真空度＜1torr，底吹氩气流量600-700L/min，处理时间20-25min；
（4）还原：真空度＜1torr，底吹氩气流量100-300L/min，处理过程中首先加入300-500kg铝粒，1000-1500kg石灰，300-400kg萤石和300-500kg硅铁，然后加入500-800kg石灰和100-200kg萤石以达到良好的化渣效果，处理时间20-25min；
（5）破空：1号钢包顶吹氧脱碳结束转入VCD阶段后，2号钢包进入真空吹氧脱碳炉2号真空罐进行上述（1）-（5）的操作。
本发明的一种超纯铁素体不锈钢的双工位VOD冶炼方法，通过低、高两套真空系统，成功实现了超纯铁素体不锈钢的双工位VOD同时处理，在保证终点C+N≤150ppm的前提下缩短了VOD平均冶炼周期，解决了超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本发明的一种超纯铁素体不锈钢439的双工位VOD冶炼方法，
设备要求：100t VOD 处理炉，极限真空度＜1torr，底部两个吹氩风口，总吹气能力为800L/min。具体实施步骤如下：
1号钢包：初始钢液温度1620℃，钢液重量96t，钢包净空1200mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.40%，Si：0.036%，Cr：18.85%，S：0.0035%，Ni：0.11%，Mn：0.24%，P：0.018%，N：0.0080%，其余为Fe 和其他不可避免的杂质；
1）16:49 进1号真空罐抽真空；
2）16:59 加入400kg石灰；
3）17:04 顶吹氧脱碳开始：
①17:05 初吹3min，真空度123torr，氧枪流量1100m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量240L/min；
②17:08 主吹氧14min，真空120torr，氧枪流量1450m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量300L/min；
③17:22 动态脱碳期1吹氧12min，真空度75torr，氧枪流量1450m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量340L/min；
④17:34 动态脱碳期2吹氧4min，真空度53torr，氧枪流量1400m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量420L/min；
⑤17:38 动态脱碳期3吹氧3min，真空度42torr，氧枪流量1350m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量480L/min；
⑥17:41 动态脱碳期4吹氧12min，真空度20torr，氧枪流量1300m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量560L/min；
4）17:55 VCD开始：
17:55 -17:59 真空度5torr，底吹氩气流量600L/min；
17:59-18:00 真空度3torr，底吹氩气流量700 L/min；
18:00-18:01 真空度2torr，底吹氩气流量700L/min；
18:01-18:20 真空度0.8torr，底吹氩气流量650L/min；
5）18:22 还原开始：
18:22 加入300kg铝粒，1200kg石灰，350kg萤石和350kg硅铁，底吹氩气流量200L/min；
18:25-18:30 真空度0.7torr，底吹氩气流量300L/min；
18:35 加600kg石灰和100kg萤石，底吹氩气流量100L/min；
18:37 真空度0.7torr，底吹氩气流量100L/min；
6）18:44 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.0075%，Si：0.046%，Cr：18.39%，S：0.0020%，Ni：0.11%，Mn：0.19%，P：0.018%，N：0.0061%，其余为Fe和微量杂质。
2号钢包：初始钢液温度1643℃，钢液重量94t，钢包净空1370mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.39%，Si：0.028%，Cr：18.57%，S：0.0086%，Ni：0.10%，Mn：0.19%，P：0.015%，N：0.0060%，其余为Fe 和不可避免的杂质。
1)17:58 进2号位抽真空；
2)18:03 加入350kg石灰；
3)18:10 顶吹氧脱碳开始：
①18:12 初吹3min，真空度125tor，氧枪流量1100m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量240L/min；
②18:15 主吹氧 14min，真空度120torr，氧枪流量1450 m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量300L/min；
③18:29 动态脱碳期1吹氧 15min，真空度80torr，氧枪流量1450m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量350L/min；
④18:44 动态脱碳期2吹氧3min，真空度58torr，氧枪流量1400m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量400L/min；
⑤18:47 动态脱碳期3吹氧4min，真空度45torr，氧枪流量1350m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量460L/min；
⑥18:51 动态脱碳期4吹氧10min，真空度25torr，氧枪流量1300m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量550L/min；
4）19:01 VCD开始
19:01-19:03 真空度10torr，底吹氩气流量700L/min；
19:03-19:05 真空度5torr，底吹氩气流量700L/min；
19:05-19:06 真空度3torr，底吹氩气流量700L/min；
19:11-19:16 真空度2torr，底吹氩气流量700L/min；
19:16-19:21 真空度0.5torr，底吹氩气流量700L/min；
5）19:21 还原开始：
19:21 加入370kg铝粒，1500kg石灰，400kg萤石和300kg硅铁，底吹氩气流量200L/min；
19:24-19:30 真空度0.5torr，底吹氩气流量200L/min；
19:34 加入500kg石灰和120kg萤石，底吹氩气流量100L/min；
19:36 真空度0.5torr，底吹氩气流量100L/min；
6)19:41 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.0050%，Si：0.135%，Cr：18.38%，S：0.0026%，Ni：0.10%，Mn：0.17%，P：0.014%，N：0.0049%，其余为Fe和其他微量杂质。
从上述实施例可以看出，采用现有技术中的单工位VOD冶炼方法处理2个钢包需3小时38分钟，而采用本发明的双工位VOD冶炼方法仅需2小时52分钟，且处理后1、2号钢包中钢液的C+N总量分别为136ppm和99ppm，符合超纯铁素体不锈钢439经过VOD处理后的成分要求。因此，本发明在保证钢液质量的基础上缩短了VOD平均冶炼周期，解决了超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。
实施例2：
本发明的一种超纯铁素体不锈钢443的双工位VOD冶炼方法，
设备要求：100tVOD处理炉，极限真空度＜1torr，底部两个吹氩风口，总吹气能力为800L/min。具体实施步骤如下：
1号钢包：初始钢液温度1626℃，钢液重量95t，钢包净空1250mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.39%，Si：0.03%，Cr：20.75%，S：0.01%，Ni：0.15%，Mn：0.17%，P：0.019%，N：0.0086%，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
1）11:43 进1号真空罐抽真空；
2）11:56 加入500kg石灰；
3）12:03 顶吹氧脱碳开始：
①12:05 初吹4min，真空度120torr，氧枪流量1200m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量300L/min；
②12:09 主吹氧15min，真空度100torr，氧枪流量1440m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量300L/min；
③12:24 动态脱碳期1吹氧15min，真空度70torr，氧枪流量1500m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量350L/min；
④12:39 动态脱碳期2吹氧5min，真空度50torr，氧枪流量1500m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量450L/min；
⑤12:44 动态脱碳期3吹氧5min，真空度40torr，氧枪流量1400m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量550L/min；
⑥12:49 动态脱碳期4吹氧12min，真空度20torr，氧枪流量1350m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量650L/min；
4）13:01 VCD开始：
13:06-13:11 真空度5torr，底吹氩气流量700L/min；
13:12-13:13 真空度3torr，底吹氩气流量700L/min；
13:14-13:15 真空度2torr，底吹氩气流量700L/min；
13:16-13:31 真空度0.5torr，底吹氩气流量700L/min；
5）13:31 还原开始：
13:32 加入500kg铝粒，1000kg石灰，300kg萤石和400kg硅铁，底吹氩气流量300L/min；
13:35-13:40 真空度0.5torr，底吹氩气流量300L/min；
13:45 加入800kg石灰和200kg萤石，底吹氩气流量300L/min；
18:37 真空度0.5torr，底吹氩气流量200L/min；
6）13:56 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.0062%，Si：0.16%，Cr：20.73%，S：0.0018%，Ni：0.14%，Mn：0.15%，P：0.017%，N：0.0046%，其余为Fe和其他微量杂质。
2号钢包：初始钢液温度1643℃，钢液重量94t，钢包净空1370mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.42%，Si：0.029%，Cr：21.0%，S：0.0083%，Ni：0.15%，Mn：0.19%，P：0.017%，N：0.0089%，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)13:10 进2号位抽真空；
2)13:20 加入400kg石灰；
3)13:25 顶吹氧脱碳开始：
①13:25 初吹4min，真空度121torr，氧枪流量1200m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量280L/min；
②13:29 主吹氧14min，真空度102torr，氧枪流量1450m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量280L/min；
③13:44 动态脱碳期1吹氧15min，真空度70torr，氧枪流量1500m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量350L/min；
④13:59 动态脱碳期2吹氧5 min，真空度51torr，氧枪流量1490m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量430L/min；
⑤14:04 动态脱碳期3吹氧5min，真空度41torr，氧枪流量1395m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量540L/min；
⑥14:09 动态脱碳期4吹氧12min，真空度22torr，氧枪流量1350m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量640L/min；
4）14:11 VCD开始：
14:18-14:19 真空度5torr，底吹氩气流量680L/min；
14:20-14:21 真空度3torr，底吹氩气流量680L/min；
14:22-14:23 真空度2torr，底吹氩气流量680L/min；
14:25-14:40 真空度0.6torr，底吹氩气流量680L/min；
5）14:40 还原开始：
14:42 加入480kg铝粒，1500kg石灰，350kg萤石和350kg硅铁，底吹氩气流量280L/min；
14:45-14:50 真空度0.6torr，底吹氩气流量280L/min；
14:55 加入500kg石灰和100kg萤石，底吹氩气流量290L/min；
14:57 真空度0.5torr，底吹氩气流量200L/min；
6）15:00 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.0076%，Si：0.10%，Cr：20.93%，S：0.002%，Ni：0.14%，Mn：0.13%，P：0.016%，N：0.0040%，其余为Fe 和微量杂质。
从上述实施例可以看出，采用现有技术中的单工位VOD冶炼方法处理2个钢包需4小时3分钟，而采用本发明的双工位VOD冶炼方法仅需3小时17分钟，且处理后1、2号钢包中钢液的C+N总量分别为108ppm和116ppm，符合超纯铁素体不锈钢443经过VOD处理后的成分要求。因此，本发明在保证钢液质量的基础上缩短了VOD平均冶炼周期，解决了超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。
实施例3：
本发明的一种超纯铁素体不锈钢409L的双工位VOD冶炼方法，
设备要求：100tVOD处理炉，极限真空度＜1torr，底部两个吹氩风口，总吹气能力为800L/min。具体实施步骤如下：
1号钢包：初始钢液温度1634℃，钢液重量96t，钢包净空1330mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.25%，Si：0.01%，Cr：11.50%，S：0.01%，Ni：0.08%，Mn：0.24%，P：0.019%，N：0.0070%，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
1）0:43 进1号真空罐抽真空；
2）0:53 顶吹氧脱碳开始：
①0:55 初吹3min，真空度130 torr， 氧枪流量1000m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量200L/min；
②0:58 主吹氧 10min，真空度115torr，氧枪流量1400 m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量250 L/min；
③1:08 动态脱碳期1吹氧12min，真空度80torr，氧枪流量1400m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量300L/min；
④1:20 动态脱碳期2吹氧3min，真空度55torr，氧枪流量1300m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量400L/min；
⑤1:23 动态脱碳期3吹氧3min，真空度45torr，氧枪流量1300m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量450L/min；
⑥1:26 动态脱碳期4吹氧10min，真空度30torr，氧枪流量1250m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量550L/min；
3）1:27 VCD开始：
1:28-1:29 真空度5torr，底吹氩气流量600L/min；
1:29-1:30 真空度3torr，底吹氩气流量600L/min；
1:31-1:32 真空度2torr，底吹氩气流量600L/min；
1:32-13:47 真空度0.7torr，底吹氩气流量600L/min；
4）1:47 还原开始：
1:48 加入310kg铝粒，1300kg石灰，300kg萤石和300kg硅铁，底吹氩气流量260L/min；
1:50-1:52 真空度0.7torr，底吹氩气流量260L/min；
1:58 加600kg石灰，200kg萤石，底吹氩气流量260L/min；
2:00 真空度 0.7torr，底吹氩气流量260L/min；
5）2：08 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.0065%，Si：0.10%，Cr：11.42%，S：0.001%，Ni：0.06%，Mn：0.21%，P：0.018%，N：0.0035%，其余为Fe和其他微量杂质。
2号钢包：初始钢液温度1643℃，钢液重量94t，钢包净空1300mm，以质量百分比计算，处理前其成分为C：0.45%，Si：0.03%，Cr：11.68%，S：0.0068%，Ni：0.15%，Mn：0.17%，P：0.016%，N：0.01%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
1)1:30 进2号位抽真空；
2)1:40 加入200kg石灰；
3)1:45 顶吹氧脱碳开始：
①1:45 初吹3min，真空度130torr，氧枪流量1000m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量250L/min；
②1:48 主吹氧12min，真空度115torr，氧枪流量1420m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量300L/min；
③2:00 动态脱碳期1吹氧12min，真空度76torr，氧枪流量1410 m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量310L/min；
④2:12 动态脱碳期2吹氧4min，真空度51torr，氧枪流量1305m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量420L/min；
⑤2:16 动态脱碳期3吹氧3min，真空度41torr，氧枪流量1305m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量460L/min；
⑥2:19 动态脱碳期4吹氧11min，真空度22torr，氧枪流量1280m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量575L/min；
4）2:20 VCD开始：
2:23-2:24 真空度5torr，底吹氩气流量690L/min；
2:24-2:25 真空度3torr，底吹氩气流量690L/min；
2:25-2:26 真空度2torr，底吹氩气流量690L/min；
2:30-2:40 真空度0.5torr，底吹氩气流量690L/min；
5）2:40 还原开始：
2:42 加入410kg铝粒，1470kg石灰，360kg萤石和320kg硅铁，底吹氩气流量250L/min；
2:45-2:50 真空度0.5torr，底吹氩气流量260L/min；
2:55 加入630kg石灰和150kg萤石，底吹氩气流量270L/min；
2:57 真空度0.5torr，底吹氩气流量270L/min；
6）3:00 底吹关闭，破空；取样，以质量百分比计算，处理后钢液成分为C：0.006%，Si：0.15%，Cr：11.52%，S：0.0015%，Ni：0.08%，Mn：0.15%，P：0.016%，N：0.0034%，其余为Fe和其他微量杂质。
从上述实施例可以看出，采用现有技术中的单工位VOD冶炼方法处理2个钢包需2小时55分钟，而采用本发明的双工位VOD冶炼方法仅需2小时17分钟，且处理后1、2号钢包中钢液的C+N总量分别为100ppm和94ppm，符合超纯铁素体不锈钢409L经过VOD处理后的成分要求。因此，本发明在保证钢液质量的基础上缩短了VOD平均冶炼周期，解决了超体铁素体不锈钢生产周期长的问题。

Claims (1)

1.一种超纯铁素体不锈钢的双工位真空吹氧脱碳冶炼方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）1号钢包进入真空吹氧脱碳阶段后放入1号真空罐，设置罐压＜100Pa；以质量百分比计钢液初始铬含量为11.5-21.0%，碳含量为0.25-0.40%，氮含量≤0.01%；钢液初始温度≥1620℃，渣厚≤40mm，加入0-500kg石灰，钢包净空＞1250mm；
（2）抽真空并顶吹氧脱碳：
①初吹3-4min，真空度120-130torr，氧枪流量1000-1200m3/h，枪位1500mm，底吹氩气流量200-300L/min；
②主吹氧10-15min，真空度100-120torr，氧枪流量1400-1450m3/h，枪位1450mm，底吹氩气流量250-300L/min；
③动态脱碳期1：吹氧12-15min，真空度70-80torr，氧枪流量1400-1500m3/h，枪位1400mm，底吹氩气流量300-350L/min；
④动态脱碳期2：吹氧3-5min，真空度50-55torr，氧枪流量1300-1500m3/h，枪位1350mm，底吹氩气流量400-450L/min；
⑤动态脱碳期3：吹氧3-5min，真空度40-45torr，氧枪流量1300-1400m3/h，枪位1300mm，底吹氩气流量450-550L/min；
⑥动态脱碳期4：吹氧10-12min，真空度20-30torr，氧枪流量1250-1350m3/h，枪位1280mm，底吹氩气流量550-650L/min；
（3）真空碳脱氧阶段：继续抽真空，真空度＜1torr，底吹氩气流量600-700L/min，处理时间20-25min；
（4）还原：真空度＜1torr，底吹氩气流量100-300L/min，处理过程中首先加入300-500kg铝粒，1000-1500kg石灰，300-400kg萤石和300-500kg硅铁，然后加入500-800kg石灰和100-200kg萤石；处理时间20-25min；
（5）破空：1号钢包顶吹氧脱碳结束转入真空碳脱氧阶段后，2号钢包进入真空吹氧脱碳炉2号真空罐进行上述（1）-（5）的操作。
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