CN1556227A - 真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢高碳区脱氮方法 - Google Patents
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Abstract
一种真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢高碳区脱氮方法，该方法包括：把含碳量≥0.30％的不锈钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉中，抽真空吹入氩气，炉内的真空度达150－200torr时，向炉内吹氧；然后脱硅停止吹氧，底吹氩开到最大，炉内气压降到≤5torr，沸腾8分钟以上，沸腾脱氮；之后继续吹氧脱碳，提高真空度，脱碳到要求时，真空度在20－40torr；停止吹氧，将炉内的真空度抽到5torr以下，再次吹入氩气，使钢水沸腾8分钟以上脱氧脱碳；沸腾结束，真空度在10torr以下，底吹氩开到最大，加入还原材料还原，保持真空时间大于10分钟；之后，停止吹氩吹入氮气破坏真空。本方法使钢水中的氮的含量降低到100ppm以下，真空吹氧脱碳精炼炉设备的损害小。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮方法，即真空吹氧脱碳冶炼不锈钢脱氮方法。
背景技术
氮在含钛不锈钢和铁素体不锈钢中是有害元素，所以在含钛不锈钢和铁素体不锈钢的冶炼过程中，控制氮含量愈低愈好，而氮在不锈钢中溶解度很大，同时氮是大原子元素，脱除很困难。
真空吹氧脱碳精炼炉冶炼方法发明以后，在冶炼不锈钢的实际使用过程中，传统的真空吹氧脱碳精炼炉深脱氮效果差，难以脱氮在100ppm以下，为了克服真空吹氧脱碳精炼炉冶炼方法的这一不足，并保持真空吹氧脱碳精炼炉冶炼方法的优点，国内外不锈钢冶金企业对真空吹氧脱碳精炼炉冶炼方法进行开发改进，成功应用的主要方法有：提高钢液碳含量，通过延长冶炼时间来达到降低氮的效果，虽然对脱氮有效，但生产效率很低，而且冶炼过程中喷溅严重，对设备损坏极大，所以这种真空吹氧冶炼方法得不到推广；另一种是SS-VOD即强搅拌真空吹氧脱碳精炼炉，这种方法是加大底吹氩气的量达到0.01-0.02Nm3/min.t，这种冶炼方法虽然脱氮效果很好，但由于底吹氩气量很大，长时间高真空冶炼，冶炼过程喷溅也很严重；还有一种真空吹氧脱碳精炼炉-PB脱氮方法，该方法是从真空吹氧脱碳精炼炉顶部向钢水中吹入铁鳞来脱氮，脱氮速度很快，但工艺复杂，成本高。
发明内容
为了克服现有真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮方法对设备损坏严重、工艺复杂、成本高的不足，本发明提供一种真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮方法，本脱氮方法工艺简单、喷溅轻微。
本发明的技术方案是在真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢时，根据钢液脱气原理，创造有利于脱氮的工艺因素，在真空吹氧脱碳精炼炉采用二次真空沸腾脱氮、脱氧、脱碳，在喷溅不严重的情况下，根据不同钢种把每炉钢冶炼时间控制在一小时到两小时内，实现短时间内脱氮的工艺目的。主要发明特征是：在高碳高温薄渣的条件下，高碳区即碳大于或等于0.30％时沸腾脱氮，低碳区即钢水中含碳小于0.30％时二次沸腾脱氧、脱碳，喷溅轻。其它真空吹氧脱碳精炼炉只有低碳区一次沸腾脱氧、脱碳。
本发明的真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢方法对冶炼原料和设备要求如下：
(1)真空吹氧脱碳精炼炉的不锈钢钢水含氮量不大于500ppm，含碳量大于等于0.30％；
(2)真空吹氧脱碳精炼炉的处理前钢水温度不小于1590℃，渣厚不大于40mm，真空吹氧脱碳精炼炉钢包的炉渣液面到包壁上沿距离不小于1250mm，根据具体真空吹氧脱碳精炼炉设备，调整这个距离要求。
本发明的真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢方法包括下述顺序的步骤：
(1)把处理前的不锈钢钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉钢包中，抽真空，同时从真空吹氧脱碳精炼炉的底部吹入氩气，使真空吹氧脱碳精炼炉炉内的真空度达到150-200torr时，开始向钢包内吹氧；
(2)吹氧量m3＝0.8×钢水重量(kg)×钢水含Si百分含量+30进行脱硅，停止吹氧，把底吹氩开到最大，一般要求大于1000NL/min，同时真空度提高到不小于5torr，沸腾8分钟以上，进行第一次沸腾脱氮，并且脱碳；
(3)沸腾完毕，真空吹氧脱碳精炼炉继续吹氧脱碳，同时逐渐提高真空度降低炉内气压，脱碳到目标时，即达到不锈钢国家标准或使用要求时，真空度在20-40torr。
(4)停止吹氧，将真空吹氧脱碳精炼炉内的抽真空度抽到5torr以下，从真空吹氧脱碳精炼炉炉底部吹入氩气，使不锈钢水沸腾8分钟以上，沸腾的同时进行第二次脱氧脱碳；
(5)沸腾结束后，控制真空度在10torr以下，底吹氩气尽真空吹氧脱碳精炼炉的设备能力开到最大，加入石灰、萤石，根据这时钢水的化学成分依据硅还原氧化铬的化学反应方程式推导的公式计算加入的硅铁量，加入硅铁或铝，部分钢种加入80-150kg铝。硅铁或铝主要还原炉渣中的氧化铬，其还原反应原理及计算公式如下：
含硅75％的硅铁计算量＝1.67×(吹入总氧气量m3-0.933×钢水初始碳含量×钢水初始重量kg-0.8×钢水初始硅含量×钢水初始重量kg)+钢水重量kg×产品钢水要求硅含量÷0.75
保持真空时间大于10分钟。
(6)之后，关掉真空吹氧脱碳精炼炉底吹氩气，顶部吹入氮气破坏真空。
(7)打开真空盖，取样化验不锈钢水的成份，符合要求时，出钢浇注，如成分、温度不符合要求，可以到钢包精炼炉其它精炼装备中，按常规冶炼方法，进行精炼。
本发明的真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮方法，对真空吹氧脱碳精炼炉处理前不锈钢水的含碳量要求控制在0.30％以上，吹氧脱硅后，在钢水中碳、氧含量、温度较高的条件下，提高了氮的活度系数，停止吹氧，进行第一次高真空沸腾脱氮，可以使钢水中的氮的含量降低到100ppm以下，同时，在脱碳期用氩量小，工艺简单、冶炼时间短、喷溅轻，对真空吹氧脱碳精炼炉设备的损害小，延长了真空吹氧脱碳精炼炉防溅盖的使用寿命。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮方法进行详细说明。
实施例一
对冶炼的原料和冶炼炉的要求如下：
采用双工位台车型真空吹氧脱碳精炼炉炉，该炉的容积为75t，自由空间即炉渣液面到钢包包壁上沿的距离为1250mm。冶炼的不锈钢种：00Cr12Ti。
钢水渣的实际厚度20mm。钢水重量75.1吨。
处理前钢水的化学成分为：
| C％ | Si％ | Mn％ | P％ | S％ | Cr％ | Ni％ | Nppm |
| 0.32 | 0.13 | 0.18 | 0.024 | 0.003 | 10.82 | 0.05 | 230 |
处理前钢水的温度为1605℃。
本实施例的步骤依次如下：
时间 处理内容
8:16 处理前不锈钢钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉钢包中，钢水真空吹氧脱碳精炼炉工作位。
8:37 开始抽真空，从底部向真空吹氧脱碳精炼炉炉内吹氩，氩气流量417NL/min，当真空吹氧脱碳精炼炉炉内的真空度到达110.2torr时，向真空吹氧脱碳精炼炉包内吹氧。
8:43 吹氧量达到98m3脱硅后，停止吹氧，开始继续抽真空，真空度达到4.2torr，从底部氩气以最大流量1174NL/min吹入，沸腾10分钟，进行第一次沸腾脱氮并脱碳。
8:55 沸腾结束后，降低真空度到110torr，开始吹入氧气继续脱碳。
9:35 吹氧过程逐步提高真空度，吹入总氧气量468m3，真空度在37.4torr，吹氧脱碳结束，从真空吹氧脱碳精炼炉底部吹入的氩气为643NL/min，提高真空度到4.4torr，沸腾10分钟，进行第二次沸腾脱氧脱碳。
9:45 沸腾完毕，关掉底吹氩，顶部吹入氮气破坏真空。测量不锈钢钢水温度为1599℃，取样分析不锈钢钢水成份(分析结果见后)。
9:48 开始抽真空。
9:54 真空度达4.4torr时，以1148NL/min的流量从真空吹氧脱碳精炼炉炉的底部吹入氩气，加入石灰1000Kg，萤石200kg，75％的硅铁518Kg，铝148Kg还原10分钟。
10:08 9:45的取样结果分析出来为：
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Cr％ Ni％ Nppm
0.01 0.24 0.20 0.024 0.002 10.08 0.03 58
铬成分偏低，真空下加入低碳铬铁715Kg增加铬含量。
10:13 破坏吹氧脱碳精炼炉炉内真空，测量钢包内不锈钢钢水温度为1564℃，取样化验钢水成分％为：
C Si Mn P S Cr Ni Nppm
0.01 0.24 0.21 0.024 0.002 11.44 0.03 64
达到使用要求。
10:17 真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮结束。
10:25 钢包吊到钢包精炼炉炉位70Fe-Ti线，增加钢中Ti含量。经钢包精炼炉处理后，成品钢的化学成分为％
C Si Mn P S Cr Ni Ti Nppm
0.02 0.30 0.21 0.024 0.001 11.45 0.03 0.24 78
实施例二
对冶炼的原料和冶炼炉的要求如下：
采用双工位台车型真空吹氧脱碳精炼炉炉，该炉的容积为75t，自由空间即炉渣液面到钢包包壁上沿的距离为1250mm。
钢水渣的实际厚度28mm。
钢水重量 73.6吨。
冶炼的不锈钢种：0Cr18Ni9。
处理前钢水的化学成分为：
| C％ | Si％ | Mn％ | P％ | S％ | Cr％ | Ni％ | Nppm |
| 0.34 | 0.11 | 1.21 | 0.016 | 0.005 | 17.36 | 8.11 | 376 |
处理前钢水的温度为1593℃。
本实施例的步骤依次如下：
时间 处理内容
00:58 处理前不锈钢钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉钢包中，钢水真空吹氧脱碳精炼炉工作位。
01:03 开始抽真空，从底部向真空吹氧脱碳精炼炉炉内吹氩，氩气流量523NL/min，当真空吹氧脱碳精炼炉炉内的真空度到达120torr时，向真空吹氧脱碳精炼炉包内吹氧。
01:08 吹氧量达到95m3脱硅后，停止吹氧，开始继续抽真空，真空度达到3.6torr，从底部氩气以最大流量1196NL/min吹入，沸腾10分钟，进行第一次沸腾脱氮同时脱碳。
01:21 沸腾结束后，降低真空度到118torr，开始吹入氧气继续脱碳。
01:23 吹氧过程逐步提高真空度，吹入总氧气量626m3，真空度在28.4torr，吹氧脱碳结束，从真空吹氧脱碳精炼炉底部吹入的氩气为660NL/min，提高真空度到4.2torr，沸腾10分钟，进行第二次沸腾脱氧脱碳。
01:54 沸腾完毕，关掉底吹氩，顶部吹入氮气破坏真空。测量不锈钢钢水温度为1592℃，取样分析不锈钢钢水成份(分析结果见后)。
02:02 开始抽真空。
02:06 01:54的取样结果分析出来为：
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Cr％ Ni％ Nppm
0.04 0.02 1.09 0.018 0.006 16.99 8.16 90
02:07 真空度达4.2torr时，以1156NL/min的流量从真空吹氧脱碳精炼炉炉的底部吹入氩气，加入石灰1200Kg，萤石230kg，75％的硅铁832Kg，还原10分钟。
02:17 破坏吹氧脱碳精炼炉炉内真空，测量钢包内不锈钢钢水温度为1571℃，取样化验钢水化学成分％为：
C Si Mn P S Cr Ni Nppm
0.04 0.48 1.16 0.018 0.002 17.21 8.14 91
达到使用要求。
02:22 真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮结束。
02:24 钢包吊到连铸浇注。
实施例三
对冶炼的原料和冶炼炉的要求如下：
采用双工位台车型真空吹氧脱碳精炼炉炉，该炉的容积为75t，自由空间即炉渣液面到钢包包壁上沿的距离为1250mm。
钢水渣的实际厚度24mm。
钢水重量 71.8吨。
冶炼的不锈钢种：0Cr17。
处理前钢水的化学成分：
| C％ | Si％ | Mn％ | P％ | S％ | Cr％ | Ni％ | Nppm |
| 0.38 | 0.10 | 0.24 | 0.020 | 0.008 | 17.01 | 0.02 | 359 |
处理前钢水的温度为1599℃。
本实施例的步骤依次如下：
时间 处理内容
09:45 处理前不锈钢钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉钢包中，钢水真空吹氧脱碳精炼炉工作位。
09:50开始抽真空，从底部向真空吹氧脱碳精炼炉炉内吹氩，氩气流量560NL/min，当真空吹氧脱碳精炼炉炉内的真空度到达118torr时，向真空吹氧脱碳精炼炉包内吹氧。
09:58 吹氧量达到88m3脱硅后，停止吹氧，开始继续抽真空，真空度达到4.3torr，底部氩气以最大流量1190NL/min吹入，沸腾10分钟，进行第一次沸腾脱氮并脱碳。
10:13 沸腾结束后，降低真空度到110torr，开始吹入氧气继续脱碳。
10:16 吹氧过程逐步提高真空度，吹入总氧气量589m3，真空度在33.5torr，吹氧脱碳结束，从真空吹氧脱碳精炼炉底部吹入的氩气为680NL/min，提高真空度到4.1torr，沸腾10分钟，进行第二次沸腾脱氧脱碳。
10:51 沸腾完毕，关掉底吹氩，顶部吹入氮气破坏真空。测量不锈钢钢水温度为1603℃，取样分析不锈钢钢水成份(分析结果见后)。
10:55 开始抽真空。
11:00 真空度达3.8torr时，以1155NL/min的流量从真空吹氧脱碳精炼炉的底部吹入氩气，加入石灰1200Kg，萤石210kg，75％的硅铁590Kg，还原10分钟。
11:02 10:51的取样结果分析出来为：
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Cr％ Ni％ Nppm
0.02 0.02 0.22 0.021 0.005 16.75 0.02 96
11:15 破坏吹氧脱碳精炼炉炉内真空，测量钢包内不锈钢钢水温度为1579℃，取样化验钢水化学成分％为：
C Si Mn P S Cr Ni Nppm
0.02 0.36 0.22 0.022 0.002 16.89 0.02 97
符合使用要求。
11:21 真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢脱氮结束，钢包吊到连铸浇注。
本真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢高碳区脱氮方法不限于上述三个实施例，适用于一切不锈钢。
名词解释
VOD：真空吹氧脱碳工艺，由德国维腾公司开发。该精炼法可在真空下添加合金和进行测温等操作，主要用于精炼不锈钢。其特点是在减压下顶部吹氧，同时从底部多孔塞吹氩搅拌，降低CO分压，加速碳氧反应。VOD是英文VacuumOxygen Decarburization的3个打头字母。
LF：钢包精炼炉，由日本特殊钢公司1971年开发，可处理各种特殊钢，其特点是电弧加热，加合成渣洗及吹氩。LF是Ladle Furnace的2个打头字母。
Claims (2)
1、一种真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢高碳区脱氮方法，该方法包括下述顺序的步骤：
(1)把处理前的不锈钢钢水倒入真空吹氧脱碳精炼炉钢包中，钢水含氮量不大于500ppm，含碳量大于等于0.30％，钢水温度不小于1590℃，渣厚不大于40mm，进行抽真空，同时从真空吹氧脱碳精炼炉的底部吹入氩气，使真空吹氧脱碳精炼炉炉内的真空度达到150-200torr时，开始向钢包内吹氧；
(2)吹氧量m3＝0.8×钢水重量(kg)×钢水含Si百分含量+30进行脱硅，停止吹氧，把底吹氩开到最大，一般要求大于1000NL/min，同时真空度提高到不小于5torr，沸腾8分钟以上，进行第一次沸腾脱氮，并且脱碳；
(3)沸腾完毕，真空吹氧脱碳精炼炉继续吹氧脱碳，同时逐渐提高真空度降低炉内气压，脱碳到目标时，真空度在20-40torr；
(4)停止吹氧，将真空吹氧脱碳精炼炉内的抽真空度抽到5torr以下，从真空吹氧脱碳精炼炉炉底部吹入氩气，使不锈钢水沸腾8分钟以上，沸腾的同时进行第二次脱氧脱碳；
(5)沸腾结束后，控制真空度在10torr以下，底吹氩气尽真空吹氧脱碳精炼炉的设备能力开到最大，加入石灰、萤石、根据这时钢水的化学成分按照推导的公式计算硅铁量或铝量，加入硅铁或铝还原，保持真空时间大于10分钟；
(6)之后，关掉真空吹氧脱碳精炼炉底吹氩气，顶部吹入氮气破坏真空；
(7)打开真空盖，取样化验不锈钢水的成份，符合要求时，出钢浇注。
2、根据权利要求1所述的本真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢高碳区脱氮方法，其特征是：在加入石灰、萤石、硅铁或铝还原，保持真空时间大于10分钟后，钢水中的化学成分或温度仍不符合使用要求，把钢水倒入钢包精炼炉或其它精炼装备中，按常规冶炼方法，进行精炼。
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