CN100557038C - 一种超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的冶炼方法,其步骤如下:(1)将钢包放入真空罐内抽真空,气压保持在260-350mbar,打开底吹氩气;(2)真空罐内气压降至200-250mbar时吹氧脱碳;(3)当钢液中碳的含量降至0.03%-0.05%停止吹氧,真空度不大于1mbar时,沸腾时间≥20分钟;钢包底部气体搅拌强度≥13L/(min.t);(4)加入硅铁,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,搅拌强度大于10L/(min.t),真空度≤5mbar;(5)加入铝深脱氧,搅拌强度大于10L/(min.t),真空度≤5mbar,脱氧时间5~10分钟;(6)合金微调;7)关闭底吹搅拌气体;(8)破坏真空。本超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的冶炼方法工艺简单、冶炼时间较短。
Description
技术领域
本发明涉及一种超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的冶炼方法。
背景技术
铁素体不锈钢中存在C、N间隙元素强烈形成并稳定奥氏体,对铁素体不锈钢十分有害,主要是因为C、N元素在铁素体不锈钢中的扩散速度快,约为在奥氏体中的600倍,在高温加热后的冷却过程中会有碳、氮化物沉淀析出,导致了铁素体不锈钢475℃脆性、高温脆性、室温韧性低、脆性转变温度高、对缺口敏感等缺点。因此,冶金工作者长期致力于降低铁素体不锈钢中的碳、氮含量,从而克服铁素体不锈钢的上述不足。
极低的C、N含量是超纯铁素体不锈钢最显著的特征,深度脱碳、脱氮也成为超纯铁素体不锈钢冶炼的核心技术。超纯铁素体不锈钢都含有大量的铬、钼等元素,和钼元素对钢中的碳、氮的相互作用是负数,从热力学上考虑,把这类钢碳、氮含量降低到一个低水平比其它钢种更加困难。
上世纪七十年代以前,电炉法冶炼超纯铁素体不锈钢的难度非常大,上世纪七十年代后期,国内外开始研制这类钢。当减压脱碳、脱氮法和稀释脱碳、脱氮法出现后,超纯铁素体不锈钢得到了较大的发展。国外先进钢铁企业对超纯铁素体不锈钢的研究比较早,设备和工艺较为先进,通常采用VOD-PB和SS-VOD法生产超纯铁素体不锈钢。VOD-PB法是在真空条件下向熔池表面吹粉状精炼剂(如铁矿粉等),粉剂进入熔池后促进脱碳、脱氮反应进行,虽然这种方法的脱碳、脱氮效果非常好,但是其工艺和设备复杂、成本也高。SS-VOD法是从钢包底部多个透气塞吹入大量Ar气,强烈搅拌熔池来冶炼超纯不锈钢,这种方法在冶炼过程中的喷溅严重、氩气消耗大。我国从上世纪八十年代开始研制这类不锈钢,主要采用“真空感应炉+电子束重熔炉”的设备和方法冶炼,如公开号CN170366A的《一种顶底复吹真空感应炉》,和CN1514033A《一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法》,这些冶炼方法需要昂贵的高纯原料,脱碳、脱氮时间长、而且产量小。目前我国规模生产超纯铁素体不锈钢方法仍处于研究阶段,特别是降碳、降氮工艺的开发还没见成功的报导。
发明内容
为了克服现有铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的上述不足,本发明提供一种用VOD炉冶炼超纯铁素体不锈钢的脱碳、脱氮方法,本脱碳、脱氮工艺简单、冶炼时间短。
本发明是用VOD炉冶炼超纯铁素体不锈钢来降低碳、降低氮的方法,主要设备有钢包、真空罐、吹氧装置、加料罐与真空***。
一、设备要求
(1)***负载(即真空罐)极限真空度≤1mbar;
(2)钢包底部气体最大搅拌强度≥13L/(min.t)。
二、VOD初始技术条件要求
(1)钢液初始温度T≥1600℃;
(2)钢液初始[Si]≤0.20%;
(3)钢液初始0.40%≤[C]≤0.70%
(4)初始渣层厚度d≤50mm;
(5)钢液初始[N]≤200ppm;
(6)钢包自由空间H≥1300mm,可根据不同的设备调整H。
三、本铁素体不锈钢来降低碳、降低氮的方法包括下述的依次步骤:
(1)将装有VOD处理前钢水的钢包放入真空罐内密闭,抽真空3分钟,真空罐内的气压保持在260-350mbar,一般为300mbar,打开底吹氩气体;
(2)当真空罐内的气压降至200-250mbar时开始吹氧脱碳,吹氧脱碳分为六个阶段,每个吹氧脱碳阶段控制相应的吹氧流量、吹氧量(由脱碳模型控制)、氧枪高度、钢包底部搅拌强度与真空度;
(3)当钢液中碳的含量降至0.03%-0.05%(由脱碳模型计算)时停止吹氧,进行高真空沸腾,即在高真空下脱碳和高真空下脱氮,真空罐内的真空度不大于1mbar时,沸腾时间≥20分钟;钢包底部气体搅拌强度≥13L/(min.t);
(4)加入硅铁,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,硅铁加入量=钢液终点要求硅含量×钢液重量÷硅铁含硅量÷硅铁回收率,同时加入石灰、萤石料(加入的石灰、萤石的量为萤石:7kg/t,石灰:25kg/t)造渣,还原时间10~15分钟,底吹搅拌强度大于10L/(min.t),真空度≤5mbar;
(5)加入铝深脱氧(A1加入量2.5kg/t),搅拌强度大于10L/(min.t),真空度≤5mbar,脱氧时间5~10分钟;
(6)合金微调,成分均匀时间5~10分钟;
(7)关闭底吹搅拌气体;
(8)待钢液面平静后打开真空阀破坏真空;
(9)打开真空盖,测温、取样,温度与成分符合企业技术要求钢水中C的含量不大于0.01%,N的含量不大于100ppm。
然后进行浇注。如果C、N含量不符合,可以去初炼炉重炼;如果其它成分和温度不合要求,可去其它精炼炉调整。
本发明的VOD冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮方法,对处理前钢水温度要求≥1600℃,钢液初始碳在0.40~0.70%;吹氧过程中控制氧枪的高度、流量、真空度以及吹氩强度;吹氧结束后控制沸腾时间、真空度和吹氩强度,可以将钢液终点C、N含量都降低到100ppm以下。本发明工艺简单、冶炼时间较短、短喷溅少、氩气消耗小。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的具体实施方式,但本超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。
实施例一
本实施例的设备和VOD初始条件要求:75吨上动式VOD极限真空度≤1mbar,钢包底吹氩最大搅拌强度17.2L/(min.t)。钢包自由空间即渣面到钢包上沿的垂直距离H为1350mm,钢液初始温度1649℃,渣层厚度为40mm,钢水重量为72.1吨,冶炼钢种为00Cr17Mo。
VOD处理前钢水的化学成分(重量)为:
C:0.587% Si:0.1% Mn:0.09% P:0.020%
S:0.019% Cr:17.39% Mo:1.13% N(ppm):158
其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的步骤如下:
(1)将装有VOD处理前钢水的钢包放入真空罐内密闭,抽真空2分钟,打开底部吹氩管,搅拌强度为2.1L/(min.t)。
(2)当真空室内的气压降至205mbar时开始吹氧脱碳,吹氧流量和氧枪高度达涅利公司提供的二级***自动控制。
吹氧脱碳六个阶段,每个阶段吹氧流量、吹氧量、氧枪高度、钢包底部吹氩强度与真空度如下:(每一阶段的吹氧量根据初始条件而不同,吹氧量是每个阶段的累计,每一阶段时间由流量和吹氧量决定,吹氧都划分阶段)
(3)当钢液中碳含量为0.04时停止吹氧,此时吹氧量达到759Nm3,3分钟后真空度达到极限值0.5mbar,在此真空度下沸腾21分钟,钢包底部吹氩强度为16L/(min.t);
(4)加入硅铁350kg,石灰1615kg、萤石料420kg,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,还原时间为10分钟,底吹氩气强度16.5L/(min.t),真空罐内的真空度为1mbar;
(5)加入180kg铝深脱氧,底部吹氩气强度为15.2L/(min.t),真空罐内的真空度为3mbar,脱氧时间10分钟;
(6)关闭底吹搅拌气体;
(7)2分钟后钢液面平静,打开真空阀破坏真空;
(8)打开真空盖,测出钢液的温度为1605℃,取样,VOD铁素体不锈钢脱碳、脱氮后的化学成分(重量)为:
C:0.003% Si:0.08% Mn:0.1% P:0.015%
S:0.0018% Cr:17.6% Mo:1.14% N(ppm):65
其余为铁和不可避免的杂质。符合技术要求,出炉浇注。处理时间70分钟。
实施例二
本实施例的设备和VOD初始条件要求:75吨上动式VOD极限真空度≤1mbar,钢包底吹氩最大搅拌强度16.5L/(min.t)。钢包自由空间即渣面到钢包上沿的垂直距离H为1400mm,钢液初始温度1619℃,渣层厚度为30mm,钢水重量为70.5吨,冶炼钢种为00Cr18Mo2。
VOD处理前钢水的化学成分(重量)为:
C:0.647% Si:0.15% Mn:0.20% P:0.020%
S:0.018% Cr:18.39% Mo:2.13% N(ppm):184
其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的步骤如下:
(1)将装有VOD处理前钢水的钢包放入真空罐内密闭,抽真空2分钟,打开底部吹氩管,搅拌强度为2.3L/(min.t)。
(2)当真空室内的气压降至200mbar时开始吹氧脱碳,吹氧流量和氧枪高度达涅利公司提供的二级***自动控制。
吹氧脱碳六个阶段,每个阶段吹氧流量、吹氧量、氧枪高度、钢包底部吹氩强度与真空度如下:
(3)当钢液中碳含量为0.03时停止吹氧,此时吹氧量达到748Nm3,3分钟后真空度达到极限值0.6mbar,在此真空度下沸腾23分钟,钢包底部吹氩强度为16.2L/(min.t);
(4)加入硅铁450kg,石灰1755kg、萤石料500kg,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,还原时间为12分钟,底吹氩气强度15.5L/(min.t),真空罐内的真空度为1mbar;
(5)加入180kg铝深脱氧,底部吹氩气强度为13.2L/(min.t),真空罐内的真空度为2mbar,脱氧时间13分钟;
(6)关闭底吹搅拌气体;
(7)2分钟后钢液面平静,打开真空阀破坏真空;
(8)打开真空盖,测出钢液的温度为1595℃,取样,VOD铁素体不锈钢脱碳、脱氮后的化学成分(重量)为:
C:0.004% Si:0.11% Mn:0.22% P:0.019%
S:0.001% Cr:18.35% Mo:2.14% N(ppm):70
其余为铁和不可避免的杂质。符合技术要求,出炉浇注。处理时间72分钟。
实施例三
本实施例的设备和VOD初始条件要求:75吨上动式VOD极限真空度≤1mbar,钢包底吹氩最大搅拌强度15.5L/(min.t)。钢包自由空间即渣面到钢包上沿的垂直距离H为1300mm,钢液初始温度1609℃,渣层厚度为50mm,钢水重量为73.5吨,冶炼钢种为00Cr12Ti。
VOD处理前钢水的化学成分(重量)为:
C:0.42% Si:0.07% Mn:0.35% P:0.015%
S:0.009% Cr:11.39% N(ppm):195
其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的方法的步骤如下:
(1)将装有VOD处理前钢水的钢包放入真空罐内密闭,抽真空3分钟,打开底部吹氩管,搅拌强度为2.0L/(min.t)。
(2)当真空室内的气压降至190mbar时开始吹氧脱碳,吹氧流量和氧枪高度达涅利公司提供的二级***自动控制。吹氧脱碳六个阶段,每个阶段吹氧流量、吹氧量、氧枪高度、钢包底部吹氩强度与真空度如下:
(3)当钢液中碳含量为0.03时停止吹氧,此时吹氧量达到440Nm3,2分钟后真空度达到极限值0.4mbar,在此真空度下沸腾20分钟,钢包底部吹氩强度为14.2L/(min.t);
(4)加入硅铁450kg,石灰1855kg、萤石料520kg,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,还原时间为10分钟,底吹氩气强度14.5L/(min.t),真空罐内的真空度为1mbar;
(5)加入185kg铝深脱氧,底部吹氩气强度为11.2L/(min.t),真空罐内的真空度为1mbar,脱氧时间10分钟;
(6)关闭底吹搅拌气体;
(7)2分钟后钢液面平静,打开真空阀破坏真空;
(8)打开真空盖,测出钢液的温度为1570℃,取样,VOD铁素体不锈钢脱碳、脱氮后的化学成分(重量)为:
C:0.002% Si:0.35% Mn:0.36% P:0.016%
S:0.001% Cr:11.35% N(ppm):50 其余为铁和不可避免的杂质。符合技术要求,出炉进行浇注。本炉处理时间61分钟
本申请文件中:
氧枪高度 氧枪氧气出口与钢液面间的垂直距离。
VOD 真空吹氧脱碳工艺,是Vacuum Oxygen Decarburization
钢包自由空间 渣面与钢包上沿之间的垂直距离
Claims (1)
1、一种超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的冶炼方法,它包括下述的依次步骤:
(1)将装有VOD处理前钢水的钢包放入真空罐内密闭,抽真空,真空罐内的气压保持在260-350mbar,打开底吹氩气体;
(2)当真空罐内的气压降至200-250mbar时开始吹氧脱碳,吹氧脱碳分为六个阶段,每个吹氧脱碳阶段控制相应的吹氧流量、吹氧量、氧枪高度、钢包底部搅拌强度与真空度;
(3)当钢液中碳的含量降至0.03%-0.05%时停止吹氧,进行高真空沸腾,在高真空下脱碳和高真空下脱氮,真空罐内的真空度不大于1mbar时,沸腾时间≥20分钟;钢包底部气体搅拌强度≥13L·min-1·t-1;
(4)加入硅铁,将吹氧阶段氧化的铬及其它金属元素还原,硅铁加入量=钢液终点要求硅含量×钢液重量÷硅铁含硅量÷硅铁回收率,同时加入石灰、萤石料,加入的石灰、萤石的量为萤石:7kg/t,石灰:25kg/t,造渣,还原时间10~15分钟,底吹搅拌强度大于10L·min-1·t-1,真空度≤5mbar;
(5)加入铝深脱氧,Al加入量2.5kg/t,搅拌强度大于10L·min-1·t-1,真空度≤5mbar,脱氧时间5~10分钟;
(6)合金微调,成分均匀时间5~10分钟;
(7)关闭底吹搅拌气体;
(8)待钢液面平静后打开真空阀破坏真空。
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超纯铁素体不锈钢精炼过程中的脱氮. ,薛正良,李正邦.钢铁研究,第无卷第1期. 1998 * |
超纯铁素体不锈钢精炼过程中的脱氮. 薛正良,李正邦.钢铁研究,第无卷第1期. 1998 * |
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