一种VOD生产含氮不锈钢的方法与流程

本发明属于vod冶炼，涉及一种vod生产含氮不锈钢的方法。

背景技术：

1、以氮替代镍进行不锈钢合金化已成为开发新型不锈钢品种的重要趋势。在传统工艺中，钢液的氮合金化通常是在脱气精炼之后，通过向钢液中加入氮化合金来实现的。然而，该工艺存在以下不足之处：

2、首先，氮化合金的制备工序长、能耗高，市场价格昂贵，大量配加会显著提高钢液的合金化成本，削弱以氮代镍所带来的成本优势。

3、其次，氮化合金在制备过程中不可避免地携带碳、硅、磷、硫及金属夹杂等杂质元素，加入钢液后易对钢液造成二次污染，使钢中夹杂物含量升高，降低钢材的洁净度，进而影响钢材的耐蚀性能与力学性能，难以满足高洁净度钢的质量要求。

4、真空吹氧脱碳法（vod）精炼炉是不锈钢冶炼的关键精炼设备，其炉底配置有底吹系统，可依据冶炼进程灵活切换底吹气体种类与流量，对钢液实施搅拌，以促进钢液成分与温度的均匀化，并为脱碳、脱气反应提供良好的动力学条件。若能通过底吹系统直接向钢液中吹入氮气以完成增氮，则可省去氮化合金的加入环节。

5、因此，如何利用vod精炼炉的底吹系统，通过底吹氮气直接向钢液中增氮以实现氮的合金化，在避免氮化合金所带来的杂质污染、提高钢材洁净度的同时，有效降低生产成本，实现高洁净度低碳含氮不锈钢的生产，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种vod生产含氮不锈钢的方法，减少吹氩量、减少氮化合金加入量、简化工序流程，降低冶炼成本。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种vod生产含氮不锈钢的方法，包括钢包入站和钢包吊离，在钢包入站和钢包吊离之间，该方法还包括以下步骤：

4、吹氧脱碳阶段：降低真空度，降下氧枪，开始吹氧，并底吹氩气搅拌；

5、真空脱碳阶段：停止吹氧，保持极限真空度，底吹氩气搅拌；

6、还原阶段：继续保持极限真空度，加入造渣剂、还原剂和合金，底吹氮气对钢液进行增氮；

7、微调阶段：破真空，测温取样，根据取样结果判断是否需要继续底吹氮气，并对钢液进行成分及温度调整。

8、进一步，钢包入站时，入炉钢水要求c≤0.5%，si≤0.2%，温度1600～1650°c，防止脱碳阶段钢液喷溅。

9、进一步，吹氧脱碳阶段，当真空度降至25kpa及以下时，降低枪位开始吹氧，氧气流量为900～1000nm3/h，底吹氩气搅拌，氩气流量为2.5～3 nl/min/t。

10、进一步，吹氧脱碳阶段，采用氧电势变化曲线监控炉内的冶炼过程，当氧电势极速下降接近于0 mv后，再持续吹氧3～5min后停氧，进入真空脱碳阶段。

11、进一步，真空脱碳阶段，将真空度降至极限真空，底吹氩气搅拌，氩气流量为4.5～5 nl/min/t。

12、进一步，真空脱碳阶段，氧电势再次升高，当氧电势再次极速降低接近为0 mv时，真空脱碳阶段结束，进入还原阶段。

13、进一步，还原阶段，向钢液中加入的造渣剂包括石灰和萤石等，还原剂包括sife或al粒等，合金包括铬铁、锰铁等其他所需要的合金；整个还原阶段的时间为15～20min，期间，底吹氮气，氮气流量为2.5～3 nl/min/t，向钢液中增氮。

14、进一步，还原阶段结束后，破真空，继续底吹氮气，并对钢液成分及温度进行微调整，之后测温取样，当达到目标要求后，停止吹气，吊离钢包，结束冶炼。

15、进一步，在整个冶炼过程中，采用氮含量控制模型实时监测钢液中的氮含量，该控制模型通过吸氮与脱氮的热力学与动力学建立，通过底吹气体流量的变化计算钢液中实时氮含量。

16、本发明的有益效果在于：

17、1）降低合金化成本并提高钢液纯净度。本发明在还原阶段及微调阶段直接向钢液底吹氮气完成氮的合金化，以底吹氮气替代氮化合金，减少了氮化合金的加入量，同时避免了氮化合金所携带的杂质元素对钢液造成二次污染，提高了钢液的纯净度，有利于获得高洁净度的低碳含氮不锈钢。

18、2）降低氩气消耗，节约冶炼成本。本发明在还原阶段及微调阶段以氮气替代部分氩气作为底吹搅拌气体，在保证钢液搅拌效果、促进钢液成分和温度均匀化的同时，显著减少了吹氩量，降低了冶炼成本。

19、3）简化工序流程，缩短冶炼周期。本发明在vod精炼过程中即完成钢液的增氮，出钢前钢液氮含量已满足出钢目标要求，无需再设置lf（钢包精炼炉）等后续增氮工序，简化了操作流程，降低了工序成本并缩短了冶炼时间。

20、4）实现钢液氮含量的实时监测与精准调控。本发明采用基于吸氮与脱氮的热力学与动力学建立的氮含量控制模型，通过底吹气体流量的变化实时计算钢液中的氮含量，无需反复测温取样等待化验结果即可判断增氮进程，提高了出钢氮含量的命中率与成分稳定性。

21、5）提高冶炼过程的稳定性。本发明通过限定入炉钢水的碳含量、硅含量及温度条件，有效防止了脱碳阶段钢液的喷溅，提高了冶炼过程的安全性与金属收得率。

22、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

1.一种vod生产含氮不锈钢的方法，包括钢包入站和钢包吊离，其特征在于，在钢包入站和钢包吊离之间，该方法还包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，钢包入站时，入炉钢水要求c≤0.5%，si≤0.2%，温度1600～1650°c，防止脱碳阶段钢液喷溅。

3.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，吹氧脱碳阶段，当真空度降至25kpa及以下时，降低枪位开始吹氧，氧气流量为900～1000nm3/h，底吹氩气搅拌，氩气流量为2.5～3 nl/min/t。

4.根据权利要求1或3所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，吹氧脱碳阶段，采用氧电势变化曲线监控炉内的冶炼过程，当氧电势极速下降接近于0 mv后，再持续吹氧3～5min后停氧，进入真空脱碳阶段。

5.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，真空脱碳阶段，将真空度降至极限真空，底吹氩气搅拌，氩气流量为4.5～5 nl/min/t。

6.根据权利要求1或5所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，真空脱碳阶段，氧电势再次升高，当氧电势再次极速降低接近为0 mv时，真空脱碳阶段结束，进入还原阶段。

7.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，还原阶段，向钢液中加入的造渣剂包括石灰和萤石，还原剂包括sife或al粒，合金包括铬铁、锰铁或其他所需合金；整个还原阶段的时间为15～20min，期间，底吹氮气，氮气流量为2.5～3 nl/min/t，向钢液中增氮。

8.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，还原阶段结束后，破真空，继续底吹氮气，并对钢液成分及温度进行微调整，之后测温取样，当达到目标要求后，停止吹气，吊离钢包，结束冶炼。

9.根据权利要求1所述的vod生产含氮不锈钢的方法，其特征在于，在整个冶炼过程中，采用氮含量控制模型实时监测钢液中的氮含量，该控制模型通过吸氮与脱氮的热力学与动力学建立，通过底吹气体流量的变化计算钢液中实时氮含量。