增刊1 徐迎铁等：VOD冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氨 ·39· 了满足脱氮要求，如果初始碳的设定过大，则导致氧 0.007 0.45 耗大、还原剂和造渣料加入量大，同时真空处理时间 0.006 0.40 0.35 也将延长，所以初始碳的设定满足脱氮需求即可，没 0.005 有必要太大.假定终点氮含量要求为70×10-6，则 如 030 0.004 025里 计算得出初始碳要求与初始氨含量的关系，如图7 .0003 0203 所示.实际生产中可根据此图来设定初始碳含量， 0.002 ◆一处理结束碳·氧气利用率 0.15e 0.10 并对初始氮含量提出要求，尤其对于高铬系列铁素 0.001 0.05 体不锈钢，如果初始氮含量太高，则可能要求初始碳 含量大于1.0%，这对VOD时间的控制和脱碳的控 00.010.020.030.040.050.060.070.080.09 停氧碳含量% 制均不利 图8 445不锈钢在不同停氧碳控制下的脱碳情况(445) 选择合适临界碳含量对治炼超纯铁素体不锈钢 Fig.8 Decarburization effects at different carbon contents at the oxy- 尤为重要，停氧碳含量过低容易造成过氧化严重，导 gen blowing end for 445 stainless steel 致后续的还原剂和造渣料加入量过大，带来成本增 1850 加，也会造成熔池过热，对耐材侵蚀严重；而停氧碳 1800 含量过高，容易造成吹氧脱碳不到位，影响最终产品 1750 的碳含量.利用模型计算了高铬超纯铁素体不锈钢 1700 445在不同停氧碳含量操作条件下的真空脱碳处理 结束后碳含量以及对应的氧气利用率，如图8所示， 1600 1550 ◆吹氧结束温度。脱碳结束温度 并计算了对应的各个操作点的温度，如图9所示 心终点温度 15006 可以看出，停氧碳含量低于0.02%后，氧气利用率 0.02 0.040.06 0.08 0.10 停氧碳含量/% 大幅度降低，而对应的温度急剧升高，这表明停氧碳 含量应大于0.02%，建议在中高铬系列([C]> 图9445不锈钢在不同停氧碳控制下的温度控制 Fig.9 Temperature control at different carbon contents at the oxygen 16%)超纯铁素体不锈钢实际生产中控制在0.02%~ blowing end for 445 stainless steel 0.03%比较合适. 系的典型铁素体不锈钢，其脱氮指数计算值△(1/ 1.4m 1.2 -11.6%Cr N])/△[C]分别为208×10、109×10及81×104. +17.6%Cr 1.0 ·20.6%Cr (3)自由脱碳过程中，真空压力、吹氩流量对脱 +22.5%C 碳进程有着重大的影响，但对脱氮影响不明显，自由 脱碳时间的延长可增强脱氮效果. (4)计算得出初始碳要求与初始氮含量的关 0.2 系，实际生产中可根据此图来设定初始碳含量并对 0.005 0.0100.015 0.020 0.025 初始氮含量提出要求，实现最经济的脱氯. 初始氮含量/% 图7初始氮含量对初始碳含量的要求 (5)中高铬系列([C]>16%)超纯铁素体不 Fig.7 Demand of initial [N]content for initial [C]content 锈钢实际生产中停氧碳含量控制在0.02%~ 0.03%比较合适 4结论 参考文献 利用VOD治炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氮模 [Jiang Z H,You M X,Li H B.Ultra purity ferritic stainless steels: 型，分析了治炼过程的脱碳和脱氮规律以及它们间 grades refining operations and applications/The Second Baosteel Biennial Academic Conference (II).Shanghai,2006:323 的相互关系，得到如下结论： 2] Li S,Chi H B,Jiang LZ.Progress and development of secondary (1)初始碳含量越高，氧气利用率越大，这仅表 refining technology for ultra pure ferritic stainless steel.fron Steel 明高碳条件下脱碳更容易，而氧耗却越大，可根据模 Res,2011,23(9):1 型计算来合理控制氧气利用率. (李实，池和冰，江来珠.超纯铁素体不锈钢精炼技术的进步 与发展.钢铁研究学报，2011,23(9)：1) (2)吹氧脱碳过程中，铬含量为11.6%、 B3]Chen Z P.Xu Y T.Li S,et al.Refining process of ultra clean 17.6%以及20.6%分别代表低铬系、中铬系和高铬 ferritic stainless steel at Baosteel ///CS2012.Dresden,2012:增刊 1 徐迎铁等: VOD 冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氮 了满足脱氮要求，如果初始碳的设定过大，则导致氧 耗大、还原剂和造渣料加入量大，同时真空处理时间 也将延长，所以初始碳的设定满足脱氮需求即可，没 有必要太大． 假定终点氮含量要求为 70 × 10 － 6 ，则 计算得出初始碳要求与初始氮含量的关系，如图 7 所示． 实际生产中可根据此图来设定初始碳含量， 并对初始氮含量提出要求，尤其对于高铬系列铁素 体不锈钢，如果初始氮含量太高，则可能要求初始碳 含量大于 1. 0% ，这对 VOD 时间的控制和脱碳的控 制均不利． 选择合适临界碳含量对冶炼超纯铁素体不锈钢 尤为重要，停氧碳含量过低容易造成过氧化严重，导 致后续的还原剂和造渣料加入量过大，带来成本增 加，也会造成熔池过热，对耐材侵蚀严重; 而停氧碳 含量过高，容易造成吹氧脱碳不到位，影响最终产品 的碳含量． 利用模型计算了高铬超纯铁素体不锈钢 445 在不同停氧碳含量操作条件下的真空脱碳处理 结束后碳含量以及对应的氧气利用率，如图 8 所示， 并计算了对应的各个操作点的温度，如图 9 所示． 可以看出，停氧碳含量低于 0. 02% 后，氧气利用率 大幅度降低，而对应的温度急剧升高，这表明停氧碳 含量应 大 于 0. 02% ，建议在中 高 铬 系 列( ［Cr］＞ 16%) 超纯铁素体不锈钢实际生产中控制在 0. 02% ～ 0. 03% 比较合适． 图 7 初始氮含量对初始碳含量的要求 Fig． 7 Demand of initial ［N］content for initial ［C］content 4 结论 利用 VOD 冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氮模 型，分析了冶炼过程的脱碳和脱氮规律以及它们间 的相互关系，得到如下结论: ( 1) 初始碳含量越高，氧气利用率越大，这仅表 明高碳条件下脱碳更容易，而氧耗却越大，可根据模 型计算来合理控制氧气利用率． ( 2 ) 吹 氧 脱 碳 过 程 中，铬 含 量 为 11. 6% 、 17. 6% 以及 20. 6% 分别代表低铬系、中铬系和高铬 图 8 445 不锈钢在不同停氧碳控制下的脱碳情况( 445) Fig． 8 Decarburization effects at different carbon contents at the oxy￾gen blowing end for 445 stainless steel 图 9 445 不锈钢在不同停氧碳控制下的温度控制 Fig． 9 Temperature control at different carbon contents at the oxygen blowing end for 445 stainless steel 系的典型铁素体不锈钢，其脱氮指数计算值"( 1 / ［N］) /"［C］分别为 208 × 104 、109 × 104 及 81 × 104 ． ( 3) 自由脱碳过程中，真空压力、吹氩流量对脱 碳进程有着重大的影响，但对脱氮影响不明显，自由 脱碳时间的延长可增强脱氮效果． ( 4) 计算得出初始碳要求与初始氮含量的关 系，实际生产中可根据此图来设定初始碳含量并对 初始氮含量提出要求，实现最经济的脱氮． ( 5) 中高铬系列( ［Cr］＞ 16% ) 超纯铁素体不 锈钢实 际 生 产 中 停 氧 碳 含 量 控 制 在 0. 02% ～ 0. 03% 比较合适． 参 考 文 献 ［1］ Jiang Z H，You M X，Li H B． Ultra purity ferritic stainless steels: grades refining operations and applications / / The Second Baosteel Biennial Academic Conference ( Ⅲ) ． Shanghai，2006: 323 ［2］ Li S，Chi H B，Jiang L Z． Progress and development of secondary refining technology for ultra pure ferritic stainless steel． J Iron Steel Ｒes，2011，23( 9) : 1 ( 李实，池和冰，江来珠． 超纯铁素体不锈钢精炼技术的进步 与发展． 钢铁研究学报，2011，23( 9) : 1) ［3］ Chen Z P，Xu Y T，Li S，et al． Ｒefining process of ultra clean ferritic stainless steel at Baosteel / /ICS2012． Dresden，2012: ·39·