增刊1 徐迎铁等：VOD冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氨 ·37· 还原阶段，其中吹氧脱碳阶段吹氧流量最大为1800 0.45 m,在吹氧初期和末期有所降低，真空压力为 0.40 0.08atm(8106Pa),吹炼末期真空度有所增大：自 0.35 0.30 由脱碳阶段为非吹氧的高真空强搅拌的脱碳脱氮阶 025 段，真空压力最低可达到100Pa以下；还原阶段主 >0.20 ·1630℃.。1600℃ 要将氧化阶段留下的C203还原，并实现造渣和脱 层0.15 41650℃-1630℃计算 0.10 氧，一般也在高真空条件下运行，以继续发挥真空脱 0.05 温度为初始温度 碳和脱氧的功能. 0.1 0.2 0.30.40.50.607 由于吹氧脱碳过程并没有将碳含量降到钢种所 [CL/% 要求的极低范围，所以很难用终点碳含量来表示此 图1439不锈钢治炼氧气利用率与初始碳含量关系 阶段的脱碳能力，实际生产更希望吹氧用于脱碳的 Fig.1 Oxygen utilization rate for decarburization vs.initial carbon content for stainless steel 439 效率更高，所以用氧气用于脱碳的利用率（简称氧 气利用率)来表示此阶段的脱碳能力更为科学.氧 0.45 气利用率定义为脱碳所用氧量与氧枪提供的氧量之 0.40 0.35 4 比.对于脱氮，文献6]己经论证了脱氮为二级反 解0.30 应，可用指标△(1/N])来表示脱氮能力或脱氮任 0.25 ,1630℃.1600℃ 务，A(1/N])定义如下： ￥0.15 。1650℃，1670℃ △(1/N])=(1/N)m-1/N]m)(1) -1630℃计算 0.10 式中，N门为脱氮结束钢中氮的含量：N)m为脱 0.05 温度为初始温度 氨前钢中氮的初始含量 0.10.20.30.4050.6 0.7 ICI1% VOD治炼过程的初始碳含量对吹氧脱碳过程 的氧气利用率有着很大的影响，其值设定合理与否 图2445不锈钢治炼氧气利用率与初始碳含量关系 直接关系到吹炼时间以及治炼成本，利用模型的计 Fig.2 Oxygen utilization rate for decarburization vs.initial carbon content for stainless steel 445 算得出铬含量为17%左右的439不锈钢和铬含量 为22%左右的445不锈钢吹氧脱碳过程氧气利用 11.6%、17.6%和20.6%分别代表低铬系、中铬系 率与初始碳含量的关系分别如图1和图2所示，图 和高铬系的典型铁素体不锈钢，其脱氮指数计算值 中的点为实际值，线为模型计算值，可看出实际值与 分别为208×104、109×10及81×10.实际生产中 计算值比较吻合.由于根据计算的氧气利用率可反 对吹氧脱碳过程△(1/N])与脱碳量AC]的关系进 算出脱碳量一定前提下的氧气消耗，则可以很好地 行回归得出，铬含量为11.6%、17.6%以及20.6% 预测初始碳含量一定情况下氧气消耗的大体范围， 的铁素体不锈钢的脱氮指数分别为250×10°、150× 防止过吹氧导致成本增加.进一步可以看出，初始 10和90×10因，显示出铬含量越高脱氮指数越 碳含量越高，氧气利用率越大，这仅表明高碳条件下 低，并略高于模型计算出的对应值，利用模型计算分 脱碳更容易，而氧耗却是增大的，所以，过分提高初 析得出不同铬含量钢液的脱氮指数还是可信的，可 始碳含量来提高氧气利用率是不科学的 用来指导生产过程中设定合适脱碳量，采用最经济 在吹氧脱碳阶段，利用模型对不同铬含量钢液 的方式控制氮含量. 在不同初始碳含量条件下VOD脱氯过程进行模拟 2自由脱碳过程的脱碳脱氮分析 计算，根据模拟结果分析了吹氧脱碳过程△(1/ N])I△[C]与脱碳量△[C]的关系，△[C]为脱碳前 自由脱碳也称为真空碳脱氧(vacuum carbon 钢中碳含量减去脱碳后钢中碳含量，如图3所示，图 deoxidation,VCD),为超真空条件下非吹氧的脱碳脱 例显示了不同的钢液初始铬含量和初始氮含量.由 氮过程，结束后的碳含量、氮含量对真空处理结束后 图3可见，△(1/N])IAC]基本不受初始氮含量和 的碳、氮含量有着决定性的影响，因为此后的还原过 脱碳量△[C]的影响，主要与钢中铬含量相关，所以 程由于炉渣对熔池的覆盖，脱碳脱氮量也将很有限 可用脱氮指数△(1/N])/△[C]来表示脱碳过程形 模型计算不同真空压力条件自由脱碳脱氮的进 成的脱氮能力，文献]提出了相同的建议.根据图 程如图4所示，计算过程底吹氩流量为1m3/min. 3可得出的脱氮指数值△(1/N])/△[C],铬含量为 由图可见：真空压力如果控制在0.02atm（2026增刊 1 徐迎铁等: VOD 冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氮 还原阶段，其中吹氧脱碳阶段吹氧流量最大为 1800 m3 /h，在吹氧初期和末期有所降低，真 空 压 力 为 0. 08 atm ( 8106 Pa) ，吹炼末期真空度有所增大; 自 由脱碳阶段为非吹氧的高真空强搅拌的脱碳脱氮阶 段，真空压力最低可达到 100 Pa 以下; 还原阶段主 要将氧化阶段留下的 Cr2 O3 还原，并实现造渣和脱 氧，一般也在高真空条件下运行，以继续发挥真空脱 碳和脱氧的功能． 由于吹氧脱碳过程并没有将碳含量降到钢种所 要求的极低范围，所以很难用终点碳含量来表示此 阶段的脱碳能力，实际生产更希望吹氧用于脱碳的 效率更高，所以用氧气用于脱碳的利用率( 简称氧 气利用率) 来表示此阶段的脱碳能力更为科学． 氧 气利用率定义为脱碳所用氧量与氧枪提供的氧量之 比． 对于脱氮，文献［6］已经论证了脱氮为二级反 应，可用指标"( 1 /［N］) 来表示脱氮能力或脱氮任 务，"( 1 /［N］) 定义如下: "( 1 /［N］) = ( 1 /［N］end － 1 /［N］ini ) ( 1) 式中，［N］end为脱氮结束钢中氮的含量; ［N］ini为脱 氮前钢中氮的初始含量． VOD 冶炼过程的初始碳含量对吹氧脱碳过程 的氧气利用率有着很大的影响，其值设定合理与否 直接关系到吹炼时间以及冶炼成本，利用模型［5］计 算得出铬含量为 17% 左右的 439 不锈钢和铬含量 为 22% 左右的 445 不锈钢吹氧脱碳过程氧气利用 率与初始碳含量的关系分别如图 1 和图 2 所示，图 中的点为实际值，线为模型计算值，可看出实际值与 计算值比较吻合． 由于根据计算的氧气利用率可反 算出脱碳量一定前提下的氧气消耗，则可以很好地 预测初始碳含量一定情况下氧气消耗的大体范围， 防止过吹氧导致成本增加． 进一步可以看出，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，而氧耗却是增大的，所以，过分提高初 始碳含量来提高氧气利用率是不科学的． 在吹氧脱碳阶段，利用模型对不同铬含量钢液 在不同初始碳含量条件下 VOD 脱氮过程进行模拟 计算，根据模拟结果分析了吹氧脱碳过程 "( 1 / ［N］) /"［C］与脱碳量"［C］的关系，"［C］为脱碳前 钢中碳含量减去脱碳后钢中碳含量，如图 3 所示，图 例显示了不同的钢液初始铬含量和初始氮含量． 由 图 3 可见，"( 1 /［N］) /"［C］基本不受初始氮含量和 脱碳量"［C］的影响，主要与钢中铬含量相关，所以 可用脱氮指数"( 1 /［N］) /"［C］来表示脱碳过程形 成的脱氮能力，文献［7］提出了相同的建议． 根据图 3 可得出的脱氮指数值"( 1 /［N］) /"［C］，铬含量为 图 1 439 不锈钢冶炼氧气利用率与初始碳含量关系 Fig． 1 Oxygen utilization rate for decarburization vs． initial carbon content for stainless steel 439 图 2 445 不锈钢冶炼氧气利用率与初始碳含量关系 Fig． 2 Oxygen utilization rate for decarburization vs． initial carbon content for stainless steel 445 11. 6% 、17. 6% 和 20. 6% 分别代表低铬系、中铬系 和高铬系的典型铁素体不锈钢，其脱氮指数计算值 分别为 208 × 104 、109 × 104 及 81 × 104 ． 实际生产中 对吹氧脱碳过程"( 1 /［N］) 与脱碳量"［C］的关系进 行回归得出，铬含量为 11. 6% 、17. 6% 以及 20. 6% 的铁素体不锈钢的脱氮指数分别为 250 × 104 、150 × 104 和 90 × 104［6］，显示出铬含量越高脱氮指数越 低，并略高于模型计算出的对应值，利用模型计算分 析得出不同铬含量钢液的脱氮指数还是可信的，可 用来指导生产过程中设定合适脱碳量，采用最经济 的方式控制氮含量． 2 自由脱碳过程的脱碳脱氮分析 自由脱碳也称为真空碳脱氧 ( vacuum carbon deoxidation，VCD) ，为超真空条件下非吹氧的脱碳脱 氮过程，结束后的碳含量、氮含量对真空处理结束后 的碳、氮含量有着决定性的影响，因为此后的还原过 程由于炉渣对熔池的覆盖，脱碳脱氮量也将很有限． 模型计算不同真空压力条件自由脱碳脱氮的进 程如图 4 所示，计算过程底吹氩流量为 1 m3 /min． 由图 可 见: 真空压力如果控制在 0. 02 atm ( 2026 ·37·