Vol.31 Suppl.1 刘剑辉等：VOD冶炼超低碳马氏体不锈钢 191 Ar流量等参数控制.冶炼得到的钢的化学成分如 表1所示. 表100Crl3Ni4Mo冶炼化学成分（质量分数） % 序号 C Si Mn Cr 雷 Mo Cu 标准要求 0.05 ≤1.00 1.00 0.035 0.030 13.014.0 4.0-5.0 0.51.0 No-I 0.020 0.32 0.53 0.027 0.020 13.43 4.26 0.55 0.10 No.2 0.020 0.26 0.65 0.029 0.017 13.64 4.31 0.54 0.08 No.3 0.020 0.28 0.58 0.027 0.018 13.94 4.32 0.55 0.10 No.4 0.030 0.15 0.59 0.027 0.019 13.75 4.45 0.56 0.08 No.5 0.020 0.27 0.50 0.025 0.009 13.71 4.30 0.56 0.07 No.6 0.024 0.36 0.55 0.026 0.012 13.34 4.27 0.52 0.11 No-7 0.025 0.45 0.59 0.029 0.019 13.45 4.27 0.51 0.10 No.8 0.029 0.64 0.63 0.029 0.007 13.59 4.24 0.53 0.09 No.9 0.024 0.45 0.70 0.027 0.021 13.54 4.20 0.52 0.13 2实验结果及分析 2.1真空度的影响 实验过程中选用的开吹真空度和停氧真空度如 冶炼不锈钢的主要矛盾是去碳保铬。在高铬钢 表2所示，由此可以看出，VOD精炼不锈钢吹氧 液中，铬比碳优先氧化，在正常冶炼温度下，要把碳 时，真空度在26660Pa左右；停吹氧时真空度在 的质量分数降到0.03%以下，则平衡铬含量（质量 7998Pa左右：终点碳的质量分数小于0.03% 分数)只能保持在4%左右·提高治炼温度固然能适 (表1)，终点碳含量主要由真空氧脱碳时的C0分 当提高铬的平衡含量，但炉衬耐火材料却难以承受， 压决定，同时，从表2还可以看出，吹氧真空度主要 如铬的质量分数为18%的钢液要做到脱碳保铬，温 影响脱碳速度，真空度低，脱碳速度慢，必然导致吹 度要达到1900℃以上. 氧时间长，铬的氧化增加， 超低碳马氏体不锈钢成分要求碳的质量分数低 表2VOD冶炼真空度及脱碳速率 于0.03%，低的碳含量又提高了不锈钢的耐腐蚀 性.高铬钢水脱碳可用下式表示)： 开吹真空度/ 停氧真空度/ 脱碳速率/ 序号 Pa (%min Cr304+4[C]=3[Cr]+4C0 (1) No.I 26993.3 4098.9 0.014 K=ac Pco Aac (2) No.2 6451.7 3649.8 0.010 No.3 26993.3 4969.5 0.010 cp No.4 100974.8 2150.2 0.007 (3) No.5 21994.5 3499.2 0.008 其中C、Cr和温度之间的关系可表示为： No.6 26500.0 3699.1 0.007 [%C1=11700-8.05-LogPco 18995.3 3999.0 0.011 Log [%Cr]T (4) No.7 No-8 22994.3 3199.2 0.009 式中，K为化学反应平衡常数；为钢液中铬的活 No.9 24993.8 3099.2 0.009 度；a为钢液中碳的活度；Pco为钢液中一氧化碳分 压；fc为碳的活度系数；fc为铬的活度系数；[%C] 在脱碳初期，为防止钢水激烈喷溅，需降低真空 为钢液中碳的浓度；[%Cr]为钢液中铬的浓度；T 度，减少Ar气流量；脱碳中期，随着脱碳反应的进 为钢液温度 行而提高真空度；到了脱碳末期，脱碳反应速度的限 由上式可以看出，影响高铬钢水脱碳的热力学 制性环节由供氧流量转变为钢中碳的扩散速度，所 条件是钢水中C0的分压和钢水温度，鉴于以上情 以应降低真空度，减少供氧强度，强化Ar气搅拌. 况，应把降低C0的分压作为努力方向，VOD正是 2.2钢水温度 利用这一优势，比较好地解决了不锈钢冶炼过程中 在高碳区脱碳速度与钢中含碳量无关，是一个 降碳和保铬的矛盾， 常数；在低碳区脱碳速度随碳含量的减少而减少.Ar 流量等参数控制．冶炼得到的钢的化学成分如 表1所示． 表1 00Cr13Ni4Mo 冶炼化学成分（质量分数） ％ 序号 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 标准要求 ≤0∙05 ≤1∙00 ≤1∙00 ≤0∙035 ≤0∙030 13∙0～14∙0 4∙0～5∙0 0∙5～1∙0 － No．1 0∙020 0∙32 0∙53 0∙027 0∙020 13∙43 4∙26 0∙55 0∙10 No．2 0∙020 0∙26 0∙65 0∙029 0∙017 13∙64 4∙31 0∙54 0∙08 No．3 0∙020 0∙28 0∙58 0∙027 0∙018 13∙94 4∙32 0∙55 0∙10 No．4 0∙030 0∙15 0∙59 0∙027 0∙019 13∙75 4∙45 0∙56 0∙08 No．5 0∙020 0∙27 0∙50 0∙025 0∙009 13∙71 4∙30 0∙56 0∙07 No．6 0∙024 0∙36 0∙55 0∙026 0∙012 13∙34 4∙27 0∙52 0∙11 No．7 0∙025 0∙45 0∙59 0∙029 0∙019 13∙45 4∙27 0∙51 0∙10 No．8 0∙029 0∙64 0∙63 0∙029 0∙007 13∙59 4∙24 0∙53 0∙09 No．9 0∙024 0∙45 0∙70 0∙027 0∙021 13∙54 4∙20 0∙52 0∙13 2 实验结果及分析 冶炼不锈钢的主要矛盾是去碳保铬．在高铬钢 液中‚铬比碳优先氧化‚在正常冶炼温度下‚要把碳 的质量分数降到0∙03％以下‚则平衡铬含量（质量 分数）只能保持在4％左右．提高冶炼温度固然能适 当提高铬的平衡含量‚但炉衬耐火材料却难以承受‚ 如铬的质量分数为18％的钢液要做到脱碳保铬‚温 度要达到1900℃以上． 超低碳马氏体不锈钢成分要求碳的质量分数低 于0∙03％‚低的碳含量又提高了不锈钢的耐腐蚀 性．高铬钢水脱碳可用下式表示［3］： Cr3O4＋4［C］＝3［Cr］＋4CO （1） K＝ a 3 Cr PCO 4aC （2） ［％C］＝ 1 f c 4 ［％C］ 3f 3 Cr K PCO （3） 其中 C、Cr 和温度之间的关系可表示为： Log ［％C］ ［％Cr］ ＝ 11700 T －8∙05－Log PCO （4） 式中‚K 为化学反应平衡常数；αCr为钢液中铬的活 度；αC 为钢液中碳的活度；PCO为钢液中一氧化碳分 压；f C 为碳的活度系数；f Cr为铬的活度系数；［％C ］ 为钢液中碳的浓度；［％Cr ］ 为钢液中铬的浓度；T 为钢液温度． 由上式可以看出‚影响高铬钢水脱碳的热力学 条件是钢水中 CO 的分压和钢水温度‚鉴于以上情 况‚应把降低 CO 的分压作为努力方向．VOD 正是 利用这一优势‚比较好地解决了不锈钢冶炼过程中 降碳和保铬的矛盾． 2∙1 真空度的影响 实验过程中选用的开吹真空度和停氧真空度如 表2所示．由此可以看出‚VOD 精炼不锈钢吹氧 时‚真空度在26660Pa 左右；停吹氧时真空度在 7998Pa 左 右；终 点 碳 的 质 量 分 数 小 于 0∙03％ （表1）‚终点碳含量主要由真空氧脱碳时的 CO 分 压决定．同时‚从表2还可以看出‚吹氧真空度主要 影响脱碳速度‚真空度低‚脱碳速度慢‚必然导致吹 氧时间长‚铬的氧化增加． 表2 VOD 冶炼真空度及脱碳速率 序号 开吹真空度／ Pa 停氧真空度／ Pa 脱碳速率／ （％·min －1） No．1 26993∙3 4098∙9 0∙014 No．2 6451∙7 3649∙8 0∙010 No．3 26993∙3 4969∙5 0∙010 No．4 100974∙8 2150∙2 0∙007 No．5 21994∙5 3499∙2 0∙008 No．6 26500∙0 3699∙1 0∙007 No．7 18995∙3 3999∙0 0∙011 No．8 22994∙3 3199∙2 0∙009 No．9 24993∙8 3099∙2 0∙009 在脱碳初期‚为防止钢水激烈喷溅‚需降低真空 度‚减少 Ar 气流量；脱碳中期‚随着脱碳反应的进 行而提高真空度；到了脱碳末期‚脱碳反应速度的限 制性环节由供氧流量转变为钢中碳的扩散速度‚所 以应降低真空度‚减少供氧强度‚强化 Ar 气搅拌． 2∙2 钢水温度 在高碳区脱碳速度与钢中含碳量无关‚是一个 常数；在低碳区脱碳速度随碳含量的减少而减少． Vol．31Suppl．1 刘剑辉等： VOD 冶炼超低碳马氏体不锈钢 ·191·