点击下载——AOD精炼工艺对0Cr 18Ni9不锈钢中氮含量的影响.doc

AOD精炼工艺对0Cr 18Ni9不锈钢中氮含量的影响

张永亮

(山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003)

摘 要：针对AOD精炼OCr18Ni9不锈钢时，钢中氮含量和氲气消耗波动较大的问题，研究了AOD精炼工艺因素如钢水初始碳含量、合金含量、温度，及过程吹氧气量、吹氮气量、吹氩气量、吹炼时间等对终点氮含量的影响，研究并优化了AOD的操作工艺参数。

关 键 词：0D18Ni9不锈钢；AOD；氩气消耗

AOD是不锈钢冶炼过程中重要的精炼设备，对不锈钢初始钢水进行脱碳、脱硅、调整成分和温度等。在AOD冶炼过程中向钢液中吹入氧气进行脱碳、脱硅的同时，部分铬被氧化进入炉渣中；而利用氧气、氮气混吹脱碳可以减少钢中的铬的氧化，但吹入钢液中的氮气易使钢水增氮，不锈钢中的ω(N)可达(1 000～1 500)×10-6。不同品种和用途的不锈钢对钢中氮含量的要求不同，因此必须脱除钢中多余的氮，控制在钢种要求的目标范围内，在AOD精炼过程中常采用吹氩脱氮法凋整钢液中的氮含量[1-3]。

AOD精炼过程中氮含量的控制主要依赖于吹氩脱氮工艺，目前太原钢铁集团公司(以下简称“太钢”)炼钢一厂45 t AOD氩气消耗波动范围较大，氩气消耗量偏高，0Cr18Ni9不锈钢氩气消耗为20～40 m3／t，平均26m3／t。2009年2月开始对45 t AOD炉工艺进行跟踪研究，根据跟踪4个月的冶炼数据研究了AOD冶炼过程中精炼工艺对终点氮含量的影响，研究并确定了降低氩气消耗的AOD操作工艺参数。

1  0Cr1 8Ni9不锈钢冶炼工艺流程

0Cr18Ni9不锈钢的化学成分见表1。

太钢0Cr18Ni9不锈钢冶炼工艺流程：90t电炉→45 t AOD精炼→45 t LF精炼→连铸。45 tAOD设备主要技术参数如表2。

2  AOD精炼工艺对钢中氮含量的影响

AOD冶炼0Cr18Ni9过程中影响钢中氮含量的工艺因素较多，主要分析了过程吹氮量、冶炼钢水碳氧化含量、过程吹氧量、初始钢水温度、冶炼过程合金加入量及吹炼时间等工艺因素对钢水氮含量的影响。

2．1过程吹氮量

AOD精炼钢水是由电炉冶炼，钢中初始ω(N)为(200～250)×10-6，在吹氧脱碳期，利用氮氧混吹模式进行脱碳保铬操作，吹入钢液中的氮气部分溶解在钢液中，导致钢水中的氮含量增加，对103炉0Cr18Ni9大生产过程中吹氮量与终点氮含量进行分析，结果如图1所示。

由图1可知，过程吹氮量与终点氮含量没有明显关系，分析认为氮气在钢中溶解与钢水成分、温度、吹炼强度、吹氩量等有关。大生产过程中控制吹氮量400～800 m3／炉时，终点ω(N)达到控制目标值(≤450×10-6)的比例达93．1％。

2．2过程脱碳量和过程吹氧量

AOD精炼要进行吹氧脱碳，将初始碳含量脱除到目标要求范围内，在氧化脱碳期，45 t AOD冶炼0Cr18Ni9时采用氮氧一氩氧混吹的模式进行脱碳。控制吹氮量400～800 m3／炉的条件下，分析了90炉钢水冶炼过程中脱碳量、过程吹氧量对终点氮含量的影响，结果如图2、图3所示。可见，随着过程脱碳量即初始钢水碳含量的提高，终点钢中氮含量降低；随着过程吹氧量的提高，钢中终点氮含量降低。

吹氧量与钢水脱碳量基本呈线性关系(如图4)。在大生产过程中提高初始钢水碳含量导致过程吹氧量、吹氮量、吹氩量等介质消耗增加，同时也对冶炼时间有较大影响。AOD冶炼过程控制脱碳质量分数为1．5％～2．5％时，终点ω(N)达到控制目标值(≤450×10-6)的比例达95．1％。

2．3初始温度

钢水温度对冶炼过程中的各种反应条件、速率有影响，控制吹氮量400～800 m3／炉、过程脱碳质量分数1．5％～2．5％的条件下，分析了65炉钢水初始温度对终点氮含量的影响，结果如图5。由分析结果可知，随初始温度的升高，终点氮含量呈“U”型变化的趋势，生产控制钢水初始温度1 380～1 500℃时，终点ω(N)达到控制目标值(≤450×10-6)的比例达95．9％。

2．4过程铬镍合金加入量

AOD冶炼过程中需要根据钢水初始铬镍含量、目标钢种合金含量要求以及过程中铬镍等合金的烧损量，加入部分铬镍等合金进行成分调整，合金在还原调整期加入，若合金加入量大，则合金中含有的大量氮会造成钢水增氮。控制吹氮量400～800 m3／炉、过程脱碳质量分数1．5％～2．5％、钢水初始温度1380～1 500℃的条件下，分析了43炉过程加入铬镍合金量与终点氮含量的关系，结果如图6。由分析结果可知，随合金加入量的增加，终点氮含量大致呈“U”型变化，铬镍等合金加入量控制在3％以下时，终点ω(N)达到控制目标值(≤450×10-6)的比例达100％。

2．5  吹炼时间

控制吹氮量400～800 m3／炉、过程脱碳质量分数1．5％～2．5％、钢水初始温度1 380～1 500℃、合金加入量控制在3％以下的条件下，分析了30炉吹炼时间对终点碳含量的影响，结果如图7所示。可见，增加吹炼时间有利于降低钢中终点氮含量。为了提高生产效率，大生产控制吹炼时间不大于55 min。

3工艺参数对氩耗的影响及生产应用

由上述分析可知，在过程吹氮量为400～800d／炉、脱碳质量分数为1．5％～2．5％、钢水初始温度1 380～1 500℃、合金加入量在3％以下、吹炼时间小于等于55 min的条件下，分析了20炉不同炉次的氩耗和终点氮含量的关系，结果见图8。可见，在此条件下钢中终点ω(N)均小于450×10-6的目标氮含量，氩气消耗为17．5～27．5 m3／t，平均23 m3／t。

2009年6月份开始对45 t AOD炉冶炼0Cr18Ni9不锈钢时按照上述优化工艺操作，连续统计3个月的数据表明：0Cr18Ni9不锈钢钢中ω(N)<450×10-6目标值时，AOD炉氩气消耗为17～27 m3／t，平均22．8 m3／t。

4结论

1)AOD精炼过程中影响钢中氮含量的主要工艺因素为钢水初始碳含量、合金含量、温度，及过程吹氧气量、吹氮气量、吹氩气量、吹炼时间等。

2)控制钢水过程脱碳质量分数1．5％～2．5％、钢水初始温度1 380～1 500℃、合金加入量在3％以下、过程吹氮量为400～800时／炉、吹炼时间小于等于55 min的条件下，0Cr18Ni9不锈钢ω(N)≤450×10-6的目标值时，氩气消耗为17．5～27．5 m3／t，平均为23 m3／t。

3)大生产实际运行表明优化工艺在满足产品氮含量目标的基础上大幅降低了冶炼过程的氩气消耗，平均为22．8m3／t。

[参 考 文 献]

[1]   张鉴．炉外精炼的理论与实践[M]．北京：冶金工业出版社，2004：120．

[2]   范新智．90 t LF精炼0cr18Ni9不锈钢的夹杂物控制工艺研究[J]．特殊钢，2010，31(3)：33—34．

[3]   江庆元，李冬刚，池和冰．AOD炉吹氩技术的分析与实践[J]．上海金属，2007，29(2)：25—28．