D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.002 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 VOD冶炼超低碳马氏体不锈钢 刘剑辉朱荣李士琦林腾昌 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要利用401VOD精炼炉脱碳治炼00Crl3Ni4Mo超低碳马体不锈钢.通过合理控制炉内参数得到，吹氧时炉内真空度 在26660Pa左右，停吹氧时真空度在7998Pa:开吹温度控制在1600℃左右，停吹温度在1750~1800℃左右：开吹时提高供氧 强度至570Nm3h-1左右，吹炼后期降低供氧强度至550Nm3h-左右，可以避免铬的大量氧化：控制氧枪高度在75mm:开吹 供氩强度控制在48.4NL3min-1,提高低碳区供氩量至117.5NL3min-1,用以加快钢包内钢水环流速度. 关键词VOD精炼：超低碳：马氏体不锈钢 VOD refining of ultra-low carbon martensitic stainless steel LIU Jian-hui,ZHU Rong,LI Shi-qi,LIN Teng"chang School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The 00Cr13Ni4Mo ultra low-carbon martensitic stainless steel was decarbonization refined by a 40t VOD.The vacuum degree,temperature,supplying oxygen intensity,and argon intensity were controlled as about 26660Pa.1600C.570 Nm3h and 48.4NL3min,respectively.during inputting oxygen by regulating the optimal parameters in the furnace.However,after fin- ishing blowing oxygen,these four parameters changed to7998Pa.1750 to 1800C.550 Nmh and 117.5NL3min respee- tively.The height of oxygen lance was controlled as 75mm.It should be pointed that the increase of supplying argon intensity at the same stage can expedite the circular speed of molten steel in the ladle. KEY WORDS VOD refining:ultra-low carbon:martensitic stainless steel 炉外精炼技术的发展使不锈钢的生产发生了很 织，淬火后在室温下为低碳或超低碳马氏体为主的 大的变化，特别是该技术在低碳不锈钢生产上的应 组织，钢中进一步添加入钼、铜等元素作为补充强化 用，使得超低碳不锈钢，尤其是碳含量（质量分数）低 手段，使得此类钢既保留了马氏体铬不锈钢的高强 于0.03%以下的超低碳不锈钢的冶炼比电弧炉冶 度，又具有良好的韧性和焊接性3， 炼容易得多.VOD真空吹氧脱碳法是一种采用真 本文采用电炉LF炉一VOD炉现场实验，利用 空装置降低C0分压进行脱碳的炉外精炼法，通过 40tV0D精炼炉精炼超低碳马氏体不锈钢 控制真空度，可以在铬几乎不被氧化的情况下脱碳， 00Cr13Ni4Mo·通过控制真空度、供氧强度、氧枪高 由于是在钢包中精炼，精炼后不吸收氨、碳，更适合 度等参数得到满意的碳含量，并且保证铬元素的高 冶炼超低碳、超低氯的不锈钢山 回收率，为VOD冶炼超低碳马氏体不锈钢提供了 传统铬马氏体不锈钢的不锈耐蚀性在所有类型 可靠的数据，为指导实际生产提供理论依据 不锈钢中处于劣势，而且塑性、韧性差，焊接性不良， 1实验方法 从而大大限制了它们的广泛应用，为了克服传统马 氏体铬不锈钢的一些不足，通过用镍元素代替钢中 采用电炉LF炉一V0D炉现场实验，利用40t 的碳，以达到低碳（≤0.08%）和超低碳(0.03%)含 V0D精炼炉使其碳的质量分数降至0.03%以下， 量（质量分数），使得此类钢在高温下仍为奥氏体组 VOD法脱碳由供氧速度、氧枪高度、真空度和底吹 收稿日期：2009-07-26 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划(2007BAF08B01) 作者简介：刘剑辉(1973一)，男，博士研究生，E-mail:lgliujianhui(@hotmail.com
VOD 冶炼超低碳马氏体不锈钢 刘剑辉 朱 荣 李士琦 林腾昌 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 利用40t VOD 精炼炉脱碳冶炼00Cr13Ni4Mo 超低碳马体不锈钢．通过合理控制炉内参数得到吹氧时炉内真空度 在26660Pa 左右停吹氧时真空度在7998Pa；开吹温度控制在1600℃左右停吹温度在1750～1800℃左右；开吹时提高供氧 强度至570Nm 3·h －1左右吹炼后期降低供氧强度至550Nm 3·h －1左右可以避免铬的大量氧化；控制氧枪高度在75mm；开吹 供氩强度控制在48∙4NL 3·min －1提高低碳区供氩量至117∙5NL 3·min －1用以加快钢包内钢水环流速度． 关键词 VOD 精炼；超低碳；马氏体不锈钢 VOD refining of ultra-low carbon martensitic stainless steel LIU Jian-huiZHU RongLI Sh-i qiLIN Teng-chang School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT T he00Cr13Ni4Mo ultra low-carbon martensitic stainless steel was decarbonization refined by a40t VOD．T he vacuum degreetemperaturesupplying oxygen intensityand argon intensity were controlled as about 26660Pa1600℃570Nm 3·h －1 and48∙4NL 3·min －1respectivelyduring inputting oxygen by regulating the optimal parameters in the furnace．Howeverafter finishing blowing oxygenthese four parameters changed to7998Pa1750to1800℃550Nm 3·h －1and117∙5NL 3·min －1respectively．T he height of oxygen lance was controlled as75mm．It should be pointed that the increase of supplying argon intensity at the same stage can expedite the circular speed of molten steel in the ladle． KEY WORDS VOD refining；ultra-low carbon；martensitic stainless steel 收稿日期：2009-07-26 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划（2007BAF08B01） 作者简介：刘剑辉（1973－）男博士研究生E-mail：lgliujianhui＠hotmail．com 炉外精炼技术的发展使不锈钢的生产发生了很 大的变化特别是该技术在低碳不锈钢生产上的应 用使得超低碳不锈钢尤其是碳含量（质量分数）低 于0∙03％以下的超低碳不锈钢的冶炼比电弧炉冶 炼容易得多．VOD 真空吹氧脱碳法是一种采用真 空装置降低 CO 分压进行脱碳的炉外精炼法通过 控制真空度可以在铬几乎不被氧化的情况下脱碳 由于是在钢包中精炼精炼后不吸收氮、碳更适合 冶炼超低碳、超低氮的不锈钢［1］． 传统铬马氏体不锈钢的不锈耐蚀性在所有类型 不锈钢中处于劣势而且塑性、韧性差焊接性不良 从而大大限制了它们的广泛应用．为了克服传统马 氏体铬不锈钢的一些不足通过用镍元素代替钢中 的碳以达到低碳（≤0∙08％）和超低碳（0∙03％）含 量（质量分数）使得此类钢在高温下仍为奥氏体组 织淬火后在室温下为低碳或超低碳马氏体为主的 组织钢中进一步添加入钼、铜等元素作为补充强化 手段使得此类钢既保留了马氏体铬不锈钢的高强 度又具有良好的韧性和焊接性［2］． 本文采用电炉－LF 炉－VOD 炉现场实验利用 40t VOD 精 炼 炉 精 炼 超 低 碳 马 氏 体 不 锈 钢 00Cr13Ni4Mo．通过控制真空度、供氧强度、氧枪高 度等参数得到满意的碳含量并且保证铬元素的高 回收率为 VOD 冶炼超低碳马氏体不锈钢提供了 可靠的数据为指导实际生产提供理论依据． 1 实验方法 采用电炉－LF 炉－VOD 炉现场实验利用40t VOD 精炼炉使其碳的质量分数降至0∙03％以下． VOD 法脱碳由供氧速度、氧枪高度、真空度和底吹 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．002
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·
,192 北京科技大学学报 2009年增刊1 脱碳速度与温度的关系可用下式来表示： 炼前期，氧气流量由低到高变化，提高了供氧强度， gv-4nC+9.91 (5) 加快了脱碳反应速率；在吹炼后期，氧气流量又开始 降低，原因为此时脱碳的限制性环节为碳在熔池中 式中，V为脱碳速度；R为常数；T为钢液温度 的扩散，降低氧气流量避免了铬的大量氧化 由此可见，提高初钢水温度是加快脱碳的一个 2.4氧枪高度 重要手段，脱碳是放热反应，所以可以适当提高初 降低氧枪高度，脱碳速度会明显增大，原因是降 钢水的碳含量，以提高VOD冶炼过程温度，本实验 低氧枪高度后会使钢液面的凹坑面积增大，当然采 过程中V0D开吹温度控制在1600℃左右，停吹温 用此项措施时应当与防止喷溅结合起来考虑，我们 度在1750~1800℃左右，温度继续升高势必对炉 将氧枪高度控制在75mm,自由空间l00mm,氧气 衬耐火材料造成侵蚀，故V0D炉内升温在150~ 利用率达到70% 200℃左右为宜 2.5供氩强度 2.3供氧强度 VOD精炼过程中高碳区为吹氧脱碳过程，供氩 VOD吹氧脱碳时分为两个阶段：大于临界碳含 强度不变，氩气流量控制在48.4 NL'min1左右. 量的粗真空度脱碳过程，高真空度下低碳区的碳脱 关键在于提高低碳区即真空碳脱氧供氩量，此时氩 氧过程，碳的氧化模式可分为： 气流量控制在117.5 NL'min1左右，如表4所示. 直接氧化： 在低碳区，钢水表面由于铬的氧化形成了一层块状 [c]+[o]=[co] 的富铬渣，分析结果表明铬的氧化在1%左右，该层 间接氧化： 氧化物阻碍了钢液内的循环，恶化了间接氧化的动 MxOy+Y[C]=X[M]+Y[CO] 力学条件，增大吹氩量不仅能增加传质系数，还能 在高碳区，碳的直接氧化和间接氧化是同时发 把这层氧化物吹开，并使之卷入钢中，增加钢渣接触 生的，此时反应的限制性环节是供氧强度，提高供氧 面.同时，增大吹氩量加快了钢包内钢水环流速度， 强度将加快脱碳反应速度，在低碳区，脱碳反应为 增加了悬空液滴脱碳，也就加快了钢水表面更新 间接氧化，脱碳的动力学公式为： 速度 d@=-×8[%c]-[%c])(o) dt 表4VOD吹炼供氩流量 (NL 'min) 式中，S为接触面积；V为钢水体积；D为钢液中碳 序号 开吹氩流量 高碳区吹氩流量 低碳区吹氩流量 的扩散系数；δ为钢液侧扩散厚度；K为传质系数， No.I 7.0 47 107 K=D/8. No.2 6.0 44 114 由式(6)可知，在低碳区脱碳的限制性环节为碳 No.3 7.5 56 122 在熔池中的传质，此时如果继续供氧或提高供氧强 No.4 7.8 52 117 度都将造成铬被大量氧化 No.5 7.0 43 119 由表3中VOD吹炼供氧参数也可以看出，吹 No.6 6.5 44 123 表3VOD吹炼供氧参数 No.7 7.5 50 120 No.8 7.0 51 118 序号 氧气压力 氧气流量开吹/(Nm3h一)吹氧时间/ 8.3 53 122 变化/MPa No.9 开吹最大 吹炼后期 min No.1 0.610.63 547.9567.0 556.0 27 No.2 0.58-0.65 553.1573.2 555.3 34 3 结论 No.3 0.50-0.66 547.7 566.2 555.4 32 (1)影响脱碳工艺的主要因素有真空度、钢水 No.40.57~0.65 545.3568.5 554.4 28 温度、供氧强度、氧枪高度、吹氩强度等，利用VOD No.50.60-0.62545.2566.1 554.7 29 炉冶炼超低碳马氏体不锈钢应合理控制这些参数， No.60.59-0.64548.3565.5 550.0 30 (2)真空度主要影响临界碳含量和脱碳速度， No.70.61-0.62544.1565.9 555.5 25 极限真空度主要影响终点碳含量，VOD精炼不锈 No.80.60-0.63553.1567.0 555.3 29 钢吹氧时，真空度在26660Pa左右，停吹氧时真空 N0.90.590.63552.8572.1 555.4 30 度在7998Pa左右，其终点碳的质量分数小于
脱碳速度与温度的关系可用下式来表示： lg V ＝ 45300 RT ＋9∙91 （5） 式中V 为脱碳速度；R 为常数；T 为钢液温度． 由此可见提高初钢水温度是加快脱碳的一个 重要手段．脱碳是放热反应所以可以适当提高初 钢水的碳含量以提高 VOD 冶炼过程温度．本实验 过程中 VOD 开吹温度控制在1600℃左右停吹温 度在1750～1800℃左右温度继续升高势必对炉 衬耐火材料造成侵蚀故 VOD 炉内升温在150～ 200℃左右为宜． 2∙3 供氧强度 VOD 吹氧脱碳时分为两个阶段：大于临界碳含 量的粗真空度脱碳过程高真空度下低碳区的碳脱 氧过程．碳的氧化模式可分为： 直接氧化： ［C］＋［O］＝［CO］ 间接氧化： M XOY＋ Y ［C］＝X ［M ］＋ Y ［CO］ 在高碳区碳的直接氧化和间接氧化是同时发 生的此时反应的限制性环节是供氧强度提高供氧 强度将加快脱碳反应速度．在低碳区脱碳反应为 间接氧化脱碳的动力学公式为： d［％C］ d t ＝－ S V × D δ （［％C］－［％C］平） （6） 式中S 为接触面积；V 为钢水体积；D 为钢液中碳 的扩散系数；δ为钢液侧扩散厚度；K 为传质系数 K＝ D／δ． 由式（6）可知在低碳区脱碳的限制性环节为碳 在熔池中的传质此时如果继续供氧或提高供氧强 度都将造成铬被大量氧化． 由 表3中VOD吹炼供氧参数也可以看出吹 表3 VOD 吹炼供氧参数 序号 氧气压力 变化／MPa 氧气流量开吹／（Nm 3·h －1） 开吹 最大 吹炼后期 吹氧时间／ min No．1 0∙61～0∙63 547∙9 567∙0 556∙0 27 No．2 0∙58～0∙65 553∙1 573∙2 555∙3 34 No．3 0∙50～0∙66 547∙7 566∙2 555∙4 32 No．4 0∙57～0∙65 545∙3 568∙5 554∙4 28 No．5 0∙60～0∙62 545∙2 566∙1 554∙7 29 No．6 0∙59～0∙64 548∙3 565∙5 550∙0 30 No．7 0∙61～0∙62 544∙1 565∙9 555∙5 25 No．8 0∙60～0∙63 553∙1 567∙0 555∙3 29 No．9 0∙59～0∙63 552∙8 572∙1 555∙4 30 炼前期氧气流量由低到高变化提高了供氧强度 加快了脱碳反应速率；在吹炼后期氧气流量又开始 降低原因为此时脱碳的限制性环节为碳在熔池中 的扩散降低氧气流量避免了铬的大量氧化． 2∙4 氧枪高度 降低氧枪高度脱碳速度会明显增大原因是降 低氧枪高度后会使钢液面的凹坑面积增大当然采 用此项措施时应当与防止喷溅结合起来考虑我们 将氧枪高度控制在75mm自由空间100mm氧气 利用率达到70％． 2∙5 供氩强度 VOD 精炼过程中高碳区为吹氧脱碳过程供氩 强度不变氩气流量控制在48∙4NL·min －1左右． 关键在于提高低碳区即真空碳脱氧供氩量此时氩 气流量控制在117∙5NL·min －1左右如表4所示． 在低碳区钢水表面由于铬的氧化形成了一层块状 的富铬渣分析结果表明铬的氧化在1％左右该层 氧化物阻碍了钢液内的循环恶化了间接氧化的动 力学条件．增大吹氩量不仅能增加传质系数还能 把这层氧化物吹开并使之卷入钢中增加钢渣接触 面．同时增大吹氩量加快了钢包内钢水环流速度 增加了悬空液滴脱碳也就加快了钢水表面更新 速度． 表4 VOD 吹炼供氩流量 （NL·min －1） 序号 开吹氩流量 高碳区吹氩流量 低碳区吹氩流量 No．1 7∙0 47 107 No．2 6∙0 44 114 No．3 7∙5 56 122 No．4 7∙8 52 117 No．5 7∙0 43 119 No．6 6∙5 44 123 No．7 7∙5 50 120 No．8 7∙0 51 118 No．9 8∙3 53 122 3 结论 （1） 影响脱碳工艺的主要因素有真空度、钢水 温度、供氧强度、氧枪高度、吹氩强度等利用 VOD 炉冶炼超低碳马氏体不锈钢应合理控制这些参数． （2） 真空度主要影响临界碳含量和脱碳速度 极限真空度主要影响终点碳含量．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 其 终 点 碳 的 质 量 分 数 小 于 ·192· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.1 刘剑辉等：VOD冶炼超低碳马氏体不锈钢 193 0.03% 内钢水环流速度，加快钢水表面更新速度 (3)实验过程中V0D开吹温度控制在1600℃ 左右，停吹温度在1750~1800℃左右，V0D炉内升 参考文献 温以150~200℃左右为宜. [1]Lu S Y.Zhang T K.Yang C Q.et al.Stainless Steel.Beijing: (4)V0D吹炼过程中，提高供氧强度，加快了 Atomic Energy Publishing House.1995 (陆世英，张廷凯，杨长强，等。不锈钢。北京：原子能出版社， 脱碳的反应速率.在吹炼后期，碳在熔池中的扩散 1995) 成为脱碳的限制性环节，应降低供氧强度避免铬的 [2]Lu S Y.Stainless Steel Introduction.Beijing:Science and Tech- 大量氧化. nology Publishing House of China.2007 (5)合理控制氧枪高度在75mm,自由空间 (陆世英.不锈钢概论，北京：中国科学技术出版社，2007) 100mm,氧气利用率达到70%. [3]GuX M.Study on VOD smelting stainless steel technology.Spec Steel Technol,1998.(1-2):31 (6)VOD精炼过程中高碳区为吹氧脱碳过程， (古晓明.V0D冶炼不锈钢工艺研究.特钢技术，1998，(1一 供氩强度不变，提高低碳区供氩量，可以加快钢包 2):31)
0∙03％． （3） 实验过程中 VOD 开吹温度控制在1600℃ 左右停吹温度在1750～1800℃左右VOD 炉内升 温以150～200℃左右为宜． （4） VOD 吹炼过程中提高供氧强度加快了 脱碳的反应速率．在吹炼后期碳在熔池中的扩散 成为脱碳的限制性环节应降低供氧强度避免铬的 大量氧化． （5） 合理控制氧枪高度在75mm自由空间 100mm氧气利用率达到70％． （6） VOD 精炼过程中高碳区为吹氧脱碳过程 供氩强度不变．提高低碳区供氩量可以加快钢包 内钢水环流速度加快钢水表面更新速度． 参 考 文 献 ［1］ Lu S YZhang T KYang C Qet al．Stainless Steel．Beijing： Atomic Energy Publishing House1995 （陆世英张廷凯杨长强等．不锈钢．北京：原子能出版社 1995） ［2］ Lu S Y．Stainless Steel Introduction．Beijing：Science and Technology Publishing House of China2007 （陆世英．不锈钢概论．北京：中国科学技术出版社2007） ［3］ Gu X M．Study on VOD smelting stainless steel technology．Spec Steel Technol1998（1－2）：31 （古晓明．VOD 冶炼不锈钢工艺研究．特钢技术1998（1－ 2）：31） Vol．31Suppl．1 刘剑辉等： VOD 冶炼超低碳马氏体不锈钢 ·193·