[发明专利]钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法。

背景技术

铁素体不锈钢具有比奥氏体不锈钢好得多的耐氯化物、苛性碱等应力腐蚀性能，很好的海水局部腐蚀性能和抗高温氧化性能，且价格低廉，因而广泛应用于国民经济的各个领域，如家用电器、厨房器皿、五金制品、汽车排气系统、建筑以及石油化工等方面。普通铁素体不锈钢的缺点是对晶间腐蚀敏感，塑性和韧性都很低，延-脆性转变温度在室温以上，焊接性能较差。有关研究表明，铁素体不锈钢的上述缺陷是由于间隙元素C、N造成的。C+N≤150ppm的超纯铁素体不锈钢可以完全克服上述缺点。

超纯铁素体不锈钢目前主要采用真空精炼设备(如VOD、SS-VOD)生产。近年来，不锈钢厂为了实现连铸的多炉连浇，并提高钢水的洁净度和精确控制成分，通常在连铸之前，钢水需经过钢包精炼炉(Ladle Furnace简称LF，参见图1)处理。从图1可以看出，采用常规LF流程生产超纯铁素体不锈钢过程中，由于常规钢包精炼炉(LF炉)采用石墨电极与钢水产生的自由电弧对钢水进行加热，因而加热过程会产生增碳问题，另外，由于常规LF操作过程中，电极周围的炉气成分主要是空气，加热过程电弧会将其周围的空气中的氮气电离，因而会产生增氮问题，而且加热时间越长，增碳增氮问题越严重，以300t钢包精炼炉为例，通常在通电30min条件下，增碳量为0.005％～0.01％，增氮量大于0.002％。这使得在用常规钢包精炼炉(LF)生产超低碳、氮铁素体不锈钢时经常造成因碳氮超标导致钢种成分不合格而改钢种问题，产品炼成率降低。由于钢包精炼炉精炼铁素体不锈钢时的增碳、增氮问题一直无法解决，因而无法用常规钢包精炼炉(LF)精炼超低碳、氮的超纯铁素体不锈钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法，实现在钢包精炼炉精炼超低碳、低氮铁素体不锈钢。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法，其包括如下步骤：

1)铁素体不锈钢冶炼时，当初炼炉如电弧炉、感应炉或转炉出钢，并通过氩氧脱碳炉(AOD)或真空吹氧脱碳炉(VOD)使钢水成分基本达到超纯铁素体不锈钢的要求；

2)将钢包运到钢包精炼工位，开始钢包精炼，在通电过程中，通过钢包精炼炉的石墨电极中心孔喷吹焦炉煤气和氩气混合气体，在钢包精炼炉电极下端形成含氢等离子电弧，实现对钢水脱碳、脱氮，同时保证钢水洁净度；其中，焦炉煤气和氩气混合比例为95∶5～5∶95，混合气体的压力范围为0.02～10Mpa，混合气体的流量范围为0.01～50Nm³/h；

3)停电时，停止向石墨电极中心孔喷吹气体，在钢水成分、温度合格后将钢包吊离钢包精炼炉，送下步工序进行浇注。

又，所述的焦炉煤气的成分体积百分比为：H₂ 50～60％，C_nH_m 2～5％，CH₄ 20～30％，CO₂ 1～5％，CO 3～8％，O₂ 0～1.0％，N 2～6％。

利用钢包精炼炉(LF炉)的中空石墨电极喷吹焦炉煤气和氩气混合气体(由于焦炉煤气中含有大量的氢气，形成含氢等离子电弧)的方法，实现LF炉精炼超纯铁素体不锈钢。

由于钢包精炼LF炉的石墨电极中心为中空，从该中心孔吹入上述混合气体使在石墨电极下端形成等离子电弧，同时依靠调整喷吹混合气体比例(焦炉煤气和氩气混合比例的范围为95∶5～5∶95)、压力(混合气体的压力范围为0.02～10MPa)、流量(混合气体的流量范围为0.01～50Nm³/h)等工艺参数来防止钢液增碳并实现对钢液脱氮，实现在钢包精炼炉精炼超低碳、低氮铁素体不锈钢的目的。

喷吹焦炉煤气后，在电极端部形成含氢等离子电弧，当该电弧存在时，在钢液表面发生的以下化学反应是有效地去除钢水中的氮、碳和氧的基本原理：

[N]+3H＝NH₃

[C]+4H＝CH₄

[O]+2H＝H₂O

[N]+H+C＝HCN