專利名稱：一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法
技術領域：
本發明屬于不銹鋼冶煉控制技術，尤其涉及一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼 劇烈噴濺控制方法。
背景技術：
鋼包真空吹氧脫碳精煉(即VOD精煉)不銹鋼過程中，由于鋼包底吹氬和真空頂 吹氧(脫碳)的共同作用，鋼包內鋼液不可避免地會出現噴濺現象，若不進行有效控制，則 將產生真空狀態下的劇烈噴濺。實踐證明，VOD真空劇烈噴濺對設備的危害性比較大，且嚴 重影響真空精煉不銹鋼的冶金效果。據報道，絕大多數不銹鋼廠VOD精煉裝備的運行均面 臨真空劇烈噴濺問題，嚴重制約了 VOD精煉能力的發揮和提升。《鋼包爐真空精煉過程中鋼液沸騰與控制》(《工業加熱》，虞明全，1998，第4期) 文中指出VOD真空冶煉過程中存在真空飛濺和噴濺兩種現象，從工藝角度分析了產生這兩 種異常現象的部分影響因素，如吹煉真空度、供氧壓力、供氬強度等，并從設計和工藝兩個 角度簡要提出了一些理論上解決真空飛濺和噴濺的途徑和方法，具體如下(1)制定精煉工藝時考慮飛濺和噴濺影響因素，飛濺工藝影響參數包括吹煉真 空度、供氧壓力、供氬壓力、原始硅含量；噴濺工藝影響參數包括鋼液和爐渣的氧含量、真 空度提高速度、鋼包內的自由空間高度。(2)真空精煉過程中要有及時發現沸騰即噴濺的手段，一種為依靠操作人員或電 視攝像機通過真空工作的觀察孔直接觀察鋼液在真空時的沸騰程度；另一種為在真空泵的 抽速以及其它工藝參數恒定條件下，通過觀察真空度的變化來發現鋼液中氣體溢出速度的 變化；(3)真空精煉過程中要有合適的手段來抑制鋼液非正常沸騰，國內大都通過安裝 放氣閥及時放氣或減少真空泵抽速來抑制鋼液非正常沸騰，手動或自動控制。由于真空劇烈噴濺嚴重影響了 VOD精煉裝備的穩定運行、真空精煉功能優勢的充 分發揮以及超低碳、氮高附加值不銹鋼新產品的成功開發，因此，有必要對VOD真空劇烈噴 濺的產生原因進行深入分析，對原有整個真空精煉過程的控制方法進行改進，形成一種有 針對性、易于實現的冶煉控制方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法， 對整個真空精煉過程進行可行的、有效控制。為達到上述目的，本發明的技術方案經研究得知，真空劇烈噴濺是由于VOD真空狀態下的吹氧脫碳控制方法不當，脫 碳速度過大，即鋼包內鋼水脫碳反應過于激烈，在對鋼水進行抽真空、頂吹氧和底吹氬氣 攪 拌的共同作用下，鋼水中產生的大量CO氣泡快速上浮逸出，造成大量鋼水和爐渣雖CO氣泡 劇烈噴出所致。本發明是根據引起VOD真空劇烈噴濺的原因和特點，通過對VOD真空精煉用鋼包狀態、起始鋼水條件控制以及真空吹氧脫碳精煉等過程控制的改進，形成的一種全 新的、有效的技術方案，具體如下一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其包括步驟如下1)合理控制精煉鋼包底吹透氣性、清潔度，確保鋼包底吹透氣性良好，即正常真空吹氧脫碳時對應的氬氣流量能保證吹開二 分之一及以上的鋼水渣面；控制鋼包內壁清潔度，即要求鋼包使 用前鋼包內壁殘渣殘鋼量小于鋼水重量的 5%，重量百分比計；2)前道工序穩定控制進入VOD的鋼水起始成分、溫度，前工序控制VOD鋼水起始碳含量重量百分比為0. 20 0. 80%，起始硅含量彡0. 20%，奧氏體不銹鋼鋼水起始溫度彡1580°C，鐵素體、或馬氏體 不銹鋼鋼水起始溫度彡16000C ；真空精煉前對冶煉前工序鋼渣混出的鋼水進行完全扒渣，控制VOD起始鋼包留渣 重量< 的鋼水重量；3)真空吹氧脫碳精煉過程根據鋼水碳含量的不斷降低進行分級控制，真空吹氧 脫碳過程隨著鋼液中碳含量不斷降低，真空度應在20 2kpa范圍內由高到低進行分級控 制；鋼液碳含量脫至0. 10%之前，保持恒定的最大吹氧流量吹煉；碳含量降到< 0. 10%以后，吹氧流量在最大工作流量的1/4流量區間范圍內逐級 降低控制；控制氧槍槍位即氧槍噴嘴距鋼水面距離，與氧氣流量的有效匹配，要求槍位與氧 氣流量的數值相同或低50 100 ；控制真空吹氧脫碳過程底吹氬氣流量隨鋼水碳含量的逐漸降低而增加，控制范圍 為 3. 5 6Nl/min · t。進一步，步驟1)中，控制鋼包使用前耐材內襯熱量足夠，即接受鋼水前鋼包耐材 內壁溫度彡1000°C。步驟2)中，前工序控制鋼水量不應超出設計噸位的10%，確保鋼包足夠的凈空高度。在本發明方法中步驟1 合理控制鋼包底吹透氣性、清潔度和耐材內襯溫度等狀態條件①確保鋼包底吹透氣性良好，即正常真空吹氧脫碳時對應的氬氣流量能保證吹開 二分之一及以上的鋼水渣面。鋼包熱態使用后，即下一個新的爐次使用前，應認真、規范清理鋼包底吹透氣磚上 方凝結的渣鋼，且清理后必須進行氬氣反吹，通過反吹氣體的流量和壓力情況測試透氣效 果是否良好，否則，重新清理鋼包底吹透氣磚，或選用透氣性良好的其它鋼包。②控制鋼包內壁清潔度，即要求鋼包使用前鋼包內壁殘渣殘鋼量小于鋼水重量的5%。整個不銹鋼冶煉過程爐渣堿度和黏度的控制要適中，并要求確保鋼包前一次澆鑄 結束進行快速處理，及時倒除鋼包內剩余的渣鋼。
③控制鋼包使用前耐材內襯熱量足夠，即接受鋼水前鋼包耐材內壁溫度 ≥ 1000°C。鋼包受鋼前對鋼包耐材進行充分的烘烤，或者直接使用從連鑄澆鑄結束快速周轉 下來的熱態鋼包，杜絕使用烘烤不充分和冷態下的鋼包。步驟2 前道工序穩定控制進入VOD的鋼水起始成分、溫度等條件①前工序控制VOD鋼水起始碳含量重量百分比為0. 20 0. 80%。VOD真空處理所允許的碳含量應控制一定的范圍內，太高時高碳區脫碳反應過于 激烈，容易產生噴濺，太低時吹氧脫碳困難，不銹鋼鋼水中鉻等貴重金屬氧化嚴重，也容易 造成劇烈噴濺，因此，前工序應通過合理配料和初步脫碳處理，將VOD來料鋼水起始碳含量 控制在0. 20 0.80%。②前工序控制VOD鋼水起始硅含量< 0. 20 %。為了減少VOD吹氧脫碳過程中的鋼包頂渣量，避免大渣量情況下的真空劇烈噴 濺，VOD來料鋼水起始硅含量還應控制在< 0. 20%，從而吹氧脫碳之前不需向鋼包內添加 CaO進行中和，達到減少真空吹氧脫碳過程鋼包頂渣量的效果。③前工序控制VOD不銹鋼鋼水起始溫度> 15800C (其中鐵素體、馬氏體不銹鋼要 求彡 16000C )。為了保證能量平衡和冶金熱力學條件，實現“脫碳保鉻”和快速脫碳，VOD起始鋼水 溫度不得低于鋼水最低起始溫度要求；通常情況下，最低起始溫度為1580°C (其中鐵素體、 馬氏體不銹鋼最低起始溫度為1600°C )。④前工序控制鋼水量不超出設計噸位的10%，確保鋼包足夠的凈空高度。合適的凈空高度應能將劇烈噴濺部分遏制在鋼包蓋以內，所以，應根據自身鋼包 條件和設備特點制定合理的凈空高度要求，即制定相應的起始鋼水量要求。通常情況下， VOD起始鋼水量不應超出設計噸位的10%。⑤真空精煉前對來料鋼水進行完全扒渣，控制VOD起始鋼包留渣重量< 1 %的鋼
水重量。鋼包頂渣量過多將影響真空吹氧脫碳效果，在底吹氬氣流量控制相對過低即攪拌 強度不足情況下，極易造成不銹鋼中鉻貴重金屬燒損嚴重，后續深真空自由脫碳階段將出 現劇烈噴濺現象，因此，要求VOD真空處理之前對來料鋼水進行完全扒渣，即控制< 1 %鋼 水重量的鋼包起始留渣量，即所謂的“零渣量”。步驟3 真空吹氧脫碳精煉過程根據鋼水碳含量的不斷降低進行分級控制實踐表明，VOD真空劇烈噴濺主要發生在真空吹氧脫碳階段，因此，必須對此階段 的真空度、氧氣流量、氧槍槍位、吹氬流量等重要冶煉控制參數進行正確合理和有效匹配控 制。①真空吹氧脫碳過程的真空度要求在20 2kpa范圍內從高到低進行分級控制。真空吹氧脫碳過程，隨著鋼液中碳含量不斷降低，真空度應相應提高，否則，金屬 鉻過氧化燒損嚴重，鋼水表面覆蓋一層比較硬的粘稠狀的富鉻渣，容易后續自由脫碳階段 深真空狀態下真空劇烈噴濺。因此，真空吹氧脫碳過程隨著鋼液中碳含量不斷降低，真空度 應在20 2kpa范圍內由高到低進行分級控制。②在最大吹氧流量的1/4流量區間范圍內分步控制真空吹氧脫碳過程氧氣流量。
真空吹氧脫碳過程中起始碳含量越高，起始吹氧流量越大，此外，隨著鋼水中碳含 量不斷減少，吹氧流量應相應降低，以防止鉻大量氧化燒損造成劇烈噴濺。通常情況下，要 求吹氧流量在最大工作流量的1/4流量區間范圍內控制，其中鋼液碳含量脫至0. 10%以 前，保持恒定的最大吹氧流量吹煉；碳含量降到< 0. 10%以后，逐級降低控制。③控制氧槍槍位(氧槍噴嘴距鋼水面距離)與氧氣流量的有效匹配，要求槍位與 氧氣流量的數值相同或低50 100。真空吹氧脫碳過程中氧氣流量大時，噴濺嚴重，槍位相應控制得高，反之則低； 原則上，氧槍槍位與氧氣流量相同，或者適當偏低，如某鋼廠1600m3/h氧氣流量對應 1600mm(或 1500mm)的槍位。④控制真空吹氧脫碳過程底吹氬氣流量隨鋼水碳含量的逐漸降低不斷增加，控制 范圍為 3. 5 6Nl/min · t。
吹氧脫碳前期(特指鋼液碳含量> 0. 10% )脫碳順利進行的情況下，氬氣流量將 不作任何調整；當廢氣中CO含量下降過快以及脫碳后期(鋼液碳含量< 0. 10% )，應根據 廢氣曲線走勢情況以較小的幅度(O. 25Nl/min · t)適當增加氬氣流量。本發明針對引起真空精煉不銹鋼過程劇烈噴濺的各種影響因素，從鋼包狀態條 件、鋼水起始條件、真空吹氧脫碳過程參數和作業控制等三個方面提出了具體的有效措施。 本發明與公開論文文獻中措施內容對比，不同點及效果如下首先，現有技術中對如何預防和控制真空劇烈噴濺的措施描述不充分，而過多地 強調了對真空劇烈噴濺的觀察和事后處理，而本發明重點放在了真空劇烈噴濺的如何預防 和控制，即偏重事前的控制，預防效果更好；其次，現有技術中工藝控制基本上均是定性的，如真空度、供氬壓力、起始Si含量 均沒有提出合理的控制范圍，僅簡單闡述了相對比較模糊的控制原則，無具體的控制范圍， 可操作性差，而本發明工藝控制基本上均是定量的，具有可操作性；最后，現有技術中分析的影響因素和控制措施不全面，僅考慮了過程控制工藝參 數對真空劇烈噴濺的影響，忽略了鋼包狀態以及溫度、Si含量之外的其它鋼水起始條件對 真空噴濺的影響作用，而本發明考慮的工藝影響因素更全面、更系統，采取的控制措施更詳 細、更具針對性。本發明的有益效果實踐證明，通過對VOD精煉鋼包狀態、鋼水起始條件及真空吹氧脫碳精煉過程按 照上述控制步驟進行有效控制，確保經VOD真空處理的鋼包狀態、鋼水條件以及相關控制 參數和作業過程滿足上述條件要求，就能有效地避免鋼包真空精煉不銹鋼過程的劇烈噴 濺，可以確保不銹鋼VOD真空精煉裝備高效穩定運行。本發明實施后，VOD真空劇烈噴濺得到了有效控制，從而確保了 VOD真空精煉裝備 的穩定順行，且促進了 VOD冶煉能力的大幅提升，具體效果如下(1)真空劇烈噴濺得以避免，真空精煉過程實現了高效順行，氧氣利用率得到了提 高，還原劑及渣料等各種消耗明顯減少(據實際測算，噸鋼綜合成本降低約200元左右)；(2)真空蓋設備不再因噴濺受到損壞，運行周期明顯延長，維護工作量明顯減少， 且氧槍頭部和氧槍孔不再粘結渣鋼，氧槍頭部不再出現熔穿現象，氧槍壽命大幅提高(某 鋼廠由實施前的平均15爐提升到了平均300爐左右，最高使用壽命超過700爐)；
(3) VOD真空精煉不銹鋼過程中鋼包真空防濺蓋結渣鋼明顯減少，鋼包蓋使用壽命大幅提升(某鋼廠由平均15次提升到了平均27次)，且鋼包防濺蓋的清理難度和工作量也 得以減小。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1(1)實施鋼種鐵素體不銹鋼。(2)實施過程①鋼包條件

②起始鋼水條件

③真空吹氧脫碳過程控制
(3)實施效果①冶金效果 ②噴濺控制效果氧槍頭部無渣鋼粘結(第302次使用)，且無任何熔損；真空蓋內頂無任何噴濺粘 結物，鋼包防濺蓋(第18次使用)邊部粘結少量渣鋼，無需清理可以繼續冶煉下一爐次。 實施例2(1)實施鋼種奧氏體不銹鋼。(2)實施過程①鋼包條件 ③真空吹氧脫碳過程控制 (3)實施效果①冶金效果 ②噴濺控制效果氧槍頭部無渣鋼粘結，且無任何熔損(第552次使用)；真空蓋內頂無任何噴濺粘 結物，鋼包防濺蓋(第26次使用)邊部幾乎無渣鋼粘結，無需清理可以繼續冶煉下一爐次。實施例3(1)實施鋼種馬氏體不銹鋼。(2)實施過程①鋼包條件 ③真空吹氧脫碳過程控制 (3)實施效果①冶金效果 ②噴濺控制效果氧槍(第635次使用)無渣鋼粘結，且無任何熔損；真空蓋內頂無任何噴濺粘結
物，鋼包防濺蓋(第12次使用)邊部粘結少許渣鋼，無需清理可以繼續冶煉下一爐次。
權利要求
一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其包括步驟如下1)合理控制精煉鋼包底吹透氣性、清潔度，確保鋼包底吹透氣性良好，即正常真空吹氧脫碳時對應的氬氣流量能保證吹開二分之一及以上的鋼水渣面；控制鋼包內壁清潔度，即要求鋼包使用前鋼包內壁殘渣殘鋼量小于鋼水重量的5％，重量百分比計；2)前道工序穩定控制進入VOD的鋼水起始成分、溫度，前工序控制VOD來料鋼水起始碳含量重量百分比為0.20～0.80％，起始硅含量≤0.20％，奧氏體不銹鋼鋼水起始溫度≥1580℃，鐵素體、或馬氏體不銹鋼鋼水起始溫度≥1600℃；真空精煉前對冶煉前工序鋼渣混出的鋼水進行完全扒渣，控制VOD起始鋼包留渣重量≤1％的鋼水重量；3)真空吹氧脫碳精煉過程根據鋼水碳含量的不斷降低進行分級控制，真空吹氧脫碳過程隨著鋼液中碳含量不斷降低，真空度應在20～2kpa范圍內由高到低進行分級控制；鋼液碳含量脫至0.10％之前，保持恒定的最大吹氧流量吹煉；碳含量降到≤0.10％以后，吹氧流量在最大工作流量的1/4流量區間范圍內逐級降低控制；控制氧槍槍位即氧槍噴嘴距鋼水面距離，與氧氣流量的有效匹配，要求槍位與氧氣流量的數值相同或低50～100；控制真空吹氧脫碳過程底吹氬氣流量隨鋼水碳含量的逐漸降低而增加，控制范圍為3.5～6Nl/min·t。
2.如權利要求1所述的真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其特 征是，步驟1)中，控制鋼包使用前耐材內襯熱量足夠，即接受鋼水前鋼包耐材內壁溫度 ≥1000°C。
3.如權利要求1所述的真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其特征 是，步驟2)中，前工序控制鋼水量不超出設計噸位的10%，確保鋼包足夠的凈空高度。
4.如權利要求1所述的真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其特征 是，步驟3)中，脫碳過程吹氧流量在最大工作流量的1/4流量區間范圍內控制。
全文摘要
一種真空吹氧脫碳精煉爐冶煉不銹鋼劇烈噴濺控制方法，其包括步驟如下1)合理控制精煉鋼包底吹透氣性、清潔度，鋼包內壁殘渣殘鋼量小于鋼水重量的5％；2)控制VOD來料鋼水起始碳含量重量百分比為0.20～0.80％，硅≤0.20％，鋼水起始溫度≥1580℃；控制VOD起始鋼包留渣重量≤1％的鋼水重量；3)真空吹氧脫碳精煉過程根據鋼水碳含量的不斷降低進行分級控制；控制高碳區域吹氧流量恒定，低碳區域吹氧流量隨鋼水中碳含量逐漸減少而降低；氧槍槍位與氧氣流量匹配控制；控制真空吹氧脫碳過程底吹氬氣流量隨鋼水碳含量的降低而增加。本發明能有效地避免鋼包真空精煉不銹鋼過程的劇烈噴濺。
文檔編號C21C7/10GK101845538SQ20091004828
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者劉竑, 周武, 張亮, 李實 , 池和冰, 王剛, 董志平, 蔣興元 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司