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超纯铁素体不锈钢冶炼工艺

作者:316lbxgbxs 来源:原创 日期:2014-6-30 14:24:17 人气:

超纯铁素体不锈钢冶炼工艺
 近几年铁素体不锈钢的开发与应用受到国内外的广泛重视,其主要原因是:(1)Ni资源严重短缺,Ni价格波动幅度较大,导致300系列不锈钢的生产成本大幅上升,而且原材料供应没有保证;(2)随着生产设备和技术进步,可以生产出性能优异的铁素体不锈钢,替代300系列的一些品种;(3)含Ni不锈钢对人体有一定危害,如对皮肤有过敏反应等。 

     超纯铁素体不锈钢冶炼工艺 

     极低的C、N含量是超纯铁素体不锈钢最显著的特征,而深度脱碳和脱氮也成为超纯铁素体不锈钢冶炼的核心技术所在。 

     目前,国内外许多学者认为超纯铁素体不锈钢的冶炼要采用电弧炉+(AOD、K-OBM、MRP)脱碳+(VOD、SSVOD、VODPB、RHOB、RHKTB)真空精炼三步法工艺。因为两步法(初炼炉+二次精炼)中的AOD在大气压下冶炼,存在着低碳范围内的脱碳问题,不利于经济地生产超低碳氮不锈钢。但是太钢曾用两步法(AOD)冶炼铁素体不锈钢,其中C、N含量的情况见表1。 

    表1 AOD冶炼超纯铁素体不锈钢中的C、N含量/10-6 
    元素 11%~13%Cr钢 16%~18%Cr钢  
    典型 最好 典型 最好  
    C 70 30 70~100 50  
    N 80~110 60 100~130 70  

     国内外三步法冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺路线中,VOD及其延伸工艺如SSVOD、VODPB,给AOD加上真空功能的VCR等精炼设备,在超纯铁素体不锈钢的冶炼过程中发挥着重要作用。不论设备上是采用真空、强搅拌、还是喷吹氧化剂,它们都是通过改善低碳区脱碳的动力学条件,在深脱碳的同时促进脱氮的进行。 

     SSVOD法是在吹炼的第1阶段进行通常的VOD操作,在[C]≤0.01%的第2阶段提高真空度,吹氩进行强搅拌促进脱碳和脱氮的方法。传统VOD法的降碳、氮效果均以0.005%(甚至0.01%)为界,而SSVOD法采用多个包底透气砖或者是Φ2~4mm不锈钢管吹氩,氩气流量可由40~150L/min增大到1200~2700L/min。日本川崎西宫厂用50tSSVOD设备精炼17%Cr铁素体不锈钢时,底吹氩流量达1000L/min(常规VOD为100~300L/min),生产出了[C+N]≤100×10-6的超高纯铁素体不锈钢。 

     VODPB法是日本住友金属公司开发的,是在真空精炼过程中利用喷枪向钢水表面喷吹铁矿石、锰矿石等氧化剂,可在高碳区促进脱氮反应,在低碳区促进脱碳。用此法冶炼19%Cr和29%Cr铁素体不锈钢时,钢中[C+N]分别达到37×10-6、60×10-6。 

     VCR(VacuumConverterRefiner)法是基于AOD法在大气压下深脱碳受到限制而发展起来的,1991年日本大同特殊钢公司利用AODVCR工艺生产了13%Cr和20%Cr铁素体不锈钢,钢中氮含量可分别达到(20~40)×10-6和(70~90)×10-6的极低水平。该工艺的实质就是给AOD精炼炉加上真空设备。它充分利用AOD的强搅拌和VCR的真空技术,在低碳范围内改善脱碳效率。在精炼过程中,当[C]≥0.10%时,通常与AOD法相同,利用稀释气体(Ar或N2)进行脱碳;当[C]≤0.10%时,利用真空进行脱碳,真空度在(10~50)×133Pa。实际操作表明:低碳区的表观脱碳速度常数,VCR法是AOD法的2倍,况且用VCR法不需要高真空度,在较短的时间内(一般处理时间为10~20min),能够使终点碳达到较低值。 

     综合比较这3种精炼法的效果见表2。在VOD冶炼结束时,[N]有相当大的回升。所以,除了加强深脱碳、脱氮外,还要强调密封,防止吸N2。 

表2 不同精炼工艺冶炼超纯铁素体不锈钢中C、N含量和主要效果 
工艺 主要效果 高纯化水平(18Cr)/10-6  
能力 成本 纯度 [C] [N] [C+N]  
VOD SS VOD     ○ ≤20 ≤50 ≤70  
VOD PB     ○ 32 48 80  
AOD VCR ○ ○ ○ 20 60~80 80~100  

     现代铁素体不锈钢,尤其是超纯铁素体不锈钢,由于具有合金含量低,耐氯化物应力腐蚀性好等优点,是节镍钢种的理想选择。我国生产的不锈钢以奥氏体系列为主,铁素体系列产量很低,而且品种结构单一,主要是430系列,应大力发展铁素体系列不锈钢。高真空、强搅拌和喷吹氧化剂是超纯铁素体不锈钢冶炼的有效措施。