1、本文研究了VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼的脫碳脫氮動力學。與普碳鋼脫碳相比，不銹鋼脫碳困難的重要原因是優(yōu)先生成的氧化物Cr2O3在煉鋼溫度下為固態(tài)，Cr2O3需將氧再次釋放才能脫碳，脫碳速率受到熔體內氧含量的制約。O向反應界面?zhèn)髻|的方式與C、N一樣，所以VOD脫碳脫氮反應是典型的氣液相界面化學反應，脫碳和脫氮過程可以用同一方程來描述。不銹鋼脫碳由碳或氧在邊界層內傳質控制，脫氮由液相邊界層傳質和界面化學反應混合控制。 首次將VOD脫碳

2、脫氮過程分為兩種類型和四個區(qū)域，兩種類型為鋼液裸露表面的脫碳脫氮和熔池內部氣泡表面上的脫碳脫氮，四個區(qū)域為：吹氧反應區(qū)、風眼反應區(qū)、吹氬氣柱區(qū)、鋼渣界面區(qū)。這樣可分析不同反應類型和反應區(qū)域對熔池脫碳脫氮的貢獻。通過對冶煉過程中鋼液、顆粒和氣泡之間的運動規(guī)律展開分析，得出了脫碳、脫氮宏觀動力學計算所需的參數(shù)，比如氣液相對流動速率、反應面積等。采用積分算法對每個反應區(qū)的脫碳和脫氮過程進行計算，最終建立了VOD冶煉脫碳脫氮模型。 本研

3、究還建立溫度計算模型，對爐氣反應、脫氧過程也進行了計算，最終構建了VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼數(shù)學模型。模型可以模擬VOD冶煉過程中鋼液成分、溫度的變化，并可分析脫碳、脫氮機理。模型計算的脫碳速率和終點碳、氮含量及終點溫度與現(xiàn)場實測值吻合，試驗室內真空感應爐上的熱態(tài)試驗結果與模型計算也吻合，驗證了模型的可靠性。 通過對VOD冶煉過程的模擬和分析，并結合生產實際，得出如下結論或建議： 1)吹氧脫碳階段，吹氧反應區(qū)的脫碳和脫氮

4、占主導地位；自由脫碳階段，鋼渣反應區(qū)內的脫碳和脫氮占主導地位。 2)強化脫碳脫氮的措施有：吹氧末期進一步降低真空壓力；溫度有保證條件下延長自由脫碳時間；鋼包底部多口噴吹氬氣；自由脫碳期強化吹氬；適當降低氧槍高度；起始零渣量操作。 3)最佳停氧時碳含量應控制在0.03％～0.04％，綜合考慮熔池過熱度和真空處理時間等因素，實現(xiàn)了對VOD冶煉過程終點碳、氮含量的綜合控制，并給出了不同初始條件下最佳操作方式。 4)鋼液

5、初始溫度高對脫碳脫氮相當有利，可降低終點碳氮含量并縮短真空處理時間；鋼液初始碳含量過高，會延長真空處理時間，其值過低，由于脫碳量小導致脫氮量小，對于冶煉含11.6％Cr不銹鋼，初始碳含量應在0.30％左右較為合適。 5)對于冶煉含11.6％Cr和18％Cr鐵素體不銹鋼，理想的操作制度可為：吹氧脫碳期真空壓力0.06atm，吹氧末期可降到0.02～0.03atm，自由脫碳期最低真空壓力0.001atm；吹氧脫碳期吹氬流量40Nm3

6、/h，自由脫碳期吹氬流量60Nm3/h；氧流量控制在1800Nm3/h，冶煉高鉻含量鋼時，氧流量可以到2000Nm3/h；初始渣量控制600kg以下。 6)石灰增碳相對嚴重，原因是石灰中的CaCO3分解釋放CO2，熔池脫氧后會發(fā)生CO2=[C]+2[O]反應，而合金料和螢石增碳量很小，建議在脫氧前加入石灰和螢石并進行超真空處理，可有效防止增碳；熔池過熱會導致耐材增碳嚴重，應嚴格控制吹氧；超真空條件下應防止真空系統(tǒng)漏氣導致增氮。