论文摘要
近年来我国不锈钢产业发展迅速,我国已经成为世界第一大不锈钢消费国。AOD作为目前生产不锈钢的主要精炼手段之一,采用Ar/O2混吹,消耗大量氩气,因而导致生产成本较高,而以氮气来代替纯氩进行精炼及氮气合金化,可大幅度地降低氩气消耗及冶炼成本。因此,研究不锈钢冶炼过程氮在钢液中的行为、其它元素对钢液渗氮和脱氮速度的影响,进而开发不锈钢钢液中氮的控制技术是非常必要的,该项研究具有十分重要的现实意义。本课题研究的目标是运用冶金热力学、动力学的理论和研究方法,结合某钢厂奥氏体不锈钢不同品种氮含量的控制要求（N为0.02%～0.1%范围内）和冶炼工艺路线,研究氮在奥氏体不锈钢的溶解行为。采用平衡反应的热力学方法确定典型奥氏体不锈钢钢水中氮的溶解度计算公式。根据实验室模拟试验、半工业试验,采用冶金动力学分析实际AOD炉和LTS冶炼奥氏体不锈钢过程各阶段渗氮和脱氮的基本规律及其影响因素,建立了各阶段氮含量的计算方法和相应离线计算软件,以满足生产实际的氮含量的控制精度要求。本课题通过钢液氮的溶解行为的研究,建立了钢水中氮的溶解度计算模型、建立了AOD工位的渗氮和脱氮模型、LTS工位的渗氮模型,用VB编写了该模型的应用界面,并进行部分结果的现场数据验证。在实验室条件下,研究了奥氏体不锈钢中采用顶吹氮气条件下,不同温度和氮分压下氮的溶解行为。实验发现,对于奥氏体不锈钢,存在PN2越大其氮的溶解度越大,而温度越高其氮的溶解度则越小的特点。在实验室实验基础上,建立了奥氏体不锈钢中氮溶解度的热力学计算模型,通过与实验数据对比发现其精确度均较高。在实验室实验基础上采用联合控制理论,建立了奥氏体不锈钢中渗氮动力学计算方法,通过与实际数据对比发现,该计算方法与实际数据吻合较好,计算绝对误差均小于0.01%,相对误差小于10%；建立了奥氏体不锈钢中脱氮动力学计算方法,通过与实际数据对比发现,该计算方法与实际数据吻合较好,绝对误差基本小于0.01%,相对误差小于15%。在某钢厂的实验工场进行了半工业试验,发现对于不锈钢母液,存在碳含量越高,其氮的溶解度越小。建立了奥氏体不锈钢中氮溶解度的热力学计算模型,与试验数据对比发现,其计算绝对误差小于0.004%,精确度较高。以半工业试验为基础上采用联合控制理论,建立了奥氏体不锈钢中渗氮动力学计算方法,通过与实际数据对比发现,剔除个别错误数据后,该计算方法与实际数据吻合较好,计算绝对误差小于0.01%。以半工业试验为基础上采用联合控制理论,建立了奥氏体不锈钢中脱氮动力学计算方法,通过与实际数据对比发现,该计算方法与实际数据吻合较好,绝对误差基本小于0.002%。针对奥氏体不锈钢,采用界面反应控制理论建立了AOD工位的渗氮模型,采用联合控制理论建立了AOD工位的脱氮模型。生产考核结果表明,在全部72数据中,脱硫期氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在-100×10-4%～+100×10-4%的炉数为70炉,命中率为97.2%。采用联合控制理论建立了LTS工位的渗氮模型。生产考核结果表明,从LTS工位现有的316L、304L、304、301S和00Cr19Ni10等5个钢种的88炉数据来看,氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在-60×10-4%～+60×10-4%的炉数为84炉,命中率为95.5%,完全能够用来指导现场实际生产。为更方便现场工程师和操作人员进行现场大生产条件下的实时计算,用VB编写了该模型的应用界面及使用说明书,安装在现场各工位的L3计算机上,通过输入实际生产数据,可以实现现场数据的同步预测。