本发明属于金属材料冶炼技术领域，尤其涉及一种低磷不锈钢的生产工艺。
背景技术
当前，我国不锈钢产业发展迅速，但主要产品还是集中在棒线材、制管等中低端领域，一部分优质材料和高端产品还依赖进口，其中尿素级不锈钢、核电、石油化工等高端不锈钢都对钢中的杂质和有害元素有严格的要求，比如尿素级、硝酸级不锈钢要求钢中p≦0.015%，高端石油化工输气管道用钢也要求磷含量在0.015%以下，用以提高钢材的使用性能，最新研究结果表明，降低钢中磷含量可以提高不锈钢的耐腐蚀性能，对提高化工、石化装备的使用寿命有重要作用。
目前国内不锈钢生产磷含量的控制主要靠低磷原材料来实现，国内青山不锈、永兴特钢等企业都采用低磷镍铁（或镍铁水）来控制钢中磷含量，太钢、宝钢不锈等大型企业采用铁水脱磷工艺来生产低磷不锈钢，中航上大高温合金材料有限公司采用eaf→aod→lf工艺流程生产不锈钢，在生产低磷不锈钢时原工艺采用电炉脱磷，存在脱磷时间长的问题；另外受石墨电极价格上涨的影响，采用电炉脱磷生产成本也明显上升。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种低磷不锈钢的生产工艺，旨在解决以上技术问题。
本发明实施例是这样实现的，一种低磷不锈钢的生产工艺，所述工艺包括：
将固态金属置于非真空感应炉中融化，并调整所得钢水中的碳含量≥1.0%；
将所述钢水兑入aod炉进行吹炼，吹炼温度控制在1550℃~1600℃；
在吹炼过程中，在所述钢水中加入造渣材料进行造渣，目标碱度为3.5~4.5；
采用氧、氮气体混合吹炼，气体流量控制为800~1000m3/h；
吹炼40~50分钟后，停止吹炼，取样分析钢水中磷含量；
当钢水中磷含量≤0.003%后，去除炉内氧化渣，即得低磷钢水；
根据炉内成分分析结果，在所述低磷铁水中加入铬铁合金，继续吹氧脱碳、合金化处理，直至冶炼结束。
在本发明实施例中，通过将钢水兑入aod炉进行吹炼，吹炼温度控制在1550℃~1600℃；并在吹炼过程中，在所述钢水中加入造渣材料进行造渣，目标碱度为3.5~4.5；同时，采用氧、氮气体混合吹炼，气体流量控制为800~1000m3/h；吹炼40~50分钟后，停止吹炼，取样分析钢水中磷含量；当钢水中磷含量≤0.003%后，去除炉内氧化渣，即得低磷钢水，进而对所得低磷钢水进行常规冶炼；一方面，所得不锈钢中磷含量低于0.015%，满足核电、化工等不锈钢的生产；另一方面，采用aod吹炼前期脱磷，后期脱碳方式生产低磷不锈钢，且其前期钢水温度相对较低，动力学条件好，与传统电炉脱磷或铁水脱磷工艺相比，大大节约能源消耗、降低生产成本，脱磷效率高；同时，本发明拓展了aod的冶金功能，拓宽了aod炉冶炼不锈钢的品种范围。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明实施例提供的一种低磷不锈钢的生产工艺，通过在aod吹炼前期控制吹炼温度为1550℃~1600℃，并在吹炼过程中，添加造渣材料，目标碱度为3.5~4.5；以及采用氧、氮气体混合吹炼，气体流量控制为800~1000m3/h；吹炼40~50分钟后，最终所得不锈钢中磷含量低于0.015%，满足核电、化工等不锈钢的生产；另外，本发明采用aod吹炼前期脱磷，后期脱碳方式生产低磷不锈钢，拓展了aod的冶金功能，拓宽了aod炉冶炼不锈钢的品种范围，且其前期钢水温度相对较低，动力学条件好，与传统电炉脱磷或铁水脱磷工艺相比，大大节约能源消耗、降低生产成本，脱磷效率高。
值得注意的是，aod是不锈钢专用冶金设备，常规只应用于脱碳、合金化、脱氧等冶金技术，本发明根据脱磷反应的原理，在aod设备上实现脱磷技术的应用。
在本发明实施例中，aod脱磷技术需要对前道工序（电炉或非真空感应炉）熔化钢水的成分控制做调整，尤其是钢水的c含量做要求，以满足aod前期脱磷的热量损失。
在本发明实施例中，采用aod设备炉容比大，熔池反应空间充分，可以实现钢渣直接反应充分有效，能有效促进脱磷反应的进行。
在本发明实施例中，在aod脱磷期间，白灰、萤石按3:1的重量百分比比例加入钢水中，造高碱度氧化渣；同时，炉中还可以继续按体系重量百分比的15~20%比例配入氧化铁，提高炉渣氧化性，按此造渣工艺能够满足钢水的脱磷要求，实现钢水脱磷。
在本发明实施例中，aod常规不锈钢生产炉渣碱度控制在1.8～2.0，为满足脱磷需要，低磷不锈钢生产，aod前期造渣制度要根据脱磷要求调整至3.5～4.5，满足脱磷要求。
在本发明实施例中，利用aod侧枪供气流量800~1000m3/h，o：n比例控制5：1，能够满足熔池搅拌和钢渣反应的要求，促进钢中脱磷反应的进行。
实施例1
aod冶炼前，采用非真空感应炉，将废钢、返回料等固态金属熔化，为配合aod脱磷要求，将所得钢水中碳含量调整至1.5%；熔化钢水采用钢包盛装兑入aod炉，吹炼温度控制在1600℃；在脱磷吹炼过程中按30kg/吨钢水加入比例加入萤石、白云石、烧结矿（萤石、白云石、烧结矿的重量百分比为1:1:1），分批次加入，每次加入量控制在350kg，目标碱度为3.5；采用氧、氮气体混合吹炼（氧与氮的比例为7:1），气体流量控制800m3/h；吹炼40分钟后（碳含量为0.2%），停止吹炼，取样分析钢水中磷含量后（此时磷含量为0.003%），彻底去除炉内氧化渣；钢水脱磷结束，根据炉内成分分析结果，加入铬铁合金，继续吹氧脱碳，后续脱碳、合金化直至冶炼结束，后续冶金操作与常规冶炼一致。
实施例2
aod冶炼前，采用非真空感应炉，将废钢、返回料等固态金属熔化，为配合aod脱磷要求，将所得钢水中碳含量调整至2%；熔化钢水采用钢包盛装兑入aod炉，吹炼温度控制在1550℃；在脱磷吹炼过程中按30kg/吨钢水加入比例加入萤石、白灰（萤石、白灰的重量百分比为1:1），分批次加入，每次加入量控制在350kg，目标碱度为4.5；采用氧、氮气体混合吹炼（氧与氮的比例为8:1），气体流量控制800m3/h；吹炼50分钟后（碳含量为0.15%），停止吹炼，取样分析钢水中磷含量后（此时磷含量为0.002%），彻底去除炉内氧化渣；钢水脱磷结束，根据炉内成分分析结果，加入铬铁合金，继续吹氧脱碳，后续脱碳、合金化直至冶炼结束，后续冶金操作与常规冶炼一致。
实施例3
aod冶炼前，采用非真空感应炉，将废钢、返回料等固态金属熔化，为配合aod脱磷要求，将所得钢水中碳含量调整至1.5%；熔化钢水采用钢包盛装兑入aod炉，吹炼温度控制在1580℃；在脱磷吹炼过程中按30kg/吨钢水加入比例加入白灰、萤石（白灰与萤石的重量比为1:3），分批次加入，每次加入量控制在450kg，目标碱度为3.9；采用氧、氮气体混合吹炼（氧与氮的比例为5:1），气体流量控制900m3/h；吹炼45分钟后（碳含量为0.2%），停止吹炼，取样分析钢水中磷含量后（此时磷含量为0.002%），彻底去除炉内氧化渣；钢水脱磷结束，根据炉内成分分析结果，加入铬铁合金，继续吹氧脱碳，后续脱碳、合金化直至冶炼结束，后续冶金操作与常规冶炼一致。
对比例1
除吹炼温度控制在1500℃外，其余工艺过程与实施例3一致。
对比例2
除氧、氮气体中氧与氮的比例为3:1外，其余工艺过程与实施例5一致。
将实施例1-3以及对比例1-2所制得的不锈钢成品进行磷含量分析，其中，实施例1所得不锈钢成品磷含量为0.015%，实施例2所得不锈钢成品磷含量为0.011%，实施例3所得不锈钢成品磷含量为0.006%；而对比例1所得不锈钢成品磷含量为0.025%，对比例2所得不锈钢成品磷含量为0.03%；综上可知，本发明实施例1-3所制得的不锈钢磷含量低于0.015%，满足核电、化工等不锈钢的生产。
值得注意的是，本发明实施例3所得不锈钢磷含量为0.006%，远远低于对比例1-2所制得的不锈钢磷含量；可见，aod吹炼前期脱磷工艺受温度、造渣、气氛等条件影响作用大，需要对aod冶炼工艺做系统调整和设计。
在本发明实施例中，aod脱磷生产不锈钢工艺的特点是把脱磷工序转移至aod冶炼前期，与传统电炉脱磷和用低磷原材料生产不锈钢相比工艺路径不同，采用aod脱磷效率更高。
另外，本发明采用aod吹炼前期脱磷，后期脱碳方式生产低磷不锈钢，拓展了aod的冶金功能，拓宽了aod炉冶炼不锈钢的品种范围，且其前期钢水温度相对较低，动力学条件好，与传统电炉脱磷或铁水脱磷工艺相比，大大节约能源消耗、降低生产成本，脱磷效率高；更适合无传统脱磷设备（电炉、铁水脱磷设备）的企业生产低磷不锈钢。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。