CN119265387A - 一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金冶炼技术领域，具体涉及一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，包括：在当前的AOD炉精炼过程中，采样钢水并获取钢水中每种元素的含量，根据每种元素的含量以及历史精炼曲线获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例；历史精炼曲线中，在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，根据每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数。利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。本发明提高了不锈钢的生产效率以及纯净度。

Description

一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法

技术领域

本发明涉及合金冶炼技术领域，具体涉及一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法。

背景技术

高纯净度不锈钢通常应用于航空航天、石油化工、汽车、食品、医疗、通讯等领域。由于其应用的工况条件，对有害夹杂控制较一般材料严格许多，为解决不锈钢材料的纯净度问题，一般采用AOD精炼+电渣重熔进行生产，该方法生产成本高、对原材料要求高、生产效率低、成材率低，为了在得到高纯净度不锈钢的同时提高生产效率，需要去除电渣重熔过程，通过优化AOD精炼等过程来获得高纯净度不锈钢。

其中在AOD精炼时需要向钢水中补加镍、铬、钼等元素，在补加这些元素时需要对钢水搅拌和鼓入氮氧混合气，当搅拌速度和氮氧比例不合适时，可能导致需要多次补加以及补加的元素出现损耗，进而导致不锈钢净度不够高和生产效率降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法。

本发明的一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，所述生产工艺中包括AOD炉精炼过程，A0D精炼过程中向盛有钢水的AOD炉中补加若干种元素，并对钢水进行搅拌，同时向钢水中通入氮氧的混合气，在每次AOD炉精炼过程中，记录每种元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线；所有次AOD炉精炼过程中，所有元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线记为历史精炼曲线；

在当前的AOD炉精炼过程中，采样钢水并获取钢水中每种元素的含量，根据每种元素的含量以及历史精炼曲线获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，所述最佳搅拌速度和最佳氮氧比例是指每种元素变化率最大的采样时间下的搅拌速度和氮氧比例；

历史精炼曲线中，在所述最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，根据每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数；

利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。

优选的，所述获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，包括的具体步骤如下：

历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的每种元素的含量变化曲线，每种元素的含量变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为采样出的钢水中每种元素的含量；历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的搅拌速度变化曲线，搅拌速度变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为钢水的搅拌速度；历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的氮氧比例变化曲线，氮氧比例变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为氮氧的混合气中的氮氧比例；

在当前的AOD炉精炼过程中，钢水中每种元素的含量记为aa；

历史精炼曲线中，对于每种元素，获取与aa差异最小的若干个含量，所述差异最小的若干个含量对应的采样时间记为当前的AOD炉精炼过程中每种元素的参考采样时间；

任意一个参考采样时间记为t，采样时间t的上一个采样时间记为t1；每次AOD炉精炼过程中每种元素在采样时间t的含量记为ft；每种元素在采样时间t1的含量记为ft1，将作为当前的AOD炉精炼过程中在采样时间t下每种元素的变化率；

在所有次AOD炉精炼过程中的所有参考采样时间下，获取每种元素变化率最大的参考采样时间，将变化率最大的参考采样时间下的搅拌速度和氮氧比例记为每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例。

优选的，所述根据每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数，包括的具体步骤如下：

在历史精炼曲线中，每种元素的最佳搅拌速度和氮氧比所对应的采样时间记为tmax，采样时间tmax的上一个采样时间记为t0；采样时间tmax下每种元素的含量记为f1，采样时间t0下每种元素的含量记为ft0；每种元素的目标含量记为F1，损耗系数为。

优选的，所述利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例，包括的具体步骤如下：

损耗系数记为x，将exp(-x)作为每种元素的关注因子，将关注因子小于第一预设阈值tth1的元素记为待修正元素，待修正元素对应的损耗系数记为Q1；

根据待修正元素的含量以及历史精炼曲线获得每种待修正元素的次佳搅拌速度和次佳氮氧比例，所述次佳搅拌速度和次佳氮氧比例是指每种元素变化率次大的采样时间下的搅拌速度和氮氧比例；其中待修正元素的所述变化率的最大值记为q1，待修正元素的所述变化率的次大值记为q2；待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下的损耗系数，记为Q2；

根据w1以及待修正元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，以及次佳搅拌速度和次佳氮氧比例获得待修正元素的参考搅拌速度；

所有待修正元素的参考搅拌速度与待修正元素之外的其它元素的最佳搅拌速度求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度；将所有待修正元素的参考氮氧比例与待修正元素之外的其它元素的最佳氮氧比例求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的氮氧比例；

其中；exp（）表示以自然常数为底的指数函数。

优选的，所述根据w1以及待修正元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，以及次佳搅拌速度和次佳氮氧比例获得待修正元素的参考搅拌速度，包括的计算公式为：

待修正元素的参考搅拌速度vj=exp(-w1)×vj1+(1-exp(-w1))×vj0，其中vj0、vj1分别表示待修正元素的最佳搅拌速度和次佳搅拌速度；

待修正元素的参考氮氧比例vb=exp(-w1)×vb1+(1-exp(-w1))×vb0，其中vb0、vb1分别表示待修正元素的最佳氮氧比例和次佳氮氧比例。

优选的，所述AOD炉精炼过程中向钢水补加元素后，钢水中包括的元素以及所包括的元素的目标含量为：C的目标含量为0.035%、Si的目标含量为0.35%、Mn的目标含量为3.9%、P的目标含量≤0.024%、S的目标含量≤0.005%、Ni的目标含量为10.3%、Cr的目标含量为20.1%、Mo的目标含量为2.3%、N的目标含量为0.35%、Nb的目标含量为0.40%；

所述AOD炉精炼过程中，结合钢水中每种元素的起始含量以及目标含量，利用多次拉配法计算补加每种元素时每种元素的补加量，然后将合金配料倒入钢水中并进行搅拌；

所述合金配料中包含需要补加的每种元素，且合金配料中补加的元素的重量等于每种元素所需的补加量；

所述合金配料包括：高碳铬铁、Ni铁、纯镍以及钼铁；补加的元素包括Cr元素、Ni元素、Mo元素；其中高碳铬铁中包括60%的Cr元素，Ni铁中包括9%的Ni元素，纯镍中包括99%的Ni元素，钼铁中包括60%的Mo元素。

优选的，所述向钢水中通入氮氧的混合气时，当AOD炉的温度升温至1680℃之前，氮氧的混合气的氮氧比例设置为0.25；

所述所有次AOD炉精炼过程中，第一次到第n次AOD炉精炼过程中，当AOD炉的温度升温至1680℃之后，氮氧混合气中氮氧比例为w，w的获取方法为：在区间[1，4]内随机选择一个值作为w的取值；其中n为预设数值。

优选的，所述AOD炉精炼过程中，当钢水中C含量低于目标值时，向钢水中加入硅铁和99%的电解锰，去除残渣后补加65%的铌铁，并补加石灰500KG、萤石300KG进行造渣搅拌；搅拌时全部使用氮气，当温度到达1600~1620℃时钢水氮含量达到0.30%，当温度到达1560~1580℃时，钢水氮含量到达0.34%时出钢；硅铁和所述电解锰的补加量通过多从拉配法计算获得。

优选的，所述AOD炉精炼过程之后包括LF精炼，LF精炼过程中，通过氩气搅拌，并通过补加合金，使得钢水中的各种元素含量达到每种元素所需的目标含量，将钢水温度调1515-1525℃范围后进行铸造。

优选的，所述LF精炼过程之后是连铸，连铸过程中使用连铸机进行连铸，连铸过程中过热度与拉速匹配关系是：温度≥1458℃、过热度≥51℃时拉速设置为0.80M/MIN；温度处于1457~1452℃、过热度处于50~45℃时拉速设置为0.85M/MIN；温度处于1451~1447℃、过热度处于44~40℃时拉速设置为0.9M/MIN；温度处于1446~1442℃、过热度处于39~35℃时拉速设置为1.0M/MIN；温度处于1441~1437℃、过热度处于34~30℃时拉速设置为1.1M/MIN；温度≤1436℃、过热度≤29℃时拉速设置为1.2M/MIN。

本发明的技术方案的有益效果是：

本发明在当前的AOD炉精炼过程中，获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，以及每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数。利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。本发明在吹氧搅拌过程中，以合适的搅拌速度并配合合适的氮氧比例可以令补加的合金快速的混合均匀以及减少补加的次数，避免搅拌速度与氮氧比例不匹配时，导致补加的合金中的元素出现损耗，例如合金中的元素被氧化成炉渣，或者补加的合金中在尚未完全融化或者混合均匀时被氧化成炉渣或者被炉渣吸附，最终避免了经过多次补加才能使得补加的合金元素含量达到目标含量的情况，以及避免浪费合金配料，提高了最终的不锈钢的纯净度和生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法的具体方案。

实施例一：

本实施例给出一种高纯净度不锈钢的生产工艺，表1示出了本实施例所生产的不锈钢的目标成分及其含量，除了表1中的示出的元素外剩余的元素为Fe，该生产工艺如下：

步骤S1、选择配料。

选择合金品种、数量进行配料，均装入2~3个料罐。

其中选择的合金配料包括高碳铬铁、Ni铁以及纯镍，具体生产中根据所要生产的不锈钢的作用添加额外的其它合金配料，例如本实施中合金配料包括钼铁，用于增加不锈钢的耐腐蚀性和耐热性；再例如本实施中合金配料包括铌铁，用于改善不锈钢的高温性能。

本实施例以装入2个料罐为例进行叙述。作为一种示例，部分合金配料的数量以及金属元素含量如表2所示。

步骤S2、EAF炉初炼。

（1）通过料罐转运到EAF炉（电弧炉），将料罐中的合金送入EAF炉内。

（2）关闭EAF炉盖，合闸通电，利用电能将固态合金熔化成钢水。

（3）重复剩余料罐中合金送入炉内进行熔化。

（4）炉内温度达到1600℃以上，所有固态合金全部熔化后，停电并将钢水倒出到母液包进行转移。

步骤S3、AOD炉精炼。

（1）将母液包表面残渣去除。

（2）钢水倒入AOD炉（氩氧精炼炉）。

（3）取样确认成分，根据起始成分进行合金配算，确认补加合金。

作为一种示例，补加的合金中的元素包括：Ni、Cr、Mo、Nb、Mn。采用多次拉配法进行计算，使得Ni、Cr、Mo、Nb、Mn配算到目标要求。

作为一种示例，表3示出了钢水中每种元素的起始含量以及目标含量。本实施例中P的目标含量为0.024%、S的目标含量为0.005%。其它实施例为了进一步增加不锈钢的韧性，可以将P的目标含量和S的目标含量设置的更低，例如分别设置为0.02%、0.003%。

作为一种示例，当Mo的起始含量为0.06%，目标含量为2.3%时，采用多次拉配法进行计算和补加Mo元素的方法为：

本实施例中钢水总量为30吨；其中Mo元素需要增加2.24%；本实施例加入60%钼铁合金。需要加入钼铁合金重量为0.672/0.60=1.12吨。

当加入钼铁合金后，再次取样钢水进行化验，重新获取Mo的起始含量，重复上述过程，直至Mo的含量等于目标含量。

作为另一种示例，当Ni的起始含量为10.9%，目标含量为10.3%时，需要将Ni元素降低0.6%，也即需要减少0.18吨的Cr元素，计算需加入的低Ni原料量（例如9%的Ni铁），使Ni总量减少0.18吨。然后再次取样钢水进行化验，重新获取Ni的起始含量，本实施例使用电火花直读光谱（OES）获得钢水样品中的各种元素含量。重复上述过程，直至Ni的含量等于目标含量。需要说明的是，在补加Ni的过程中，补加Ni元素后，如果Ni的起始含量小于目标含量，此时需要补加高Ni原料，例如通过补加99%的纯镍，使得Ni含量达到目标含量。

总结而言，本实施例通过拉配法，将配算所需的纯镍（99%）、高铬（60%）、钼铁（60%）以及其它合金配料分多次加入炉内进行冶炼。并补加石灰2500KG进行造渣。

（4）在上述补加合金的同时，对钢水进行搅拌，使得补加的合金融化与均匀混合，本实施例使用物理搅拌方法进行搅拌。

（5）在上述补加合金的同时，向AOD炉内吹氧，需要说明的是，通过鼓入氮氧混合气的方法进行吹氧。其中AOD炉内温度达到1660~1680℃之前，以及AOD炉内温度达到1660~1680℃（目标温度）之后，氮氧混合气中的氮氧比例是不同的。本实施例中AOD炉内温度达到1680℃之前氮氧混合气中的氮气含量和氧气含量的比值设置为1:4，也即氮氧比例为0.25。当AOD炉内温度达到1680℃（目标温度）时以及之后，氮氧比例设置为1.0~4.0。

其它实施例中可当AOD炉内温度达到1660℃或者1670时改变氮氧比例。

（6）在上述的搅拌和吹氧过程中，钢水C含量逐步降低，对钢水进行多次取样，获得钢水中的C含量。

（7）当钢水中的C含量达到或低于目标含量时（目标含量如表3所示），加入硅铁进行搅拌还原，加入配算所需的电解锰（99%）。

作为一种示例，硅铁的补加方法是：

使用多次拉配法来补加硅铁，使得钢水中的样含量低于目标含量（例如0.004%）。多次拉配法的具体过程上述已经叙述，再次不再赘述。

作为另一个示例，硅铁的补加量的计算方法是：

使用氧分析仪器进行测量钢水中的总氧含量，包括钢水中的溶解氧和氧化物的氧含量。总氧量减去脱碳脱硅氧量得到氧化氧量；脱碳脱硅氧量是指在脱碳和脱硅过程中消耗的氧量。根据硅氧化学平衡计算去除掉氧化氧量时所需的总硅量，再加上合金化所需的硅量，得到总硅加入量，最后通过补加硅铁来加入相应的总硅加入量。

（8）去除钢水中的残渣，补加配算所需的铌铁（65%），并补加石灰500KG，萤石300KG进行造渣搅拌。

（9）在之后的冶炼搅拌过程全部使用氮气，当满足如下条件时出钢：温度到达1600~1620℃时，钢水氮含量达到0.30%，温度到达1560~1580℃时，钢水氮含量到达0.34%。

步骤S4、LF精炼。

（1）将A0D炉中的钢水转移到LF炉（钢包精炼炉），通过氩气搅拌和微量合金补加，使得钢水中的各元素微调至目标含量，各元素的目标含量见表3。

（2）通过氩气搅拌和电极通电，将钢水温度调整至1515~1525℃范围进行铸造，本实施例中温度调整至1520℃时进行铸造，其它实施例可调整至1515℃或1525℃时进行铸造。

步骤S5、连铸。

本实施例使用的铸造规格为220×220MM。也即在连铸工艺中，铸坯的截面是正方形，边长是220毫米。

使用连铸机对钢水进行连铸，在连铸工艺中需要以合适的拉速将铸坯从连铸机中拉出，

本实施例的拉速取决于钢水的温度和过热度。

本实施例中的拉速与过热度的匹配关系如表4所示。需要说明的是，表4中无法一一列举出每个温度和过热度下的拉速，其它实施例中使用的温度和过热度下不包含于表4中时，可以利用表4中的数据使用线性插值的方法获得其它温度和过热度下的拉速。线性插值是公知技术本实施例不进行具体赘述。

另外，连铸振动参数在连铸工艺中发挥着关键作用，通过合理的参数选择可以显著提高铸坯的质量和生产效率。其中连铸振动参数主要包括振幅S、频率F和负滑动时间Tn。

表示实际拉速，其值等于V，单位为M/MIN，V表示设定拉速（见表4），单位为M/MIN，h表示实际振幅，其值等于S。

本实施例中C1=1.8，C2=1.0，C3=70，C4=45，C5=0，。

连铸过程中结晶器水量为105立方米/H~115立方米/H，电磁搅拌时的电流和频率设置为首端200A/4HZ且连续搅拌。二次冷却时水量设置为0.2升每吨，分配比例为足辊44%，一段41%，二段15%。

连铸所包括的操作方式为：打开大包水口，将钢水放入烘烤后的中包，并加入覆盖剂和保温剂，并进行测温确认；打开塞棒，将钢流注入结晶器，待钢水浸磨浸入水口，加入保护渣，启动振动；缓慢提升拉速至与过热度匹配拉速。将钢坯从连铸机中拉出，根据长度需求通过火焰切割进行切割；切割后的坯料上冷床进行均匀冷却；收集区坯料通过吊具吊运至场地打堆冷却。

表1：不锈钢的目标成分及含量

表2：合金配料表

表3：元素起含量与目标含量表

表4：过热度与拉速匹配表

实施例二：

本实施例给出一种上述生产工艺的控制方法。

上述生产工艺中，在进行AOD炉精炼时，需要向钢水中多次补加合金，使得Ni、Cr、Mo等元素达到目标含量。同时通过对钢水搅拌使得加入的合金快速融化和混合均匀，同时向钢水中鼓入氮氧混合气降低C含量。这个过程中，合适的搅拌速度并配合合适的氮氧比例可以令补加的合金快速的混合均匀，以及减少补加的次数；如果搅拌速度与氮氧比例不匹配，会导致补加的合金中的元素出现损耗，例如合金中的元素被氧化成炉渣，或者补加的合金中在尚未完全融化或者尚未混合均匀时被氧化成炉渣或者被炉渣吸附，最终导致需要经过多次补加才能使得补加的合金元素含量达到目标含量，甚至影响最终的不锈钢的纯净度和生产效率。

本实施例的生产工艺的控制方法通过控制每次补加合金后的搅拌速度和氮氧比例，使得搅拌速度与氮氧比例相匹配，以保证补加的合金元素可以快速准确的达到目标含量，进而提高不锈钢的纯净度。如图1所示，该方法包括的步骤如下：

步骤S201、在每次AOD炉精炼过程中，记录每种元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线。所有次AOD炉精炼过程中，所记录的所有元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线记为历史精炼曲线。

每次A0D精炼过程中，需要进行多次钢水采样，用于获取Ni、Cr、Mo等元素的含量，每次钢水采样后，记录下每种元素的含量，以及钢水的采样时间，本实施例中的钢水采样时间精确到年月日时分秒，每次A0D精炼过程中的所有采样时间作为横坐标，每种元素的含量作为纵坐标。每次A0D精炼过程中的每种元素的含量构成一条含量变化曲线。本实施例中只记录所补加的元素的含量变化曲线即可。

同时记录下每个采样时间与前一个采样时间之间，钢水的搅拌速度和氮氧比例，当某一个采样时间没有前一个采样时间时不考虑该采样时间。每次A0D精炼过程中的搅拌速度构成一条搅拌速度变化曲线，每次A0D精炼过程中的氮氧比例构成一条氮氧比例变化曲线。

本实施例中相邻两次采样时间间隔为20分钟，其它实施例中可以人为的确定每次采样时间，本实施例不进行具体限定。

所有次AOD炉精炼过程中，所记录的所有元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线记为历史精炼曲线。

本实施例中，所有次AOD炉精炼过程中，第一次到第n次AOD炉精炼过程中，当AOD炉的温度升温至1680℃之后，上一次补加合金配料之后到下一次补加合金配料之前的一段时间内，氮氧混合气中氮氧比例为w，w的获取方法为：在区间[1，4]内随机选择一个值作为w的取值；其中n为预设数值，本实施以n=10为例进行叙述。第一次到第n次AOD炉精炼过程中，上一次补加合金配料之后到下一次补加合金配料之前的一段时间内，搅拌速度为p（表示每分钟转数），p的获取方法为：在区间[200，400]内随机选择一个值作为p的取值。

其它实施例中，所有次AOD炉精炼过程中，第一次到第n次AOD炉精炼过程中，当AOD炉的温度升温至1680℃之后，可以人为的根据具体冶炼过程设置或修改氮氧比例为和搅拌速度。

第n次AOD炉精炼过程之后的搅拌速度和氮氧比例，是依据前n次不同的搅拌速度和氮氧比例下的每种元素的含量变化并按照后续的方法计算的。

步骤S202、在当前的AOD炉精炼过程中，采样钢水并获取钢水中每种元素的含量，根据每种元素的含量以及历史精炼曲线获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例。

本实施例中每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例表示的是：两次补加合金之间的一段时间内，也即上一次补加合金配料之后到下一次补加合金配料之前的一段时间内，每种元素含量变化最快时所采用的搅拌速度和氮氧比例。

需要说明的是，由于本实施例主要针对的是吹氧去碳阶段所补加的合金配料，因此本实施例的每种元素是指吹氧去碳阶段所补加的合金配料中的元素。

作为一种示例，每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例的获取方法如下：

在当前的AOD炉精炼过程中，钢水中每种元素的含量记为aa；

历史精炼曲线中，对于每种元素，例如Cr、Ni、Mo元素中的每种元素，获取与aa差异（也即差值的绝对值）最小的若干个元素含量，所述差异最小的若干个元素含量对应的采样时间记为当前的AOD炉精炼过程中每种元素的参考采样时间；

任意一个参考采样时间记为t，采样时间t的上一个采样时间记为t1；每次AOD炉精炼过程中每种元素在采样时间t的含量记为ft；每种元素在采样时间t1的含量记为ft1，将作为当前的AOD炉精炼过程中在采样时间t下每种元素的变化率；

在所有次AOD炉精炼过程中的所有参考采样时间下，获取每种元素变化率最大的参考采样时间，将变化率最大的参考采样时间下的搅拌速度和氮氧比例记为每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例。

步骤S203、在历史精炼曲线中，根据每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数。

上述获得了每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，考虑到不同元素的每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例可能不同，因此无法直接根据所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例获取当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。

本实施例考虑到通过多次拉配法补加合金时，每次补加合金后，补加合金中的元素会由于搅拌速度和氮氧比例不合适，导致发生损耗，进而导致较少的合金补加次数无法使得元素达到目标含量，需要多次补加合金增加元素的含量（或者通过补加合金稀释元素的含量），最终不仅降低不锈钢的生产效率，还会导致元素无法等于目标含量的情况，进而使得生产出的不锈钢纯度不合格。

本实施例通过每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数来描述：在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下补加合金时元素的损耗情况。进而避免在当前AOD炉精炼过程中，钢水的搅拌速度和氮氧比例下合金元素存在明显损耗的情况。

作为一种示例，每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数的获取方法如下：

每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例所对应的采样时间记为tmax，采样时间tmax的上一个采样时间记为t0；在历史精炼曲线中，获取采样时间tmax下每种元素的含量，记为f1，采样时间t0下每种元素的含量记为ft0；每种元素的目标含量记为F1，其中F1由表3获得。

损耗系数。

越大，说明采样时间tmax时元素的含量没有明显的增长，越大，说明采样时间tmax时的元素含量与目标含量差别较大，此时损耗系数较大。

损耗系数越大，说明在历史AOD炉精炼过程中，每种元素通过拉配方法补加合金后，且在每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，即使加入所需的合金配料，在tmax时刻下取样出的钢水中，每种元素的含量与目标含量的差异依然较大，说明每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例依然会使得每种元素发生明显损耗。损耗系数越小，说明在历史AOD炉精炼过程中，每种元素通过拉配方法补加合金后，且在每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，加入所需的合金后，在tmax时刻下取样出的钢水中，每种元素的含量与目标含量的差异较小，说明每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例不会使得每种元素发生明显损耗。

步骤S204、利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。

当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例是指：在当前的AOD炉精炼过程中，经过钢水取样后，接下来对钢水的搅拌速度和鼓入的氮氧比例。在该搅拌速度和氮氧比例下，可以尽可能的使的补加的合金不发生损耗和快速融化与混合并且减少损耗。

作为一种示例，当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例的获取方法如下：

将exp(-x)作为每种元素的关注因子，对所有元素的关注因子进行归一化处理，本实施例使用softmax方法进行归一化处理，使得归一化处理后的关注因子之和等于1，将归一化处理后的关注因子作为每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例的权重，根据每种元素的权重对所有元素的最佳搅拌速度进行加权求和，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度；根据每种元素的权重对所有元素的最佳的氮氧比例进行加权求和，得到当前的AOD炉精炼过程中的氮氧比例。exp（）表示以自然常数为底的指数函数。

总结而言，本实施例在当前正在进行的AOD炉精炼过程，每采样一次钢水之后（采样钢水之后需要补加拉配方法所计算出的合金）即可获得下一次钢水取样之前对钢水的搅拌速度和氮氧比例。使得AOD炉精炼过程（具体来说应该是吹氧阶段的同时通过多次拉配补加合金的过程）能够自动化的改变或控制钢水的搅拌速度和氮氧混合气的氮氧比例，不仅可以使得元素含量快速变化，同时尽可能的减少元素的损耗，提高了不锈钢的生产效率并提高不锈钢纯度。

实施例三：

本本实施例给出另一种当前AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例的获取方法，具体过程如下：

当获取每种元素的归一化处理后的关注因子之后，将关注因子小于第一预设阈值th1的元素记为待修正元素，待修正元素对应的损耗系数记为Q1。本实施例以th1=0.5为例进行叙述，其它实施例中可将th1设置为其它值。

在所有次AOD炉精炼过程中（包括当前正在进行的AOD炉精炼过程）的所有采样时间下，获取待修正元素变化率第二大的采样时间，将变化率第二大的采样时间下的搅拌速度和氮氧比例记为待修正元素的次佳搅拌速度和次佳氮氧比例；

其中待修正元素的变化率的最大值记为q1，待修正元素的变化率的次大值记为q2。

获取待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下的损耗系数，记为Q2（与步骤S203同理）。

令，越大，说明待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下的损耗系数相对较大，且待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下所对应的元素变化率较小，此时待修正元素的次佳搅拌速度和次佳氮氧比例，相比于最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，不足以高效和低损耗的改变待修正元素的含量。越小，说明待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下的损耗系数相对较小，且待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下所对应的元素变化率较大，此时待修正元素的次佳搅拌速度和次佳氮氧比例，相比于最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，可以高效和低损耗的改变待修正元素的含量。

本实施例令待修正元素的参考搅拌速度vj=exp(-w1)×vj1+(1-exp(-w1))×vj0，其中vj0、vj1分别表示待修正元素的最佳搅拌速度和次佳搅拌速度。该公式使得w1越大时，令参考搅拌速度越趋近最佳搅拌速度，反之趋近次佳搅拌速度。

本实施例令待修正元素的参考氮氧比例vb=exp(-w1)×vb1+(1-exp(-w1))×vb0，其中vb0、vb1分别表示待修正元素的最佳氮氧比例和次佳氮氧比例。

本实施例将所有待修正元素的参考搅拌速度与其它元素的最佳搅拌速度求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度。将所有待修正元素的参考氮氧比例与其它元素的最佳氮氧比例求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的氮氧比例。

实施例四：

本实施例在实施例三的基础上，再给出一种当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例的获取方法：

将待修正元素的损耗系数更新为x1=exp(-w1)×Q2+(1-exp(-w1))×Q1。

在根据待修正元素的损耗系数重新获得待修正元素，也即根据待修正元素的损耗系数获得待修正元素的关注因子，并根据归一化后的关注因子重新获得待修正元素。

本实施例所重新获得的待修正元素包含于实施例三所获得的待修正元素中，属于实施例三所获得的待修正元素，但不属于本实施例所重新获得的待修正元素时，将这样的待修正元素不再标记为修正元素。

对于本实施例所重新获得的待修正元素，进行如下操作：执行实施例三中的方法，此时将实施例三中所述的“变化率第二大”以及“变化率的次大值”替换为变化率第三大的取值。将实施例三中的“最佳搅拌速度”、“最佳氮氧比例”替换为实施例三中的所获得的“参考搅拌速度”、“参考氮氧比例”，并重新得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。

本实施例的上述过程，通过令变化率的最大值、次大值、第三大的取值参与运算，逐步的减少修正元素的数量，使得当前的AOD炉精炼过程中，钢水的搅拌速度和氮氧比例能够尽可能的减少所有元素的损耗，而不是一味的追求元素的元素变化率最大，也即通过牺牲一部分生产效率来减少元素的损耗。

其它实施例中可以以此类推，重复执行实施例四中的方法，逐步的将变化率第四大的取值、变化率第五大的取值均参与计算，直至不存在待修正元素或者变化率最小的取值也参与运算后时停止。

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，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，所述生产工艺中包括AOD炉精炼过程，A0D精炼过程中向盛有钢水的AOD炉中补加若干种元素，并对钢水进行搅拌，同时向钢水中通入氮氧的混合气，其特征在于，在每次AOD炉精炼过程中，记录每种元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线；所有次AOD炉精炼过程中，所有元素的含量变化曲线、搅拌速度变化曲线以及氮氧比例变化曲线记为历史精炼曲线；

在当前的AOD炉精炼过程中，采样钢水并获取钢水中每种元素的含量，根据每种元素的含量以及历史精炼曲线获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，所述最佳搅拌速度和最佳氮氧比例是指每种元素变化率最大的采样时间下的搅拌速度和氮氧比例；

历史精炼曲线中，在所述最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下，根据每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数；

利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例。

2.根据权利要求1所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述获得每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，包括的具体步骤如下：

历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的每种元素的含量变化曲线，每种元素的含量变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为采样出的钢水中每种元素的含量；历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的搅拌速度变化曲线，搅拌速度变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为钢水的搅拌速度；历史精炼曲线包括每次AOD炉精炼过程中的氮氧比例变化曲线，氮氧比例变化曲线的横坐标为钢水的采样时间，纵坐标为氮氧的混合气中的氮氧比例；

在当前的AOD炉精炼过程中，钢水中每种元素的含量记为aa；

历史精炼曲线中，对于每种元素，获取与aa差异最小的若干个含量，所述差异最小的若干个含量对应的采样时间记为当前的AOD炉精炼过程中每种元素的参考采样时间；

任意一个参考采样时间记为t，采样时间t的上一个采样时间记为t1；每次AOD炉精炼过程中每种元素在采样时间t的含量记为ft；每种元素在采样时间t1的含量记为ft1，将作为当前的AOD炉精炼过程中在采样时间t下每种元素的变化率；

在所有次AOD炉精炼过程中的所有参考采样时间下，获取每种元素变化率最大的参考采样时间，将变化率最大的参考采样时间下的搅拌速度和氮氧比例记为每种元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例。

3.根据权利要求2所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述根据每种元素每次补加时的含量变化量，获得每种元素在最佳搅拌速度和最佳氮氧比例下的损耗系数，包括的具体步骤如下：

在历史精炼曲线中，每种元素的最佳搅拌速度和氮氧比所对应的采样时间记为tmax，采样时间tmax的上一个采样时间记为t0；采样时间tmax下每种元素的含量记为f1，采样时间t0下每种元素的含量记为ft0；每种元素的目标含量记为F1，损耗系数为。

4.根据权利要求1所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述利用所有元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例以及每种元素的所述损耗系数，获得当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度和氮氧比例，包括的具体步骤如下：

损耗系数记为x，将exp(-x)作为每种元素的关注因子，将关注因子小于第一预设阈值tth1的元素记为待修正元素，待修正元素对应的损耗系数记为Q1；

根据待修正元素的含量以及历史精炼曲线获得每种待修正元素的次佳搅拌速度和次佳氮氧比例，所述次佳搅拌速度和次佳氮氧比例是指每种元素变化率次大的采样时间下的搅拌速度和氮氧比例；其中待修正元素的所述变化率的最大值记为q1，待修正元素的所述变化率的次大值记为q2；待修正元素在次佳搅拌速度和次佳氮氧比例下的损耗系数，记为Q2；

根据w1以及待修正元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，以及次佳搅拌速度和次佳氮氧比例获得待修正元素的参考搅拌速度；

所有待修正元素的参考搅拌速度与待修正元素之外的其它元素的最佳搅拌速度求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的搅拌速度；将所有待修正元素的参考氮氧比例与待修正元素之外的其它元素的最佳氮氧比例求均值，得到当前的AOD炉精炼过程中钢水的氮氧比例；

其中；exp（）表示以自然常数为底的指数函数。

5.根据权利要求4所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述根据w1以及待修正元素的最佳搅拌速度和最佳氮氧比例，以及次佳搅拌速度和次佳氮氧比例获得待修正元素的参考搅拌速度，包括的计算公式为：

待修正元素的参考搅拌速度vj=exp(-w1)×vj1+(1-exp(-w1))×vj0，其中vj0、vj1分别表示待修正元素的最佳搅拌速度和次佳搅拌速度；

待修正元素的参考氮氧比例vb=exp(-w1)×vb1+(1-exp(-w1))×vb0，其中vb0、vb1分别表示待修正元素的最佳氮氧比例和次佳氮氧比例。

6.根据权利要求3所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述AOD炉精炼过程中向钢水补加元素后，钢水中包括的元素以及所包括的元素的目标含量为：C的目标含量为0.035%、Si的目标含量为0.35%、Mn的目标含量为3.9%、P的目标含量≤0.024%、S的目标含量≤0.005%、Ni的目标含量为10.3%、Cr的目标含量为20.1%、Mo的目标含量为2.3%、N的目标含量为0.35%、Nb的目标含量为0.40%；

所述AOD炉精炼过程中，结合钢水中每种元素的起始含量以及目标含量，利用多次拉配法计算补加每种元素时每种元素的补加量，然后将合金配料倒入钢水中并进行搅拌；

所述合金配料中包含需要补加的每种元素，且合金配料中补加的元素的重量等于每种元素所需的补加量；

所述合金配料包括：高碳铬铁、Ni铁、纯镍以及钼铁；补加的元素包括Cr元素、Ni元素、Mo元素；其中高碳铬铁中包括60%的Cr元素，Ni铁中包括9%的Ni元素，纯镍中包括99%的Ni元素，钼铁中包括60%的Mo元素。

7.根据权利要求1所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述向钢水中通入氮氧的混合气时，当AOD炉的温度升温至1680℃之前，氮氧的混合气的氮氧比例设置为0.25；

所述所有次AOD炉精炼过程中，第一次到第n次AOD炉精炼过程中，当AOD炉的温度升温至1680℃之后，氮氧混合气中氮氧比例为w，w的获取方法为：在区间[1，4]内随机选择一个值作为w的取值；其中n为预设数值。

8.根据权利要求1所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述AOD炉精炼过程中，当钢水中C含量低于目标值时，向钢水中加入硅铁和99%的电解锰，去除残渣后补加65%的铌铁，并补加石灰500KG、萤石300KG进行造渣搅拌；搅拌时全部使用氮气，当温度到达1600~1620℃时钢水氮含量达到0.30%，当温度到达1560~1580℃时，钢水氮含量到达0.34%时出钢；硅铁和所述电解锰的补加量通过多从拉配法计算获得。

9.根据权利要求5所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述AOD炉精炼过程之后包括LF精炼，LF精炼过程中，通过氩气搅拌，并通过补加合金，使得钢水中的各种元素含量达到每种元素所需的目标含量，将钢水温度调1515~1525℃范围后进行铸造。

10.根据权利要求9所述一种高纯净度不锈钢的生产工艺控制方法，其特征在于，所述LF精炼过程之后是连铸，连铸过程中使用连铸机进行连铸，连铸过程中过热度与拉速匹配关系是：温度≥1458℃、过热度≥51℃时拉速设置为0.80M/MIN；温度处于1457~1452℃、过热度处于50-45℃时拉速设置为0.85M/MIN；温度处于1451~1447℃、过热度处于44~40℃时拉速设置为0.9M/MIN；温度处于1446~1442℃、过热度处于39~35℃时拉速设置为1.0M/MIN；温度处于1441~1437℃、过热度处于34~30℃时拉速设置为1.1M/MIN；温度≤1436℃、过热度≤29℃时拉速设置为1.2M/MIN。