本发明涉及属于炼钢工艺，具体的涉及一种利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法。
背景技术：
1、中频炉(中频感应电炉)是工作频率在50～2000hz之间,广泛用于有色金属和黑色金属的熔炼炉，适用于高合金特种钢铁的冶炼。其自身产生的电磁搅拌是利用感应加热金属时，中频电源经交-直-交变频后的大电流经感应线圈产生强磁场，并由此产生很强的电磁力，被熔化的金属受到电磁力的作用产生搅拌。
2、然而，相较于气体搅拌，中频炉自身产生的电磁搅拌速度慢，均匀钢液效果差，最终引起钢液质量波动，导致产品质量降低。传统中频炉增强钢液搅拌的方式是增大电磁搅拌功率，然而，此方法会加重钢液对坩埚的冲刷，熔蚀缩短坩埚的使用寿命，进而增加冶炼成本。
3、为解决钢液搅拌效果差的难题，众多研究者提出增加底吹气体搅拌等措施，但目前未有人针对中频炉冶炼超纯净cr-ni-mo-v系钢液过程中，既保证高合金收得率，又增强钢液搅拌的双重目标提出可实施性方案。
4、cn108728607a专利中介绍了一种lf炉动态底吹co2-ar精炼方法及装置，其主要特征在于利用co2-ar混合气体实现钢液脱硫脱氮，但由于在传统lf精炼过程中，合金元素的添加均在钢液脱氧完成之后，因此在lf精炼过程利用co2并不适用于冶炼高合金成分钢尤其是超洁净cr-ni-mo-v系钢液。
5、cn112322839a专利中介绍了一种中频炉底吹氩脱气的方法，其主要特征在于在中频炉底部加装底吹装置，向钢液中底吹ar脱除钢液中的氮氢等有害气体元素，但由于ar为惰性气体，不与钢液发生反应，而co2可以与钢液中的碳发生氧化反应，生成两倍体积的co，因此，与底吹ar相比，底吹co2的搅拌效果更好，且更多气泡的生成更有利于钢液脱氮脱氢。此外，ar喷吹会大幅增加底吹气体成本。
6、cn116657046a专利中介绍了一种cr-ni-mo-v马氏体耐热钢及其制造方法，其主要特征在于采用vim+var双真空冶炼并浇注成铸锭，可生产出纯净度较高的crnimov系钢种，但由于其搅拌方式为电磁搅拌，因此其搅拌效果远不及附加底吹气体搅拌。此外，该方法生产效率较常规铸造更低。
7、为此，我们提出一种在中频炉增加底吹co2-ar气体的方法来冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液。
技术实现思路
1、针对现有中频炉在冶炼cr-ni-mo-v系钢液时，自身产生的电磁搅拌效果差，增大电磁搅拌功率致使钢液对坩埚冲刷加重，损害坩埚寿命的问题，本发明提供了一种利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，在中频炉冶炼过程中，采用co2和ar作为中频炉底吹介质，根据目标钢液成分要求分时段调整co2和ar的底吹流量，在保证钢液中合金元素高合金收得率的同时，强化熔池搅拌、均匀钢液成分；此外，利用co2代替部分ar进行底吹，降低ar消耗，降低冶炼成本。
2、为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
3、本发明的目的是提供一种利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，冶炼过程中采用中频炉冶炼系统，包括前期熔化阶段、中期混合底吹阶段、中期加料底吹阶段以及后期加料底吹阶段4个阶段；
4、根据钢液的原料组分配比，在前期熔化阶段，依次加入铁、钼铁、镍铁和35wt％的碳粉，控制中频炉冶炼系统基于钢液成分设定底吹ar流量，升温至1600℃至钢液成分完全熔化；
5、在中期混合底吹搅拌阶段，根据钢液中碳含量[％c]，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量；
6、在中期加料底吹阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]＜0.3时，依次加入铬铁，锰铁，硅铁，钒铁及40wt％碳粉，并利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量；
7、在后期加料底吹阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]＜0.5时，依次加入微量合金元素和25wt％碳粉，并利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量；
8、当目标碳含量[％c]为0.48～0.55，控制冶炼系统测定钢液各元素含量达到预期目标值，完成超洁净cr-ni-mo-v系钢液的冶炼。
9、进一步地，按质量百分数计，超洁净cr-ni-mo-v系钢液的组分配比为：
10、[％c]＝0.48～0.55；[％cr]＝4.90～5.40；[％ni]＝0.30～0.50；[％mo]＝0.30～0.50；[％v]＝0.10～0.20；[％mn]＝0.20～0.50；[％si]＝0.30～0.55；[％b]、[％nb]、[％zr]、[％co]微量元素均≤0.020，其余为纯铁。
11、进一步地，其特征在于，根据冶炼过程中，通过冶炼系统对产生烟气成分分析数据，计算冶炼过程钢液成分的脱碳量和碳含量，进而预测钢液成分，其中脱碳量的计算方法为：碳含量的计算方法为：其中δmc为脱碳量，单位g；mc为碳元素摩尔质量，单位g/mol；0.06为标准气体转换系数；q气体为混合气体的气体流量，单位nl/(min·t)；m钢液为钢液质量，单位t；βco为在线气相分析仪分析得出的co气体含量，单位％；mco为co气体摩尔体积，取22.4l/mol；；[％c]初始为钢液初始碳含量；[％c]当前为当前钢液实时碳含量。
12、进一步地，冶炼过程具体如下：
13、称取钢液的原料组分配比；
14、前期熔化阶段，利用冶炼系统对炉气气体成分及浓度进行测定，并将数据信息上传至控制系统，向炉内依次加入铁、钼铁、镍铁和35wt％的碳粉，控制中频炉冶炼系统基于钢液成分底吹ar流量，升温至1600℃至钢液成分完全熔化；
15、中期混合底吹搅拌阶段，根据钢液中碳含量[％c]，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，底吹co2-ar混合气体流量为12～15nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比60～80％；
16、中期加料底吹阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]＜0.3时，依次加入铬铁，锰铁，硅铁，钒铁及40wt％碳粉，并利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，底吹co2-ar混合气体流量为15～18nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比40～80％；
17、后期加料底吹阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]＜0.5时，依次加入微量合金元素和25wt％碳粉，并利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，底吹co2-ar混合气体流量为18～20nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比50～80％或0；
18、当目标碳含量[％c]为0.48-0.55，控制冶炼系统测定钢液各元素含量达到预期目标值，完成超洁净cr-ni-mo-v系钢液的冶炼。
19、进一步地，在前期熔化阶段，ar的底吹流量为3～5nl/(min·t)。
20、进一步地，在中期混合底吹搅拌阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，具体步骤如下：
21、当[％c]≥1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为12～15nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比80％；
22、当0.6≤[％c]＜1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为12～15nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比70％；
23、当[％c]＜0.6时，底吹co2-ar混合气体流量为12～15nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比60％。
24、进一步地，在中期加料底吹阶段，利用监测系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，具体步骤如下：
25、当[％c]≥1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为15～18nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比80％；
26、当0.6≤[％c]＜1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为15～18nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比60％；
27、当[％c]＜0.6时，底吹co2-ar混合气体流量为15～18nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比40％。
28、进一步地，在后期加料底吹阶段，利用监测系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量；具体步骤如下：
29、当[％c]≥1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为18～20nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比80％；
30、当0.55≤[％c]＜1.0时，底吹co2-ar混合气体流量为18～20nl/(min·t)，底吹混合气体中co2气体占比50％；
31、当[％c]＜0.55时，底吹气体流量为18～20nl/(min·t)，且底吹气体为纯ar喷吹。
32、进一步地，冶炼过程中，采用的中频炉冶炼系统包括计算机及控制系统、在线气体分析仪、烟尘过滤器、中频炉、流量控制仪、co2气瓶和ar气瓶；所述中频炉的底部设有底吹喷嘴，所述底吹喷嘴通过输气管道与所述流量控制仪连接，所述co2气瓶和ar气瓶分别通过一个进气管道与流量控制仪连接，所述流量控制仪与计算机及控制系统连接，所述中频炉的上端设有气体流动管，所述气体流动管连接所述烟尘过滤器，所述烟尘过滤器连接在线气体分析仪，所述在线气体分析仪连接所述计算机及控制系统。
33、进一步地，冶炼过程中，所述在线气体分析仪用于实时分析炉气气体成分及浓度，并将其数据传送至计算机及控制系统，所述计算机及控制系统用于对中频炉内的气体成分及浓度及底吹气体流量预测钢液中碳含量变化，并并根据钢液中的碳含量变化控制流量控制仪的气体混合比例及喷吹流量；所述中频炉用于冶炼合金。
34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
35、本发明适用于10kg-50t中频炉冶炼超纯净cr-ni-mo-v系钢液过程。通过本发明可强化钢液搅拌，使钢液成分及温度更加均匀，同时，保证了钢液中合金元素的收得率，进一步改善钢液质量，并实现了co2温室气体在中频炉冶炼过程中的有效利用，同时气体搅拌的加入缩短了冶炼周期，提高了生产效率。
1.一种利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，冶炼过程中采用中频炉冶炼系统，包括前期熔化阶段、中期混合底吹阶段、中期加料底吹阶段以及后期加料底吹阶段4个阶段；
2.根据权利要求1所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，按质量百分数计，超洁净cr-ni-mo-v系钢液的组分配比为：
3.根据权利要求1所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，根据冶炼过程中，通过冶炼系统对产生烟气成分分析数据，计算冶炼过程钢液成分的脱碳量和碳含量，进而预测钢液成分，其中脱碳量的计算方法为：碳含量的计算方法为：其中δmc为脱碳量，单位g；mc为碳元素摩尔质量，单位g/mol；0.06为标准气体转换系数；q气体为混合气体的气体流量，单位nl/(min·t)；m钢液为钢液质量，单位t；βco为在线气相分析仪分析得出的co气体含量，单位％；mco为co气体摩尔体积，取22.4l/mol；；[％c]初始为钢液初始碳含量；[％c]当前为当前钢液实时碳含量。
4.根据权利要求1所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，冶炼过程具体如下：
5.根据权利要求4所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，在前期熔化阶段，ar的底吹流量为3～5nl/(min·t)。
6.根据权利要求4所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v钢液的方法，其特征在于，在中期混合底吹搅拌阶段，利用冶炼系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，具体步骤如下：
7.根据权利要求4所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，在中期加料底吹阶段，利用监测系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量，具体步骤如下：
8.根据权利要求4所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，在后期加料底吹阶段，利用监测系统测定的钢液中碳含量[％c]来实时调控底吹气体混合比例及喷吹流量；具体步骤如下：
9.根据权利要求1所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，冶炼过程中，采用的中频炉冶炼系统包括计算机及控制系统(1)、在线气体分析仪(2)、烟尘过滤器(3)、中频炉(4)、流量控制仪(5)、co2气瓶(6)和ar气瓶(7)；所述中频炉(4)的底部设有底吹喷嘴，所述底吹喷嘴通过输气管道与所述流量控制仪(5)连接，所述co2气瓶(6)和ar气瓶(7)分别通过一个进气管道与流量控制仪(5)连接，所述流量控制仪(5)与计算机及控制系统(1)连接，所述中频炉(4)的上端设有气体流动管，所述气体流动管连接所述烟尘过滤器(3)，所述烟尘过滤器(3)连接在线气体分析仪(2)，所述在线气体分析仪(2)连接所述计算机及控制系统(1)。
10.根据权利要求9所述的利用co2-ar冶炼超洁净cr-ni-mo-v系钢液的方法，其特征在于，冶炼过程中，所述在线气体分析仪(2)用于实时分析炉气气体成分及浓度，并将其数据传送至计算机及控制系统(1)，所述计算机及控制系统(1)用于对中频炉(4)内的气体成分及浓度及底吹气体流量预测钢液中碳含量变化，并并根据钢液中的碳含量变化控制流量控制仪(5)的气体混合比例及喷吹流量；所述中频炉(4)用于冶炼合金。
