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氮对不锈钢的性能有重要影响，氮在不锈钢钢液中的行为及其在冶炼过程中的精确控制技术是目前不锈钢生产工艺的前沿热点。本文利用冶金热力学和动力学的理论和研究方法，结合宝钢股份不锈钢事业部对典型不锈钢产品的控制要求和冶炼工艺路线，研究了氮在奥氏体不锈钢(304、301S和301L)和铁素体不锈钢(409L、439)冶炼过程中的精确控制技术，分析了实际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，并采用VB程序设计开发出了氮在不锈钢熔体中溶解度的计算模型、AOD工位的渗氮和脱氮模型、LTS工位的渗氮模型，同时结合实验室热模拟实验和现场半工业试验对相关模型进行了验证，为典型不锈钢实际生产过程中氮含量的控制精度提供依据。 在实验室条件下，氮在奥氏体不锈钢中溶解行为的研究表明，温度越高，氮的溶解度越小，而不同温度下氮在钢水中的溶解度随氮分压的提高逐渐增大。采用联合控制理论建立的不锈钢钢水中的渗氮和脱氮动力学的模型计算与实际数据吻合较好，其计算绝对误差均小于0.01％，相对误差分别小于10％和15％，模型精度较高。 现场的奥氏体不锈钢的半工业试验表明，不锈钢钢水中碳的含量越高，氮在钢水中的溶解度越小。奥氏体不锈钢氮溶解度的热力学计算模型精度较高，与现场试验结果的绝对误差小于0.004％。而采用联合控制理论开发出的渗氮和脱氮动力学模型与实际试验数据吻合较好，其绝对误差分别小于0.01％和0.002％，模型的计算精度较高。 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。工业试验结果表明，在全部72炉数据中，脱硫期氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在-0.01％～+0.01％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00Cr19Ni10五个钢种的88炉数据来看，氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在-0.006％～+0.06％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。 本课题还研究了铁素体不锈钢钢液氮含量精确控制技术，建立了VOD冶炼铁素体不锈钢脱氮理论数学模型。结合温度计算模型和其它化学反应的计算，模拟了VOD脱氮过程，探索VOD脱氮机理及氮含量变化规律，分析工艺制度对脱氮的影响。在此基础上，结合现场冶炼条件，提出了冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺改进措施。 针对铁素体不锈钢，分析了冶炼工艺过程中的脱氮的微观动力学，在此基础上建立脱氮模型研究VOD脱氮过程。对精炼过程进行数学模拟研究，基于PHOENICS计算软件，对该模型作了数值求解。 在500kg真空感应炉进行了超纯铁素体不锈钢的冶炼实验，实验发现真空度、搅拌强度对脱碳和脱氮的影响非常大;无论是一般真空条件还是高真空条件，铬含量对脱氮的影响很大，而一般真空条件下铬含量对脱碳影响不显著，高真空条件下铬含量对脱碳影响显著。 基于相关的研究开发了VOD冶炼的最佳初始条件设定技术，此项技术通过研究VOD初始条件对冶炼效果的影响，对初始条件进行了优化设定。同时还开发了真空脱硫技术、LF炉处理低碳、氮铁素体不锈钢的保温控制技术，使LF炉升温保温过程中的增碳和渗氮大幅度降低，保证了连浇炉数。 通过上述对不锈钢钢液氮含量精确控制技术研究，建立了钢水中氮的溶解度计算模型、AOD的渗氮和脱氮模型、LTS的渗氮和脱氮模型、VOD的脱氮模型，对现有的生产工艺提出了改进措施，建立了相应的控制工艺，最终不锈钢钢液氮含量得到精确控制，提高了不锈钢钢水炼成率，降低了生产成本。