專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含氮純凈鋼的增氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)合金鋼的增氮方法，尤其涉及一種含氮純凈鋼的 增氮方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)鋼的有害雜質(zhì)元素或有害氣體的含量，合金鋼可分為普通合金 鋼、純凈合金鋼(以下稱(chēng)純凈鋼)。與普通合金鋼的冶煉工藝相比，純凈鋼
冶煉要求B類(lèi)夾雜《1.5級(jí)，C類(lèi)夾雜二0級(jí)，冶煉的要求非常高。
根據(jù)鋼的用途特性，某些鋼中需要有一定的氮含量。例如在雙相 不銹鋼中，作為奧氏體相形成元素的N有重要作用在焊接接頭熱影響區(qū) 快速冷卻時(shí)，N促進(jìn)了高溫下形成的鐵素體逆轉(zhuǎn)變?yōu)樽銐虻亩螉W氏體以 維持必要的相平衡，提高接頭的耐蝕性；N可以提高富氮奧氏體相的耐孔
蝕能力，與富Cr 、 Mo的鐵素體相取得平衡，提高了材料整體的耐孔蝕性 能；N能減輕Cr 、 Ni等元素在兩相中分布的差異，降低選擇腐蝕的傾向 性。而在煉鋼過(guò)程中，經(jīng)過(guò)精煉的鋼液氮含量通常非常低，需要加入一定 量的氮，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
現(xiàn)有技術(shù)中，在合金鋼中增氮的方式有二種(1) 一種是添加固態(tài)
含氮合金在煉鋼過(guò)程精煉后期向液態(tài)鋼液加入貴重的固態(tài)含氮合金，含
氮合金中的氮元素被鋼液吸收，而使鋼液達(dá)到一定的氮含量；該增氮方式 的不足之處在于鋼冶煉成本高，且鋼的氮吸收穩(wěn)定性差，易導(dǎo)致鋼液中
的氮含量波動(dòng)大，甚至氮的成分超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。(2)另一種方式是向鋼
液中吹入氮?dú)猓獨(dú)庵械牟糠值乇讳撘何?，而使鋼液達(dá)到一定的氮
含量；該增氮方式經(jīng)濟(jì)實(shí)用，N在合金鋼鋼液中有一定的溶解度，氮?dú)獾?價(jià)格也比較便宜，冶煉成本較低；不足之處在于在吹完氮?dú)夂?，鋼液?凈度較差，不滿足純凈鋼要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含氮純凈鋼的增氮方法，該方法可以在較 低的成本下增加鋼液中的氮?dú)饬浚瑫r(shí)又能滿足純凈合金鋼鋼液對(duì)其純凈 度的要求。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一種含氮純凈鋼的增氮方法，包括下列步驟: 在含氮純凈鋼鋼液二次精煉的末期，采用鋼包底吹氮?dú)獾姆椒?，?duì)鋼包內(nèi)
鋼液進(jìn)行增氮；結(jié)束吹氮后，向鋼液吹入氬氣，對(duì)鋼液進(jìn)行清洗。氮?dú)夂?br> 氬氣分別以?xún)筛艿劳ㄈ脘摪住?br> 吹入氮?dú)獾臅r(shí)間t2為
其中tl為3-8之間的任意一數(shù)值； X0:鋼液原始氮含量； XI:過(guò)了 tl時(shí)間后鋼液中的氮含量； X2:目標(biāo)氮含量； Xe:氮平衡溶解度. 吹入的氮?dú)饧兌葹?9.5%，壓力為0.4 1.0Mpa。氬氣純度為99.99%, 壓力為《0.5Mpa。氮?dú)夂蜌鍤夥謩e以?xún)筛艿劳ㄈ脘摪住?br> 在原有的鋼包單路系統(tǒng)上，增加一條吹氮?dú)夤苈?，形成二條分管路， 即氬氣分管路和氮?dú)夥止苈罚⒑喜⒊梢粭l總管路的管路系統(tǒng)。分管路設(shè) 置開(kāi)關(guān)閥及壓力表，連通鋼包底部透氣磚的總管路上有減壓閥。 向鋼液吹入氮?dú)猓还I(yè)氮壓力0.4 1.0Mpa，純度》99.5%。 吹氮?dú)膺^(guò)程操作步驟是
(1) 開(kāi)吹前先分析鋼液原始氮含量xO。
(2) 關(guān)閉氬氣分路開(kāi)關(guān)閥，打開(kāi)氮?dú)夥致烽_(kāi)關(guān)閥對(duì)鋼液吹氮?dú)庠龅?并控制氮?dú)鈮毫愣≒ (可以為任意值，只需過(guò)程保持恒定即可)，計(jì)時(shí)。
(3) —段時(shí)間tl后(tl為3 8min內(nèi)的任一時(shí)間)，分析鋼液氮含 量xl，并根據(jù)P、 tl、 x0、 xl、目標(biāo)氮含量x2及氮平衡溶解度xe計(jì)算吹 氮總時(shí)間t2。 Xe為鋼種特性值，可由通用的冶金手冊(cè)査到。
(4) 保持壓力恒定的條件下，吹氮總時(shí)間達(dá)到t2后關(guān)閉氮?dú)夥致穾?關(guān)閥，結(jié)束吹氮。
氬氣要求使用純氬，壓力0 0.5Mpa，純度》99.99%;
結(jié)束吹氮后，立刻向鋼液吹入氬氣對(duì)鋼液清洗，使鋼液純凈化，采用 鋼包底吹氮?dú)夂蟮匿撘?，鋼液純凈度較差，必須經(jīng)過(guò)氬氣弱攪拌清洗。
氬氣弱攪拌壓力《0.15Mpa，且鋼水不露出渣面。氬氣弱攪拌時(shí)間(t3) 控制10 20min弱攪拌畢即可澆注。
與現(xiàn)有的增氮方式相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)-
生產(chǎn)成本低。與傳統(tǒng)加入高價(jià)合金增氮方法對(duì)比，使用本發(fā)明的方法 可下降成本80元/t。
氮更容易控制。使用本發(fā)明的方法，成品氮含量可控制在目標(biāo)值的 0.95 1.05倍范圍內(nèi)。
鋼液更純凈。使用加入含氮合金增氮，容易把合金中的雜質(zhì)帶入鋼液， 污染鋼液；同時(shí)加入含氮合金后用于均勻的強(qiáng)攪拌也容易使鋼液再氧化。 如單吹入氮?dú)獠唤?jīng)氬氣清洗，鋼液將富含氧化物夾雜，形成缺陷，無(wú)法生 產(chǎn)出純凈鋼材，本發(fā)明所使用的方法可生產(chǎn)出B類(lèi)夾雜《1.5級(jí)，C類(lèi)夾 雜O級(jí)的純凈鋼材。


圖1為本發(fā)明的鋼包底吹氮?dú)夂蜌鍤獾墓苈穲D。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
含氮鋼種經(jīng)100t電爐處理、100t鋼包爐精煉及VD真空脫氣處理后， 鋼液中氮為0.012% (標(biāo)準(zhǔn)氮要求0.03% 0.06%，目標(biāo)0.045%)，其他化
學(xué)成分均已合格。
如圖1，鋼包底吹系統(tǒng)為裝有兩條分管路的管路系統(tǒng)，在原有的鋼包 單路系統(tǒng)上，增加一條吹氮?dú)夤苈?，形成二條分管路，即氬氣分管路l和 氮?dú)夥止苈?，并合并成一條總管路的管路系統(tǒng)。分管路設(shè)置開(kāi)關(guān)閥及壓 力表3，連通鋼包4底部透氣磚41的總管路上有減壓閥5。
檢査氣體原始?jí)毫?，純氬壓力?.5Mpa，純度99.99%;工業(yè)氮 壓力0.8Mpa，純度99.5%。
第一步，關(guān)閉氬氣，分析氮含量^=0.012%，開(kāi)始吹氮?dú)猓ㄟ^(guò)減壓 閥控制吹入鋼包氮?dú)鈮毫?.55Mpa，査冶金手冊(cè)，該成分鋼種的Xe為 0.2369% (Xe為鋼種平衡溶解度，可根據(jù)化學(xué)成分及壓力兩個(gè)參數(shù)即可查
得。具體鋼種均可由通用冶金手冊(cè)查得數(shù)據(jù))，并計(jì)時(shí)。 第二步，吹6min后取樣，分析氮xl-0.017X。
第三步，目標(biāo)氮0.045%，通過(guò)公式計(jì)算得出t2=41min，故吹至41分 鐘結(jié)束吹氮。
第四步，關(guān)閉氮?dú)忾y結(jié)束吹氮，同時(shí)打開(kāi)氬氣閥吹氬清洗，同時(shí)調(diào)整 減壓閥控制氮?dú)鈮毫?.10Mpa，清洗時(shí)間15min。 最后測(cè)得成品氮含量0.046% 。
實(shí)施例2
含氮鋼種經(jīng)100t電爐處理、100t鋼包爐精煉及VD真空脫氣處理后， 測(cè)得鋼液中氮為0.015% (標(biāo)準(zhǔn)氮要求0.03% 0.06°/0，目標(biāo)0.040%)，其 他化學(xué)成分均已合格。
還是使用如圖1的的具有兩條分管路的管路系統(tǒng)， 一條吹氮?dú)夤苈罚?一條吹氬氣管路，檢查氣體原始?jí)毫?，純氬壓力?.4Mpa，純度99.99 %;工業(yè)氮壓力0.4Mpa，純度99.5%。
第一步，關(guān)閉氬氣，分析氮含量乂0=0.015%，開(kāi)始吹氮?dú)?，通過(guò)減壓 閥控制吹入鋼包氮?dú)鈮毫?.45Mpa，査冶金手冊(cè)，該成分鋼種的Xe為 0.2143% (Xe為鋼種平衡溶解度，可根據(jù)化學(xué)成分及壓力兩個(gè)參數(shù)即可査 得。具體鋼種均可由通用冶金手冊(cè)査得數(shù)據(jù))，并計(jì)時(shí)。
第二步，吹3min后取樣，分析氮乂1=0.019%。
第三步，目標(biāo)氮0.040%，通過(guò)公式計(jì)算得出t2=19min，故吹至19分 鐘結(jié)束吹氮。
第四步，關(guān)閉氮?dú)忾y結(jié)束吹氮，同時(shí)打開(kāi)氬氣閥吹氬清洗，同時(shí)調(diào)整 減壓閥控制氮?dú)鈮毫?.10Mpa，清洗時(shí)間20min。 最后測(cè)得成品氮含量0.039% 。
實(shí)施例3含氮鋼種經(jīng)60t電爐處理、60t鋼包爐精煉及VD真空脫氣處理后，測(cè) 得鋼液中氮為0.014% (標(biāo)準(zhǔn)氮要求0.03% 0.06%，目標(biāo)0.045%)，其他 化學(xué)成分均已合格。
還是使用如圖1的的具有兩條分管路的管路系統(tǒng)， 一條吹氮?dú)夤苈罚?一條吹氬氣管路，檢查氣體原始?jí)毫?，純氬壓力?.3Mpa，純度99.99 %;工業(yè)氮壓力l.OMpa，純度99.5%。
第一步，關(guān)閉氬氣，分析氮含量xO-0.014X，開(kāi)始吹氮?dú)?，通過(guò)減壓 閥控制吹入鋼包氮?dú)鈮毫?.50Mpa，査冶金手冊(cè)，該成分鋼種的Xe為 0.2259% (Xe為鋼種平衡溶解度，可根據(jù)化學(xué)成分及壓力兩個(gè)參數(shù)即可查 得。具體鋼種均可由通用冶金手冊(cè)查得數(shù)據(jù))，并計(jì)時(shí)。
第二步，吹3min后取樣，分析氮xl-0.018X。
第三步，目標(biāo)氮0.045%，通過(guò)公式計(jì)算得出t2=23min，故吹至23分 鐘結(jié)束吹氮。
第四步，關(guān)閉氮?dú)忾y結(jié)束吹氮，同時(shí)打開(kāi)氬氣閥吹氬清洗，同時(shí)調(diào)整 減壓閥控制氮?dú)鈮毫.lOMpa，清洗時(shí)間17min。 最后測(cè)得成品氮含量0.045%。
實(shí)施本發(fā)明專(zhuān)利生產(chǎn)出的鋼種，經(jīng)模鑄大鋼錠其夾雜物水平B類(lèi)夾雜 1.5級(jí)，C類(lèi)夾雜0級(jí)，達(dá)到純凈鋼材要求。
權(quán)利要求
1.一種含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于，包括下列步驟在含氮純凈鋼鋼液二次精煉的末期，采用鋼包底吹氮?dú)獾姆椒?，?duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行增氮；結(jié)束吹氮后，向鋼液吹入氬氣，對(duì)鋼液進(jìn)行清洗。
2. 如權(quán)利要求l所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于氮?dú)夂蜌?氣分別以?xún)筛艿劳ㄈ脘摪住?br> 3. 如權(quán)利要求1或2所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于吹氮?dú)獾姆椒ň唧w步驟為開(kāi)吹前先分析鋼液原始氮含量;關(guān)閉氬氣分路開(kāi) 關(guān)閥，打開(kāi)氮?dú)夥致烽_(kāi)關(guān)閥對(duì)鋼液吹氮?dú)庠龅⒖刂频獨(dú)鈮毫愣ǎ?吹氮一段時(shí)間t2后關(guān)閉氮?dú)夥致烽_(kāi)關(guān)閥，結(jié)束吹氮。
4. 如權(quán)利要求1所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于吹入氮?dú)?的時(shí)間t2為f2^1x ^一"其中tl為3 8之間的任意一數(shù)值；X0:鋼液原始氮含量；XI:過(guò)了 tl時(shí)伺后鋼液中的氮含量；X2:目標(biāo)氮含量；Xe:氮平衡溶解度.
5. 如權(quán)利要求l所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于在吹N后再向鋼液吹入氬氣的時(shí)間為10 20分鐘。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于向鋼液吹入的氮?dú)饧兌葹?9.5°/。，壓力為0.4 1.0Mpa。
7. 如權(quán)利要求l或2所述的含氮純凈鋼的增氮方法，其特征在于向鋼 液吹入的氬氣純度為99.99%,壓力為《0.5Mpa。
全文摘要
一種含氮純凈鋼的增氮方法，包括下列步驟在含氮純凈鋼鋼液二次精煉的末期，采用鋼包底吹氮?dú)獾姆椒?，?duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行增氮；結(jié)束吹氮后，立刻向鋼液吹入氬氣，對(duì)鋼液進(jìn)行清洗。氮?dú)夂蜌鍤夥謩e以?xún)筛艿劳ㄈ脘摪?。本發(fā)明在吹入氮?dú)夂蟠等霘鍤馇逑矗逛撘旱膴A雜物被去除生產(chǎn)出純凈鋼材，并且該方法可以在較低的成本下增加鋼液中的含氮量，同時(shí)滿足純凈合金鋼鋼液對(duì)其純凈度的要求。
文檔編號(hào)C22C33/04GK101168817SQ20061011752
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者劉軍占, 俊 廖, 俊 林, 陳曉文, 陳錫民 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司