鋼水增氮方法與流程

2023-06-15 13:50:56

本發明涉及一種鋼水增氮方法，適用於lf高氮鋼冶煉，屬於鋼鐵冶金技術領域。

背景技術：

氮作為耐蝕性元素其使用價值己經得到了人們的重視。目前，氮在不鏽鋼生產領域得到了較好的應用和推廣，其加入量己高達1％以上。由於氮在低合金鋼中具有較低的固溶度，而且氮含量增加會產生時效硬化作用，因此，氮在耐候鋼領域應用並不廣泛。然而，高氮-釩聯合合金化以vn析出物形式改變氮的賦存狀態，不但消除氮的時效硬化不利影響，同時亦能改善釩的高溫析出行為，這對拓展氮在耐候鋼中的應用具有十分重要的意義。

然而高氮鋼液的增氮一直難度較大，尤其是氮在低合金鋼液中的溶解度低，底吹氮氣成本低，但是增氮速率低和氮穩收得率差；氮合金增氮雖然收得率高且穩定，但成本高。因此提高增氮速率、穩定收得率並且降低成本非常重要。

博士論文文獻(採用中空電極噴吹氣體的新型lf爐內冶金行為的基礎研究.東北大學,2010.)，主要是針對低氮鋼，通過lf的中空電極噴吹ar-h2、ar-ch4、ar-co2、ar-液化氣和ar-天然氣，生成等離子體，產生複雜物理化學反應，以降低熔池內w[c]、w[n]和w[h]含量，使鋼中氮含量處於合理範圍。然而，該文獻的中空電極是為了降低鋼中的氮含量。

專利文獻「一種rh真空處理過程中的脫氫增氮控制方法」，包括以下步驟：在lf精煉將鋼水合金成分調整至目標值後，在通過底吹n2或者餵入氮化矽絲線的方式將氮含量提高至150ppm～250ppm之間；鋼包到rh工位進行真空脫氣，使用n2作為提升氣體，使真空室的真空度維持在<100pa的條件下；在真空度0.012％，對不同氮含量要求的鋼種進行不同操作，達到均勻成分、增氮、經濟性、穩定性。

該專利在對氮含量較高的鋼種增氮時，採用底吹氬氣並添加固氮合金元素，增氮速率慢並且成本較高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種增氮速率快、成本低的鋼水增氮方法，適用於lf高氮鋼冶煉。

為解決上述技術問題本發明所採用的技術方案是：鋼水增氮方法，採用lf精煉，lf電極為貫穿的中空結構，使得氮氣能夠從電極頂端通過電極中心，由電極底部噴入鋼液面；lf電極的中空直徑優選為5mm～30mm；電極的中空結構頂部密封連接地設置有氮氣管道，氮氣管道可採用耐熱橡膠管；精煉時，通過電極頂部的氮氣管道往lf通入氮氣進行增氮。

在通過電極頂部的氮氣管道往lf通入氮氣時，優化工藝參數為：lf採用三相電弧加熱，冶煉初期，每支電極氮氣流量為5l/min～10l/min；冶煉中期，每支電極氮氣流量為15l/min～20l/min；增氮結束，電極內氮氣流量為零。

為進一步提高增氮效率，在通過電極頂部的氮氣管道往lf通入氮氣進行增氮的同時，在lf中採用底吹氮氣。

底吹氮氣的優化工藝為：底吹氮氣流量為50l/min～80l/min；增氮結束後，底吹氮氣切換為底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min～80l/min。

此外，每分鐘增氮總量控制為10ppm～40ppm，根據每分鐘增氮總量，確定吹氮時間。

本發明的有益效果是：研究表明，在熱力學角度氮在低合金鋼中的溶解度可達400ppm，但是由於氮的化學特性穩定，難以溶解到鋼水中，一般低合金鋼的氮含量100ppm。動力學研究表明，鋼液中氮的溶解分為三步：(1)氣體吸附在液體表面；(2)氣-液界面化學反應，生成氮離子；(3)反應產物向液體內部擴散。由於lf內攪拌效果好，一般認為第二步為氮溶解的限制性環節。

本發明採用lf中空電極吹氮，通過電弧物理作用，直接使氮氣形成等離子體，避免了上述的限制性環節，提高增氮速率、降低生產成本。同時與底吹氮氣相比，從中空電極吹氮，可以加大氮氣與電弧的接觸面積，並且合理控制氮氣的流量，更加有效的利用電弧的能量，產生更多的等離子體，促進氮的溶解。

本發明能顯著降低高氮鋼的冶煉時間和生產成本。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：