一種熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法
2023-07-23 21:53:01
專利名稱：一種熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法
技術領域：
本發明提供一種熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法。
背景技術：
ITERdnternational Thermonuclear Experimental Reactor MUfMMM^^^lt 堆)是歐盟、美國、中國、日本、俄羅斯、印度、韓國七個國家地區參加的新型熱核聚變實驗堆項目，其需求的含氮不鏽鋼氮含量在0. 06% -0. 25%範圍，現有的熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法採用合金增氮的方法，容易引起鋼水夾雜物含量高且氮含量難以控制到目標範圍內。
發明內容
為了克服現有熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法的上述不足，本發明提供一種氮含量容易控制到目標範圍內的熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法。本發明提供一種AOD爐、LF爐聯合生產該項目用含氮不鏽鋼的工藝方法，可以使氮含量控制到要求的目標範圍內。ITER項目用的主要含氮不鏽鋼材料成分重量百分比如下0 < C 彡 0. 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -22. 50 % ；Ni 10. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 25% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質。針對ITER計劃用鋼氮含量控制要求，採用AOD、LF不鏽鋼冶煉設備進行冶煉。如電爐+A0D+LF爐冶煉法、轉爐+A0D+LF冶煉法，控制鋼水中氮含量。本熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法包括下述依次的步驟I將電爐、中頻感應爐或轉爐冶煉後，滿足AOD爐要求的鋼水，倒入AOD爐進行冶太東。II AOD爐氮成分控制工藝AOD爐鋼水採用氮氣、氧氣混合吹入或只吹氮氣進行冶煉，在AOD爐造渣、調整成分、調整溫度、還原。出鋼前(時間按照式(1)計算的需要吹氬量，除以出鋼前吹氬流量，即可得出出鋼前多長時間開始吹氬)，只吹氬氣進行攪拌，氬氣吹入量目標值(Y值)，按照以下⑴式計算Υ=17·5θ_0 002Χ (1)式中Χ—產品目標氮含量，ppm(百萬分之一)。Y——吹入鋼水氬氣量，立方米/噸鋼。實際吹入氬氣量可以在目標值的基礎上波動Y士0. 15立方米/噸鋼。AOD爐造渣、調整成分、調整溫度、還原操作，與目前AOD爐冶煉不鏽鋼造渣、調整成分、調整溫度、還原工藝相同。III LF 工藝
鋼水倒入LF爐中，當鋼水氮含量在目標範圍要求時(鋼水中NO. 06% -0. 25% )； LF底吹氮氣流量控制在0. 2-1. 0升/分鐘·噸鋼，當氮含量低於目標要求時，LF爐底吹氮氣進行增氮，吹氮氣增加氮量，按下(2)式計算W = K+(2. OXm) (2)式中K——產品需增氮含量值，ppm(百萬分之一)。
m——吹氮氣時間，分鐘；W——吹入鋼水的氮氣流量，升/分鐘 噸。
其中吹入鋼水的氮氣流量(W值)最佳控制在2. 5-6. 0升/分鐘·噸鋼。鋼水的成分的重量百分比達下述要求時出鋼0 < C 彡 0. 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -22. 50 % ；Ni 10. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 25% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質。IV出鋼澆注鋼錠澆注、連鑄坯的工藝與一般不鏽鋼澆注鋼錠、連鑄坯生產工藝相同。上述的熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，其特徵是在步驟III LF工藝中，鋼水的成分的質量百分比達下述要求時出鋼0 < C 彡 0. 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -18. 50 % ；Ni 10. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 05 % ；N 0. 12% -0. 17% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質。上述的熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，其特徵是在步驟III LF工藝中，鋼水的成分的質量百分比達下述要求時出鋼0 < C 彡 0. 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -18. 00 % ；Ni 11. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -2. 50 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 08% ；0 < Nb彡0. 10% ；0 < Ta彡0. 10% ；其餘為Fe和不可避免的雜質。本熱核聚變堆用不鏽鋼增氮的方法生產的氮不鏽鋼產品，氮含量可以準確地控制在要求範圍之內，避免引起鋼水夾雜物含量高。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明ITER項目用含氮不鏽鋼增氮方法進行詳細說明，但本發明的具體實施方式
不局限於下述的實施例。實施例一本實施例的不鏽鋼鋼種為316LN，其成分的質量百分比要求為0 < C 彡 0. 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -18. 50 % ；Ni 10. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 05 % ；N 0. 12% -0. 17% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質。本實施例的步驟依次如下採用18噸AOD爐、18噸LF爐冶煉生產。電爐鋼水17. 32噸兌入AOD爐，電爐鋼水成分如下(重量百分含量)C 1. 49% Si 0. 13% Mn 0. 45% P 0. 016% S 0. 003%
Cr :15. 71% Ni 12. 93% Mo 2. 15% N 0. 03% Co 0. 03% Nb 0. 01% Ta 0. 01%其餘為Fe和不可避免的雜質。AOD爐操作如下時間操作內容17:45 兌鋼後，底側吹氣體 O2 N2 = 0 400m7h，測溫 1561°C。17:47 底側吹氣體 O2 N2 = 769 192m3/h。1809調整成分，加高碳鉻鐵357公斤，鎳100公斤，高碳錳鐵260公斤。18:17 測溫 1627°C。18:18 底側吹氧與氮冶煉 O2 N2 = 760 190m3/h。18:24 底側吹氧與氮冶煉 O2 N2 = 480 482m3/h。18:42 測溫 1726°C。18:43調整成分造渣加矽鐵(含矽75% ) 370公斤，石灰350公斤、螢石30公斤還原。18:44 純吹氮 480m3/h。18:47 停吹氮，測溫1668 °C，扒渣90%，加石灰350公斤、螢石30公斤，分析試樣。18:55 測溫1629 °C。成分、溫度合適，計劃出鋼。按產品目標氮含量為 1600ppm(0. 16%)計算，根據計算式(1)求得需要吹氬氣量=17. 5X2. 718_°_°°2X16°°)= 0. 71m3/t鋼(吹入氬氣量=480 X 1. 6 + 60 + 18 = 0. 711m3/t 鋼)。19:01 純吹氬氣480m7h 1. 6分鐘(時間按照0. 71m7t X60minX鋼水重量 18t^-480m3/h 進行確定)19:04 出鋼，鋼包中溫度1574°C。AOD爐出鋼鋼水成分重量百分比如下C 0. 012% Si 0. 38%Mn 1. 27%Cr 16. 52%Ni 13.68% P 0.018%S 0.001%N 0. 1569%Mo 2. 14% Co 0. 03%, Nb 0. 01%, Ta 0. 010%其餘為Fe和不可避免的雜質。LF爐操作如下鋼水加到LF爐，鋼水計劃增氮含量40ppm，(與目標氮含量0. 16%相比)根據計算式(2)，求得吹入鋼水的氮流量為氮量在5. 0升/分鐘·噸鋼，吹氮氣4分鐘後(時間按照式(2)進行確定)；加入Ca-Si線0. 5公斤/噸鋼水，經化驗，鋼水的成分的重量百分比達C 0. 013% Si 0. 37% Mn 1. 27% Cr 16. 52%Ni 13.02% P 0.018%S 0.001% N 0. 1602%Mo 2. 14% Co 0. 03%, Nb 0. 01%, Ta 0. 010%其餘為Fe和不可避免的雜質。鋼水澆注為5. 8噸鋼錠。實例二本實施例的不鏽鋼鋼種為316L(N)_IG。其成分的質量百分比要求為；
0 < C 彡 0· 03% ；0 < Si 彡 0. 75% ；0 < Mn 彡 2. 00% ；P 彡 0. 03% ；S ^ 0. 01% ； Cr 16. 00 % -18. 00 % ；Ni 11. 00 % -14. 00 % ；Mo 2. 00 % -2. 50 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 08% ；0 < Nb彡0. 10% ；0 < Ta彡0. 10% ；其餘為Fe和不可避免的雜質。本實施例的步驟依次如下
採用18噸AOD爐、18噸LF爐冶煉生產。電爐鋼水17. 32噸兌入AOD爐，電爐鋼水成分如下(重量百分含量)C 1. 52% Si 0. 23% Mn 0. 77% P 0. 017% S 0. 003%Cr 16. 33% Ni 13. 08% Mo 2. 15% N :300ppm其餘為Fe和不可避免的雜質。AOD爐操作如下時間操作內容3:15 兌鋼後，底側吹 O2 N2 = 0 400m3/h，測溫 1562°C。3:16 底側吹 O2 N2 = 776 192m3/h。3:41 測溫1654°C，加鋁25公斤升溫。3:44 吹氧與氮冶煉 O2 N2 = 768 191m3/h。3:49 底側吹O2 N2 = 483 483m3/h，調整成分加高碳鉻鐵250公斤，鎳140 公斤，高碳錳鐵250公斤。4:01 測溫 1659°C。吹氧與氮冶煉 O2 N2 = 760 190m3/h。4:06 測溫 1746°C。純吹氮 480m3/h。4:07 調整成分造渣加矽鐵(含矽75% ) 350公斤，石灰300公斤。按產品目標氮含量為700ppm(0.07%)計算，根據計算式(1)求得需要吹氬氣量= 17·5Χ2·718_°.°°2Χ7°°) = 4. 3m3/t 鋼。4:09 純吹氬氣 480m3/h。4:12 吹氬氣3分鐘，測溫1677°C，扒渣90%，加石灰300公斤、螢石30公斤，
分析試樣。4:15 純吹氬氣480m3/h 7分鐘，共吹氬氣10分鐘(吹入氬氣量= 480X10 + 60 + 18 = 4. 44m3/t 鋼)。4:22 測溫 1611 °C。4:24 出鋼，鋼包中加入CaSi 50公斤進行脫氧。鋼包中溫度1566°C。AOD爐出鋼鋼水成分如下C 0. 01%Si 0.41%Mn 1.68%Cr 16. 37%Ni 13.65% P 0.019%S 0.002%N 713ppmMo 2. 13% Co 0. 03%, Nb 0. 01%, Ta 0. 010%其餘為Fe和不可避免的雜質。LF爐操作如下鋼水到達LF爐，鋼水不增氮含量，且其它成分符合要求，鋼水直接出站澆注。成分如下C 0. 01%Si 0.41%Mn 1.68%Cr 16. 37%Ni 13.65% P 0.019%S 0.002% N 713ppmMo 2. 13% Co 0. 03%, Nb 0. 01%, Ta 0. 010%
其餘為Fe和不可避 免的雜質。鋼水澆注為21. 6噸鋼錠。
權利要求
1.一種熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，它包括下述依次的步驟I將電爐、中頻感應爐或轉爐冶煉後，滿足AOD爐要求的鋼水，倒入AOD爐進行冶煉；IIAOD爐氮成分控制工藝AOD爐鋼水採用氮氣、氧氣混合吹入或只吹氮氣進行冶煉，在AOD爐造渣、調整成分、調整溫度、還原；出鋼前只吹氬氣進行攪拌，氬氣吹入量目標值Y值，按照以下(1)式計算 Y= 17. 5e-°-002X (1) 式中X——產品目標氮含量，ppm ； Y——吹入鋼水氬氣量，立方米/噸鋼；實際吹入氬氣量可以在目標值的基礎上波動Y士0. 15立方米/噸鋼；IIILF工藝將鋼水倒入LF爐中，當鋼水氮含量在目標範圍要求時；LF底吹氮氣流量控制在 0. 2-1. 0升/分鐘·噸鋼，當氮含量低於目標要求時，LF爐底吹氮氣進行增氮，吹氮氣增加氮量，按下⑵式計算W = K+(2. OXm) (2)式中Κ——產品需增氮含量值，ppm ；m——吹氮氣時間，分鐘；W——吹入鋼水的氮氣流量，升/分鐘 噸；其中吹入鋼水的氮氣流量(W值)最佳控制在2. 5-6.0升/分鐘 噸鋼；鋼水的成分的重量百分比達下述要求時出鋼·0 < C ^ 0. 03 % ；0 < Si ^ 0. 75 % ；0 < Mn ^ 2. 00 % ;P ^ 0. 03 % ;S ^ 0. 01 % ； Cr 16. 00 % -22. 50 % ；Ni 10. 00 % -·14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 25% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質； IV出鋼澆注鋼錠。
2.根據權利要求1所述的熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，其特徵是在步驟IIILF 工藝中，鋼水的成分的質量百分比達下述要求時出鋼·0 < C ^ 0. 03 % ；0 < Si ^ 0. 75 % ；0 < Mn ^ 2. 00 % ;P ^ 0. 03 % ;S ^ 0. 01 % ； Cr 16. 00 % -18. 50 % ；Ni 10. 00 % -·14. 00 % ；Mo 2. 00 % -3. 00 % ；0 < Co ^ 0. 05 % ；N 0. 12% -0. 17% ；0 < Nb ^ 0. 10% ；0 < Ta ^ 0. 10% ；其餘為 Fe 和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，其特徵是在步驟IIILF 工藝中，鋼水的成分的質量百分比達下述要求時出鋼·0 < C ^ 0. 03 % ；0 < Si ^ 0. 75 % ；0 < Mn ^ 2. 00 % ;P ^ 0. 03 % ;S ^ 0. 01 % ； Cr 16. 00 % -18. 00 % ；Ni 11. 00% -14. ·00 % ；Mo 2. 00 % -2. 50 % ；0 < Co ^ 0. 10 % ；N 0. 06% -0. 08% ；0 < Nb 彡 0. 10% ；0 < Ta 彡 0. 10% ； 其餘為Fe和不可避免的雜質。
全文摘要
本發明涉及一種熱核聚變堆用不鏽鋼加氮的方法，它包括下述步驟Ⅰ、將滿足AOD爐要求的鋼水，倒入AOD爐冶煉；II、AOD爐氮成分控制工藝；出鋼前，吹氬氣攪拌，氬氣吹入量目標值Y值，按照下式計算Y＝17.5e-0.002X式中X——產品目標氮含量，ppm；Y——吹入鋼水氬氣量，立方米/噸鋼；III、LF工藝將鋼水倒入LF爐中，當鋼水氮含量在目標範圍要求時，LF底吹氮氣流量控制在0.2-1.0升/分鐘·噸鋼，當氮含量低於目標要求時，LF爐底吹氮氣進行增氮，吹氮氣增加氮量，按下式計算W＝K÷(2.0×m)式中K——產品需增氮含量值，m——吹氮氣時間，W——吹入鋼水的氮氣流量；鋼水的成分要求時出鋼本發明的加氮方法氮含量容易控制到目標範圍內。
文檔編號C22C38/58GK102312176SQ201110184709
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者劉承志 申請人:山西太鋼不鏽鋼股份有限公司