[發明專利]一種提高鋼含氮量的方法

有效

• 申請號: 201310720215.6
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103710486A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 郭慶濤;曹東;萬雪峰;廖相巍;賈吉祥;李廣幫
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C21C5/56
• 分類號: C21C5/56
• 代理公司: 鞍山華惠專利事務所 21213
• 代理人: 趙長芳

技術領域

本發明屬于冶煉工藝技術領域，尤其涉及一種電磁控流冶煉提高鋼含氮量的方法。

背景技術

鎳合金化的奧氏體不銹鋼性能優越，但成本昂貴，因此研究者開始研究用氮取代鎳來穩定奧氏體。氮是唯一的氣體合金元素，也是最廉價的合金元素，以氮代鎳，是目前含氮鋼生產中重點研究開發的一項新技術。

氮是強烈的奧氏體穩定化元素，可以促使不銹鋼形成奧氏體組織。在Ni當量計算中，N當量是Ni的30倍。因而可以用廉價的N、Mn來替換貴重金屬Ni，甚至全部取代Ni，以獲得奧氏體不銹鋼。N與C相比，是更有效的固溶強化元素，并增加細晶強化的效果，提高鋼的強度又不顯著損害鋼的韌性。研究表明，0.10%N可使Cr-Ni奧氏體不銹鋼的室溫強度(σ_b,σ_0.2)提高60～100MPa。氮可以降低形成鐵素體及發生形變誘導馬氏體轉變的趨勢，給定強度條件下可以降低沉淀析出，還可以提高不銹鋼耐局部腐蝕，如點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。另外，氮對奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能和抗疲勞磨損性能也有益處。

在實際生產中，從生產效率和節奏方面考慮，不能單純依靠提高冶煉壓力和時間來提高某個鋼種的氮含量，有學者對高壓底吹氮法的底吹流量、底吹時間等動力學條件進行優化，提高精煉效率，降低高氮鋼生產對設備的要求。

公告號CN1116241A的發明專利介紹了在轉爐吹煉全過程采用底吹氮，出鋼過程中加氮合金增氮，RH處理過程以氮作為保護氣體的冶煉高氮鋼的方法。公開號CN1563462A的發明專利介紹了在真空熔煉環境中冶煉高氮鋼的方法，通過調節氨的通入量來控制氨的分解率，使鋼水達到所需的氮含量。公開號為CN101235461A的發明專利則在冶煉過程中噴吹氨氣，以提高鋼中氮含量。公告號為CN201495269U的實用新型專利利用電渣重熔爐冶煉高氮鋼。但目前還沒有通過控制鋼水流動狀態來延長氣泡在鋼水中停留時間，進而提高鋼中氮含量的冶煉高氮鋼的方法。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種能夠縮短冶煉時間，促進N₂→[N]轉換效率，減少鋼水溫降和吹氮/氨氣總量，節約能源和資源的提高鋼含氮量的方法。

研究表明，無論吹氮氣還是氨氣分解，熔煉含氮鋼的過程都要包含氣泡上浮，N₂分解為[N]進入鋼液的溶質交換過程。吹氮時間的長短、單位時間吹氮量的大小會直接影響鋼中氮含量。吹氮時間的延長和單位時間吹氮量的增加固然可以提高鋼中氮含量，但這會增加鋼液的溫降和吹氮總量，造成能源和資源的浪費，同時還可能影響生產的正常進行。

氮氣泡上浮的速度與鋼水的流動狀態息息相關。不同的鋼水流動條件下，氣泡上浮速度也不同。一般分為4種情況：Re<2時，可以采用斯托克斯公式計算上浮速度；2<Re<400時，氣泡群內產生環流，減少了運動阻力，氣泡上浮速度比斯托克斯公式計算值要大500%；400<Re<5000時，氣泡形狀呈橢圓形，上浮時氣泡擺動，呈螺旋形運動，比較分散；Re>5000時，氣泡呈球帽形，上浮時對液體有強烈的攪拌作用，此時氣泡上浮，速度與液體性質無關，與當量直徑d_g的平方根成正比。

基于上述考慮，本發明所采取的解決方案是：

一種提高鋼含氮量的方法，其特征在于，利用電磁制動降低由于氣泡上浮引起的鋼水流速變化，進而延長氣泡在鋼水中的停留時間，促進N₂→[N]的轉換效率。其具體方法為：

1、制備磁場發生器：磁場發生器由箱體、鐵芯、線圈及吊環組成；矩形箱體內安裝有一塊“U”形鐵芯，“U”形鐵芯的兩個伸出端探出在箱體外，鐵芯上纏繞有線圈，線圈通過電纜與電源連接，箱體外固定有吊環。

2、將冶煉溫度達到1550～1650℃的鋼水倒入具有頂吹、底吹或頂底復合吹氣裝置的容器中，鋼水中氧、硫含量控制范圍為：O：0.001～0.04%，S：0.002～0.08%。

3、將盛有鋼水的容器吊放到設定位置，再將至少一套磁場發生器放置在容器側面。

4、開啟磁場發生器，將磁場發生器輸出功率調節到所需的強度，即以盛鋼容器中間鋼水處的磁感應強度為準，當鋼水流動雷諾數Re<2時，施加磁感應強度為0.002～0.01T的制動磁場；當鋼水流動雷諾數2<Re<400時，施加磁感應強度為0.01～0.08T的制動磁場。

5、向容器內吹入氮氣或氨氣，當鋼水中氮含量達到要求后停止吹氮，關閉電磁制動磁場發生器，出鋼澆鑄。